土石围堰在江头地湖水环境治理工程中的应用

2021-03-27苏诚营

河南科技 2021年31期

苏诚营

摘要：当前，我国水利事业不断发展，水利工程数量不断增多。为了发挥水利工程的经济、社会和生态效益，保障水利工程的防渗性能，一些工程项目中逐渐应用了土石围堰施工技术，有效提升了水利工程的施工质量。本文就围堰的分类、设计、施工要点等进行介绍，同时结合实际应用案例进行说明，为相关研究和施工人员提供参考。

关键词：水利工程;土石围堰;水环治理

中图分类号：TV551.31 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）31-0070-03

The Application of Earth-Rock Cofferdam in Jiangtoudi Lake

Water Environment Control Project

SU Chengying

（Xiamen Lintao Municipal Garden Construction Co.， Ltd.， Xiamen Fujian 361100）

Abstract： At present， China’s water conservancy industry is constantly developing， and the number of hydraulic engineering is also increasing， in order to give full play to the economic， social and ecological benefits of the hydraulic engineering and to ensure the anti-seepage performance of the hydraulic engineering， the construction technology of earth-rock cofferdam has been gradually applied in some engineering projects， thus effectively improving the construction quality of the hydraulic engineering. This paper introduces the classification， design and construction of cofferdam， and illustrates the practical application cases. For the relevant research， construction personnel to provide reference.

Keywords： hydraulic engineering;earth rock cofferdam;Water environment treatment

隨着我国水利工程建设经验的积累，相关施工水平有了很大提升，许多技术、工艺、方案都已较为成熟。大部分水利工程存在涉水施工，而围堰方案能够更好地保证工程建设不受水的影响，因此围堰技术是水利施工中的常见技术。

1 围堰的基本介绍和要求

1.1 围堰的类别

围堰作为应对水流的一种临时挡水建筑物，在水利工程建设中得到了广泛应用，为永久水利工程建设提供了保障。根据围堰使用材质的差别，它主要分为以下几大类。

第一，土石围堰。土石围堰的类型较多，包括土袋围堰、木桩竹条土围堰、竹篱土围堰及堆石土围堰等。考虑到工程综合质量和结构可靠性，还需要控制不同围堰的基础施工条件。①土袋围堰：流速≤1.5 m/s，水深≤3.0 m，河床渗水性较小，淤泥较浅。②木桩竹条土围堰：流速≤2.0 m/s，水深1.5～7.0 m，河床渗水性较小，适合应用在盛产竹木地区，能打桩。③竹篱土围堰：流速≤2.0 m/s，水深1.5～7.0 m，河床渗水性较小，适合应用在盛产竹木地区，能打桩。④堆石土围堰：流速≤3.0 m/s，河床渗水性极小，以石块为施工材料，取材便捷。

对于围堰高度较低、基础透水性弱以及施工期较短的情况，经常也使用土工膜防渗[1]。

第二，混凝土围堰。当前，大部分钢筋混凝土板桩中所应用的均是空心板桩，呈圆形，芯模为钢管，板桩榫圆形效果最佳，桩尖斜度为1∶2.5～1∶1.5。制作过程对模板刚度（大）有较高要求，需提前检测，满足制作要求，并控制榫口接缝密合性。板桩断面设计需考虑板桩桩尖角度，影响因素是土质坚硬度。如果是在沉入砂砾层条件下施工，必须增设加劲钢筋或钢板，保证结构的可靠性。

第三，钢板桩围堰。从钢板桩围堰施工质量控制方面探究，必要条件包括钢板桩机械性能、尺寸标准、材料质量等。打桩前必须精准测量围堰上下游、两岸的具体数据，观测点设置是否合理关系到打桩位置及工程质量。一边施工一边检查桩的具体位置，可结合现场作业情况适当进行调整，保证桩身垂直。下沉时可采用锤击、振动、射水等方法，最大限度地满足工程项目施工要求，也使其用途更加广泛[2]。

各类围堰的适用条件如表1所示。

1.2 设计原则

1.2.1 因地制宜设计原则。该原则主要是指充分利用当地材料，突出其较强的适应性，提高防汛抢险成效。

1.2.2 标准化设计原则。如果当地材料为土料，还需考虑沙壤土、风化料、砾质土等施工作业条件是否能满足土石围堰施工要求，依据防渗要求选择防渗土料。

1.2.3 规范性设计原则。纵向围堰坡脚流速严格控制为5 m/s，实施防冲结构措施，考虑围堰坡脚流速超过5 m/s的情况[3]。

1.3 注意事项

1.3.1 防冲。考虑坡脚水流速度对围堰冲刷程度的影响，建议在坡脚迎水面抛投石块，起到减缓、阻碍等作用。

1.3.2 接头。选择嵌入岸坡与扩大接触面的方法，改善防渗体塑性，改变接触渗径，保证结构稳定。

1.3.3 拆除。前期准备阶段要考虑到拆除工作的各项要求。水下拆除部分，在运行条件下不用大块石、钢筋笼、混凝土块体等;根据水位下降情况，把背水坡、水上部分逐层拆除;最后是枯水期的拆除工作[4]。

