组合式围堰在雷州青年运河灌区续建配套与节水改造工程中的应用

陈洪伟，任元林

(1.北海市水利工程管理处，广西 北海 536006；2.广东省水利水电第三工程局，广东 东莞 523710)



组合式围堰在雷州青年运河灌区续建配套与节水改造工程中的应用

陈洪伟1，任元林2

(1.北海市水利工程管理处，广西 北海 536006；2.广东省水利水电第三工程局，广东 东莞 523710)

对雷州青年运河灌区渠道衬砌工程中3种围堰施工方案进行对比，最后确定的组合式围堰及其施工方法能够充分利用槽钢、夹板、彩条布自身结构性能的特点，解决组合式围堰挡水导流问题，降低了围堰被破坏的风险和施工难度，加快了围堰施工速度，降低围堰总造价；总结组合式围堰的施工经验，为类似工程组合式围堰施工及布置等技术问题提供借鉴。

运河；组合式围堰施工；渠道衬砌；施工新技术

1 工程概况

雷州青年运河灌区续建配套与节水改造工程位于广东省西南部的雷州半岛北部[1]，是一项以灌溉为主，结合沿线城镇生活、工业用水，兼顾发电的综合型水利工程[2]。工程投资14.89亿，主要任务是对渠道底部和渠道边坡进行混凝土衬砌。灌区渠道线路长，沿线地形、地质条件变化大，渠道建筑物种类繁多、形式多样，属于线性施工项目，因此，生产及生活设施宜分散布置[3]。由于工程施工中需保持运河不间断供水，必须对主运河32+800～75+000共计42.2 km的施工导流方式进行重新设计。

2 施工导流设计

主运河32+800～75+000施工期不间断供水流量情况如表1所示。

表1 不考虑灌溉用水、表面降雨、纳水堰汇水的施工期流量

主运河32+800～75+000为底宽17～26 m的梯形渠道断面，内边坡1 ∶1.5，渠道纵向坡降在1/30 000～1/10 000。水深1.40～1.85 m的施工段采用拉森III型钢板桩围堰；水深≤1.40 m施工段，共拟定3个方案进行比较。

1) 方案1：砂包围堰方案

采用砂包作为一期、二期纵向围堰，考虑到机械拆除砂包容易破损，人工拆除砂包较难，砂包围堰不重复利用。围堰顶宽0.5 m，围堰迎水坡、背水坡均为1 ∶0.5，超高按0.3 m，并采用复合土工膜防渗，砂包围堰设计断面图如图1。

图1 砂包围堰设计断面示意 (单位：cm)

2) 方案2：木桩+模板中间填土围堰方案

围堰的上下宽度均为1 m，围堰的两侧采用木模板竖立支护，围堰模板内侧铺设一层彩条布，围堰中间回填土料，每隔0.5 m用一方木连接木模板的顶端，模板外侧纵向每0.5 m打入一根2.6 m长的木桩作为支撑骨架，木桩+模板中间填土围堰设计断面图如图2。

图2 木桩+模板中间填土围堰设计断面示意(单位：cm)

3) 方案3：组合式围堰方案

采用3.0 m的14 a槽钢作为支撑骨架，槽钢间距为0.33～0.91 m，入土深度为1.6 m；支撑彩条布的是由1.83 m×0.92 m木模板拼接而成的夹板，2块模板正对叠加横放，同时采用50*50等边角铁将上下两块模板加固连成整体并插入到土层，夹板入土深度为20 cm左右，夹板间搭接长度约为10 cm同时夹板固定在槽钢上；迎水面采用彩条布铺设防渗，彩条布从夹板顶部一直铺到底部，然后向迎水侧延伸1.0 m左右，彩条布水下延长部分，用一排土包叠加压实，顶上部分用夹子夹在夹板顶上，组合式围堰设计断面图如图3、纵向剖面图如图4。

图3 组合式围堰设计断面示意 (单位：m)

