河流中取水头的围堰结构及其施工方法

邬静芝

(中国五冶集团有限公司,四川成都 610051)

1 技术背景

该取水头结构施工项目中，根据设计要求，取水头结构需在离泵房400 m处进行围堰施工，形成一圈外围堰，取水头处围堰顶部距河床6 m，河床较取水头结构底部高差为6 m，围堰后存在约9 m的高差。随着围堰延伸进度，河道逐渐变窄，水流湍急，水深增加，对围堰前端的结构部分不利影响较大，出现了围堰渗漏量大的情况。10台水泵同时运转不能有效的降低围堰内因渗漏形成的水位，抽水效果不明显，且围堰确切渗漏点的位置也无法确定，工期又十分紧张。同时，开挖取水头结构的基坑时，围堰会出现管涌、流沙情况，严重影响了施工安全。管涌使得基坑施工区域内积水，无法有效对取水头结构区域进行施工。另外，湍急的水流以及围堰结构出现的管涌、流沙等情况会影响整个围堰堰体结构的稳定性，围堰堰体的结构稳定是保证围堰内施工作业安全可靠的基础条件。

2 施工方法

针对上述存在的问题，提供了一种用于河流中取水头结构施工的围堰结构及其施工方法，加宽围堰、复合土工膜及桩体使得外围堰前端的结构部分的渗漏量大大减少，加强了外围堰的结构强度。同时，内围堰使得取水头结构施工区域的施工作业更加安全可靠，能有效对取水头结构进行施工作业。

采用的技术方案如下：用于河流中取水头结构施工的围堰结构，包括外围堰，外围堰又包括上围堰、端围堰和下围堰依次连接而成。端围堰的内侧和上围堰的前端内侧均设置有加宽围堰。加宽围堰与端围堰和上围堰之间铺设有复合土工膜，加宽围堰与下围堰之间的区域修筑有内围堰。取水头结构的施工区域位于下围堰与内围堰之间的区域，内围堰围挡住取水头结构的前端和上游端，内围堰的一端与下围堰修筑连接在一起；上围堰前端、下围堰前端和端围堰的堰体内通过高压旋喷的方式设置有若干桩体，相邻的桩体之间扩散连接在一起，形成止水帷幕；加宽围堰及复合土工膜使得外围堰前端的结构部分的渗漏量大大减少，同时加强了外围堰的结构强度，相邻桩体之间形成的止水帷幕起到了挡水的作用，有效减少了堰体的渗漏量。

(1)加宽围堰从外往内包括垫料层和填筑层。垫料层铺设在复合土工膜上，垫料层为开挖的坡积土、黏土或者粉黏土。填筑层为开挖的土石料，填筑层内侧面的下端设置有细土麻袋，细土麻袋压实填筑层内侧面的下端。加宽围堰内设置有若干加固基石，加固基石对加宽围堰起到基础支撑和加固的作用。内围堰由片块石填筑而成，内围堰的外侧面也铺设有复合土工膜。垫料层的铺设对复合土工膜起到了保护的作用，防止填筑层的土石料对复合土工膜形成损坏。细土麻袋对填筑层内侧面的下端起到了压实作用，防止下端的土石料被带走。加固基石对整个加宽围堰结构起到了支撑和加固的作用，增加了堰体的结构强度，此处的复合土工膜能够有效减少内围堰的渗漏量。

(2)内围堰与加宽围堰之间设置有排水明沟。排水明沟的轨迹与加宽围堰的轨迹平行，且围堰的修筑轨迹。排水明沟的一端与一集水坑相连通，排水明沟纵向坡度为1 %～3 %，集水坑低于排水明沟的最低点。内围堰与取水头结构之间也设置有排水明沟，排水明沟的轨迹与内围堰的轨迹平行，且围挡住取水头结构的前端、上游端和下游端。排水明沟上也连接有一集水坑，排水明沟的引水纵向坡度为1 %～3 %，集水坑低于排水明沟的最低点，排水明沟和集水坑内均铺设有塑料膜。通过泵对集水坑内收集的积水进行抽排，排水明沟和集水坑的设置使得内围堰内以及内围堰与加宽围堰之间的渗漏积水能够得到有效排出，塑料膜的设置能够有效防止积水在排水明沟和集水坑中回渗进土壤中。

(3)在已经修筑完成的外围堰内侧面铺设复合土工膜。外围堰包括上围堰、端围堰和下围堰依次连接而成，复合土工膜铺设在端围堰的内侧和上围堰的前端内侧，然后在复合土工膜的表面修筑加宽围堰。加宽围堰包括垫料层和填筑层，垫料层铺设在在复合土工膜的表面。垫料层为坡积土、黏土或者粉黏土，且不能混入有尖锐轮廓的杂质。填筑层铺设在垫料层的表面，为土石料。最后在加宽围堰与下围堰之间的区域修筑内围堰，取水头结构的施工区域位于下围堰与内围堰之间的区域，内围堰围挡住取水头结构的前端和上游端，内围堰的一端与下围堰修筑连接在一起。

(4)在铺设复合土工膜、修筑加宽围堰和内围堰之前，先在上围堰前端、下围堰前端和端围堰的堰体内通过高压旋喷的方式设置有若干桩体。首先在外围堰上测放旋喷点位，再以HM-90型潜孔钻机引孔并安装φ75×2 mm的PVC管，然后锤击旋喷钻杆、喷头直至进入河床岩层不小于1 m，安装高压管路，由下至上旋喷注浆，最后在桩头回灌补浆。高压旋喷注浆是利用高压喷射水泥浆，强力冲击劈裂土体，使水泥浆与之混合，经过凝结固化，在土体中形成强度较高的桩体，通过调整桩的间距可以让桩与桩进行咬合，形成止水帷幕达到止水的目的。水泥浆具体为PO42.5R水泥，水泥浆中加入3 %早强剂、适量水玻璃提高注浆的早期强度，具体设置两排桩体，排间距为300 mm，单排桩体桩心距为600 mm，高压旋喷桩桩径450 mm，注浆喷嘴直径在2.0～2.8 mm范围内，高压水泥浆的压力为30 MPa，保证旋喷效果。