2 土石围堰在江头地湖水环境治理工程中的应用

2.1 项目概况

江头地湖水环境治理工程内容包括河道治理长度262 m、原护岸塑石修缮500 m2、新建格埂423 m、新建跌坎5座、新建汀步2座、新建衔接踏步2座、新建衔接步道27 m、改建现状老旧沉砂池1座、新建楼梯1座、新建污水管道2处以及新增地湖养护配电系统1套等。

2.2 围堰结构设计

本工程在江头地湖上下游各设置一道全断面围堰，上游围堰长度为25 m，下游围堰长度为65 m，围堰上游至下游设置一道DN800波纹管导流，使边滩和主槽的土工管袋干地施工。因本治理工程的水深在2 m以下，流速小于0.3 m/s，属于河床透水性较小的土壤，所以采用土石围堰方案。具体设计，上下游围堰结构均采用袋装土围堰，其中上游围堰顶高程为1 400 m，围堰底宽度为8 800 mm，顶宽度为2 000 mm，临水侧与背水侧1∶2.0放坡，临水侧设置防渗土工膜;下游围堰顶高程为1 100 mm，围堰底宽度为13 600 mm，顶宽度为2 000 mm，临水侧与背水侧1∶2.0放坡，临水侧设置防渗土工膜。围堰土料为外购，围堰高度及尺寸及时根据现场施工进行调整。具体围堰结构如图1和图2所示。

根据工程等级，本项目为5等工程，围堰高度高出施工时可能出现的设计水位为50～70 cm，经防冲及抗稳计算满足规范要求。

2.3 导流管的布置形式

一期导流管首先安装在边滩一侧（假设在左侧），使右侧边滩及主槽位置的土工管袋先按设计要求施工，待右侧边滩及主槽位置的土工管袋施工完成后，要等待固结时间约20 d，利用这20 d进行地湖下游沉砂池的改建。

右侧边滩及主槽的土工管袋固结强度达到设计强度的80%后，把导流管重新布置安装在右侧边滩进行导流，左侧部分边滩进行土工管袋的施工，同时可以对主槽两侧格埂及水泥稳定碎石层、条石护面进行施工。待主槽及左侧边滩全部施工完成后拆除导流管，通过调整上下游围堰方向，将水流引至左侧边滩进行导流，再进行左侧边滩部分土工管袋的施工[5]。

2.4 施工操作工艺

2.4.1 施工工艺流程。测量放样→围堰袋装土叠放→铺设防渗土工膜→基坑排水→围堰拆除。

2.4.2 施工步骤。施工操作方法具体施工步骤如下。

①先分析业主需求，结合各项信息数据在实测环节进行精准对比与管控，并以书面形式报告监理工程师;再按照设计施工图纸的坐标对中心线进行放样，用皮尺对围堰边线测量并放样，可设置标志性竹竿使放样点更醒目，各标志物间距建议控制在3～5 m;施工人员加密内外边线标志至0.5～1.0 m，准确控制围堰边线位置。

②袋装土要水平分层、对称堆放，每层堆放厚度为20 cm，由中间向两边堆放。底层堆放宽度达到要求后，两边按1∶2坡比逐层堆放至设计高度。

③防渗土工膜要根据施工围堰要求的宽长进行铺设，重叠部分不小于500 mm。

④围堰按要求筑成后，利用抽水泵将围堰内的积水排往外侧，24 h不间断抽水，控制围堰内的水位，保证施工不受影响。

⑤围堰拆除时应由下游开始，由堰顶至堰底、由背水面至迎水面逐步拆除[6]。

2.5 应用效益分析

根据江头地湖水环境治理工程项目实际情况，采用土石围堰施工，对本工程应用效益分析如下。

2.5.1 缩短工期。在土石围堰施工中，就地取材，缓解了资源浪费情况。很多施工环节都可以进行机械化作业，配合采用新的工艺，围堰施工进度快，节省前期准备时间，从而有效保障施工的整体效率。

2.5.2 减少工程造价。与传统的混凝土坝相比，土石围堰下的水利工程基础施工工程量相对较小，土石围堰的单价可降至更低。土石围堰施工过程中，随着挖填平衡，废渣废料的再利用，施工人员可以就近利用工程现场的材料，大幅节约材料的采购和运输成本。