图4 组合式围堰纵向剖面示意

3 施工导流方案对比分析

3.1 砂包围堰方案

在实践中总结该方案特点如下：砂包围堰施工是用人力，不能进行机械化施工；砂包围堰断面尺寸大，造成渠道底部防渗混凝土板面积大幅度变窄；投资大、挡水效果不理想，降雨天气水位上涨，易造成围堰被冲毁施工面被淹；施工后期水下拆除围堰困难且不能二次利用；在气温较低的冬季，完成100 m长的单边渠道试验段需要近2个月时间，施工进度极其缓慢。

3.2 木桩+模板中间填土围堰方案

木桩+模板中间填土围堰施工试验段：围堰防水效果不理想，增大施工面初期一次性排水以及后期经常性排水的施工难度，达不到施工面干水施工的条件；围堰横断面尺寸过大，造成渠道底部防渗混凝土板面积大幅度变小；木桩由人工打入，施工难度大；木桩只有2.6 m长，入土深度不足，围堰常因水位变化发生倒塌事故，需要修复围堰、二次抽水，施工进度缓慢；施工后期围堰拆除困难；施工投入的人力、物力与工程造价不成正比。

3.3 组合式围堰方案

组合式围堰方案的优点：成本投入较低;以机械施工为主结合人工安装夹板，操作简单、方便快捷；拆卸容易，周转快；刚度、强度和稳定性较好，渠底的衬砌面积大；防渗效果好。试验段400 m长度渠道衬砌只用15 d，施工速度大幅度提升。

4 组合式围堰施工方案

4.1 围堰抗倾覆安全计算

选用市面上常见的6 m长14 a槽钢作为围堰骨架，将槽钢切割成3 m 1段。组合式围堰夹板水压力分布图与槽钢土压力分布图如图5，32+800～75+000各段对应水深、地表地层岩性、围堰基础主要物理力学平均值如表2[4]。

图5 组合式围堰水压力、土压力分布示意

表2 各段对应水深、地表地层岩性、围堰基础主要物理力学指标值

采用朗肯土压力理论对组合式围堰的抗倾覆稳定进行计算，将土类归结为粘性土，采用水土合算的计算方法。对于粘性土，由于其渗透性较小，在计算土压力时将地下水位以下的土体容重取饱和容重，水压力的计算不再单独计算后进行叠加[5]。重力加速度取值9.8 N/kg。在悬臂式板桩墙计算中，考虑有一定的安全系数K，一般取K=2[6]。而在本工程中，由于槽钢入土深度仅为1.6 m，抗倾覆安全系数适当降低，取K≥1.5。经过计算得出围堰槽钢的设计参数如表3。

表3 各段桩号围堰槽钢入土深度、槽钢间距、抗倾覆安全系数

4.2 组合式围堰施工工艺

浮箱载PC 350挖掘机就位→挖掘机起吊槽钢→挖掘机压入槽钢→一期围堰夹板安装→一期围堰彩条布铺设→一期压脚土包施工→一期基坑排水→一期基坑土方开挖→渠道一期混凝土衬砌→二期围堰夹板安装→二期围堰彩条布铺设→二期压脚土包施工→一期基坑放水→二期基坑合围→二期基坑排水→一期围堰压脚土包拆除→一期围堰夹板与彩条布拆除→二期基坑土方开挖→渠道二期混凝土衬砌→二期基坑放水→二期围堰压脚土包拆除→二期围堰夹板与彩条布拆除→浮箱载PC350挖掘机就位→挖掘机起吊拆除槽钢。

4.3 该方案的技术要点

1) 槽钢的选择与加工要求

槽钢在围堰中主要起到骨架支撑作用，因此槽钢在夹板传递的水压力以及受到的土压力情况下，必须满足围堰排水后达到的抗倾覆稳定要求。选用市面上常见的6 m长14 a槽钢，将槽钢切割成3m 1段并对槽钢入土端进行削尖处理，以利于将其打入土中；在距离槽钢顶部15 cm位置开一直径为4 cm孔，便于槽钢起吊与拆除；根据现场测量的水深和地质情况，计算出槽钢入土深度统一为1.6 m，槽钢间距在0.33～0.91 m之间。