(5)在进行高压旋喷注浆前，先在外围堰内蓄水，减少内外水头压力差，再进行旋喷注浆操作。注浆完成后，控制保持蓄水水位与河面水位的高度差为2 m，待注浆凝固后，再抽排外围堰内的蓄水。蓄水能够尽量减少堰体内外侧的水头压力差，保证注浆过程的顺利进行，防止注浆因为压差过大而通过缝隙流失。具体根据水位标志，专人24 h适时启停抽水设备，使水面大致保持这一状态，以减少外围堰的水压力。

(6)修筑内围堰时，先测量放样，再进行基础淤泥的处理。在处理时，先采用长臂挖机下挖至岩石层，并用水泥拌和淤泥，水泥重量比不小于淤泥的6 %，然后抛大块石挤淤泥，再通过自卸汽车将片块石运至施工现场并卸下，采用推土机通过进占法将片块石铺筑至完成挤淤泥位置，并采用18 t以上压路机逐层进行碾压。对于局部无法碾压到的部位则采用蛙式打夯机或直立打夯机进行碾压，直至整个内围堰修筑完成，最后在内围堰的外侧铺设复合土工膜。

(7)完成内围堰的修筑施工后，再在加宽围堰和内围堰之间设置排水明沟和集水坑，排水明沟与集水坑相连通，排水纵向坡度范围为1 %～3 %。施工过程中及时对排水明沟进行清淤，以防堵塞，并对排水明沟和集水坑的内表面采用M7.5砂浆抹面，排水明沟和集水坑内均铺设有塑料膜。M7.5砂浆抹面和塑料膜能够有效防止积水在排水明沟和集水坑中回渗进土壤中。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：加宽围堰、复合土工膜及桩体使得外围堰前端的结构部分的渗漏量大大减少，加强了外围堰的结构强度。同时，内围堰使得取水头结构施工区域的施工作业更加安全可靠，能有效对取水头结构进行施工作业。

3 具体实施方式

3.1 实施例1

如图1～6所示，用于河流中取水头结构施工的围堰结构，包括外围堰。外围堰包括上围堰、端围堰和下围堰，并依次连接而成。端围堰的内侧和上围堰的前端内侧均设置有加宽围堰。加宽围堰与端围堰和上围堰之间铺设有复合土工膜。加宽围堰与下围堰之间的区域修筑有内围堰。取水头结构的施工区域位于下围堰与内围堰之间的区域，内围堰围挡住取水头结构的前端和上游端。内围堰的一端与下围堰修筑连接在一起，外围堰内外侧的坡比范围为1∶3～1∶4，具体为1∶4。加宽围堰内侧的坡比范围为1∶4～1∶5，具体为1∶5。内围堰的坡比范围为1∶3～1∶4，具体为1∶4。加宽围堰的顶部宽度为6 m，内围堰的顶部宽度为8 m。上围堰前端、下围堰前端和端围堰的堰体内通过高压旋喷的方式设置有若干桩体，相邻的桩体之间扩散连接在一起，形成止水帷幕，具体设置两排桩体，排间距为300 mm，单排桩体的桩心距为600 mm，高压旋喷桩桩径450 mm，注浆喷嘴直径在2.0～2.8 mm范围内。

图1 围堰平面

图2 围堰A-A剖面

图3 围堰A-A剖面图中B处详图

图4 围堰A-A剖面图中C处详图

图5 围堰A-A剖面图中D处详图

加宽围堰从外往内包括垫料层和填筑层。垫料层铺设在复合土工膜上，为开挖的坡积土、黏土或者粉黏土。填筑层为开挖的土石料，垫料层不能混入有尖锐轮廓的杂质，例如块石、树根等。内围堰由片块石填筑而成，内围堰的外侧面也铺设有复合土工膜。填筑层内侧面的下端设置有细土麻袋，细土麻袋设在压实填筑层内侧面的下端。加宽围堰内设置有若干加固基石，加固基石设置在填筑层内，加固基石对加宽围堰起到基础支撑和加固的作用。

3.2 实施例2

如图1～图2、图5～图7所示，在实施例1的基础上，内围堰与加宽围堰之间设置有排水明沟。排水明沟的轨迹与加宽围堰的轨迹平行，且围挡住内围堰的修筑轨迹。排水明沟的一端与一集水坑相连通，排水明沟的引水纵向坡度为1 %～3 %，集水坑低于排水明沟的最低点。内围堰与取水头结构之间也设置有排水明沟，排水明沟的轨迹与内围堰的轨迹平行，排水明沟的轨迹围挡住取水头结构的前端、上游端和下游端。排水明沟上也连接有一集水坑，排水明沟的引水纵向坡度为1 %～3 %，集水坑低于排水明沟的最低点，排水明沟和集水坑的内表面采用M7.5砂浆抹面。排水明沟和集水坑内均铺设有塑料膜，塑料膜具体铺设于M7.5砂浆抹面上，堰体的渗水进入排水明沟，并通过排水明沟汇集到集水坑中，通过排水泵抽排集水坑中的积水。

图6 围堰A-A剖面图中E处详图

图7 降排水系统剖面

4 结 论

通过实例1、实例2的施工处理，保证了河流中取水头围堰结构的稳定，且达到了防渗漏和止水的目的。