2) 夹板安装要求

夹板由1.83 m×0.92 m模板拼接而成，夹板主要是支撑彩条布的作用，能满足一定的水压而不变形，因此，夹板要有一定的钢度，同时夹板顶部应超出水面30 cm以消除降雨增加水深对围堰的不利影响，夹板间搭接长度约为10 cm同时夹板固定在槽钢上。

3) 彩条布防水效果要求

彩条布的顶面超出水面30 cm，彩条布的压脚宽度要满足要求，根据现场的地质和水深情况，选择市面上常见的宽度为3.0 m的彩条布，彩条布的压脚宽度为1.0 m，土包压脚时先进行平整地面，采用单排土包压脚，起到稳固彩条布和延长水的渗径作用。

4) 排水沟和集水井的设置要求

排水沟的底部高程要求低于开挖后高程0.3 m，集水井的底部高程低于排水沟底部高程约0.5 m。

5) 土方开挖要求

首先基坑的地下水位必须降至开挖面高程的0.3 ～0.5 m后进行土方开挖，由于渠道深度大部分都超过6 m，采用两台挖掘机接力开挖和运输基坑的土方或采用长臂挖掘机直接开挖和运输。

5 总结

组合式围堰技术在湛江市雷州青年运河灌区续建配套与节水改造工程中得到成功的应用与推广，施工实际效果表明，组合式围堰与填土围堰相比，具有施工进度快、操作方法简单、占地空间小、重复利用率高、建设费用低、安全、环保等优点。对于城市内的窄河涌堤岸整治工程，及其他水深较小、流急、淤泥质粘土、粉质粘土等软基上不适宜用填土围堰的工程也可借鉴使用。

[1] 陈洪伟，任元林.钢板桩围堰在雷州青年运河灌区续建配套与节水改造工程中的应用[J].广东水利水电，2013(12)：46-50．

[2] 程严.雷州青年运河灌区改造工程施工组织设计要点分析[J].广东水利电力职业技术学院学报，2012，10(2)：13-16．

[3] 朱红.浅谈水利灌区改造工程中钢板桩围堰导流施工技术应用[J].广东水利水电，2013(S1)：95-96．

[4] 戴兵国，区锦富.湛江市雷州青年运河灌区续建配套与节水改造工程可行性研究报告[R].广州：广东省水利电力勘测设计研究院，2008．

[5] 高大钊.土力学与基础工程[M].北京：中国建筑工业出版社，1999．

[6] 龚晓南.土力学[M].北京：中国建筑工业出版社，2002．

(本文责任编辑 王瑞兰)

Application of Combined Cofferdam to Irrigation District Rehabilitation and Water Saving Reform in Leizhou Youth Canal

CHEN Hongwei1, REN Yuanlin2

(1.Beihai City Water Project Management Office, Beihai 536006; 2.Guangdong 3rd Water Resources and Hydrpower Engineering Co.Dongguan 523710)

The comparison is made among three kinds of cofferdam construction scheme of lining project of Leizhou youth canal irrigation channels. Combined cofferdam and construction method can make full use of steel, plywood, color of the cloth structure performance. Combined cofferdam retaining water diversion problem is solved, and the risk and difficulty of construction cofferdam are greatly reduced, also the cofferdam construction speed is accelerated, the total cost of the cofferdam is reduced. Construction experience of combined cofferdam has been summarized, which providing the reference for the similar engineering combined cofferdam construction and arrangement of the technical problems.

canal, combined cofferdam construction，canal lining，construction of new technologies

2016-07-04;

2016-08-15

陈洪伟(1985)，男，硕士，工程师，从事水利工程建设管理及水利工程施工管理工作。

TV551.3

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1008-0112(2016)08-0033-04