新型围堰技术在水利工程施工中的应用研究

段礼坤

摘要：随着时代的发展，科技的进步，新的施工工艺及施工工法不断涌现，围堰技术作为水利工程施工中的一项主要施工技术，其也有许多创新的施工工艺及技术出现。本文对近年来的一些新型围堰技术，胶凝砂砾石（CSG）围堰、吹填围堰、橡胶面板土石围堰、新型贫胶硬填料围堰技术、双壁钢与吹砂组合围堰、土工格栅砂土围堰、橡胶坝与土石围堰组合围堰以及堆石混凝土围堰等进行了归纳分析，以期为今后类似工程起到借鉴和帮助作用。

Abstract： With the development of the times and the advancement of science and technology， new construction techniques and construction methods continue to emerge. As a major construction technology in hydraulic engineering construction， cofferdam technology has many innovative construction techniques and technologies. In this paper， some new cofferdam technologies in recent years are analyzed， such as， coagulation sand gravel （CSG） cofferdam， dredging cofferdam， rubber panel earth and stone cofferdam， new lean rubber hard-filled cofferdam technology， double-wall steel and sand-blasting cofferdam， geogrid sand cofferdam， rubber dam and earth-rock cofferdam and rockfill concrete cofferdam， and so on， in order to provide reference and help for similar projects in the future.

關键词：围堰技术;CSG围堰;吹填围堰;橡胶面板土石围堰

Key words： cofferdam technology;CSG cofferdam;dredging cofferdam;rubber panel earth and stone cofferdam

中图分类号：TU473.5                                    文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）16-0122-03

0  引言

改革开放以来，我国经济和科技的迅速发展，推动水利工程建设的高速发展。一些创新的施工工艺及施工工法也应运而生。围堰技术是水利施工中的一项主要施工技术，可以说围堰工程的成败关系到整个水利枢纽工程的成败，因此其在水利工程施工中占有重要的地位。目前我国水电项目开发的重点集中在西南一带，但经过调研发现，大渡河、雅砻江、澜沧江这三大流域上开发的大型水电工程在未来5-10年内将基本开发完毕，今后我国水电项目开发的重点将集中在西藏、新疆等地区[1]。上述地区存在的一个共同点就是地质条件复杂，对于围堰工程施工来说，若基础地质条件复杂，则势必会增加其施工难度。另外，我国作为建筑大国，在今后相当长一段时间内将有更多的围海造田工程、跨海大桥工程等投入建设，而新型围堰施工工艺及施工工法可有望减小围堰工程的施工难度，降低其工程造价，缩短其施工工期。因此，在这样的背景下，归纳分析新型围堰的施工技术，将对今后的围堰工程起到一定的借鉴和帮助作用。

1  常用围堰种类及特点

围堰技术其主要就是在水利施工中为了建造永久性水工建筑物，而修建的临时性围护结构，用来围护基坑，避免水以及土等物质进入到施工部位，保证施工环境的干燥，为施工带来便利。另外，工程完工后，如若围堰对主体工程的正常运行有潜在威胁，或设计时没有将围堰作为永久性建筑物，则可以将其合理的拆除。水利工程施工中所采用的围堰有很多种，按其建筑材料可以分为土石围堰、草土围堰、袋装土围堰、钢板桩格型围堰、混凝土围堰等。其中土石围堰构造简单，施工方便，但其工程量大，堰身沉降变形也较大;草土围堰可就地取材，结构简单，施工方便，但不能承受较大水头;袋装土围堰整体性好，机械化施工速度快，但它只适合一些工期较短的临时工程中应用;钢板桩格型围堰具有回收率高、占地少、安全可靠、机械化施工程度高等优点，但其受水位变化和水面波动的影响大，施工难度较高;混凝土围堰抗冲与防水能力强，挡水水头高，必要时还可以过水，但堰身部分混凝土需要水下施工，施工难度较大[2]。

2  新型围堰技术在水利工程中的应用

2.1 胶凝砂砾石（CSG）围堰  CSG筑坝技术主要是将胶凝材料和水添加到河床砂砾石或开挖废弃料等岩基材料中，然后经过搅拌而形成的一种廉价筑坝材料，其性能介于堆石坝材料和碾压混凝土之间。目前，CSG筑坝技术主要在欧美一些发达国家开展研究并应用于围堰及高度不大的堤坝建设中，我国的应用还不多，主要用于围堰工程，例如，云南功果桥水电站上游围堰，福建霍童溪洪口水电站上游过水围堰等[2]。

CSG围堰与土石围堰相比，具有很好的抗冲刷能力，允许表面过流，具有一定的强度和刚体性质，可以减小坝体的体积，同时又具有良好的地基适应能力，减少了地基处理的工程量;与混凝土围堰相比，两者其整体性能差别不大，而且由于其可以就地取材，从而可大大节省水泥的用量，降低工程造价，如福建洪口水电站上游围堰采用CSG围堰方案，比原定的碾压混凝土围堰方案降低了28%的工程造价，缩短了25%施工工期[3]。总之，与传统的土石围堰及混凝土围堰相比，CSG围堰不仅在性能上能够满足围堰工程的质量要求，而且可大大减小工程的投资及工期，优势明显。福建洪口水电站上游CSG围堰剖面图如图1所示。

2.2 吹填围堰  吹填围堰的围堰体由上下两个部分组成，下部由挖泥船吹填的砂砾石组成，上部堰体所用材料则由吹填的砂砾石备用料组成，其可通过人力或机械运输的方式运至堰体顶部;吹填用的围堰子体采用编织袋装砂砾石填筑;防冲采用编织袋袋装砂砾石和工程拆除的碴石铺砌;防渗采用粘土心墙，具体剖面图见图2[4]。

這种新型围堰，由于围堰子堤所承受的水头差很小，因此其断面不需太大，从而降低了工程量，而且可以就地取材，即选取河滩上的砾石料装入编织袋后进行填筑，无需毁坏田地，对当地生态环境破坏较小;围堰体采用挖泥船进行吹填，施工速度较快，而且挖泥船所吹填的砂石料可以起到疏浚河道的作用。在江西省赣抚平原水利工程焦石拦河坝加固配套工程中这种新型的吹填围堰技术得到了应用，与土石围堰相比，其缩短了几个月的工期，使工程得以按照原定计划，在9个月内保质保量顺利完工，并且节省了直接工程投资250多万元。该工程竣工以来，运行情况良好，取得了较好的经济和社会价值，值得推广应用。

2.3 橡胶面板土石围堰  橡胶面板土石围堰是一种由橡胶面板防渗层代替粘土心墙防渗体的新型土石围堰，它利用橡胶的弹性高、防渗性好、造价低和施工简单的特点，解决了土石围堰在施工工艺、施工条件受限等方面出现的问题;对其进行可行性分析可知，由于围堰的使用周期较短，橡胶的耐久性能够满足围堰的使用寿命要求，而且橡胶面板部分可以拆卸，能够重复利用，利于节约成本;另外，橡胶面板可以批量生产，生产速度快，而且安装拆卸方便，可有效缩短施工工期，因此其值得推广应用[5]。橡胶面板土石围堰的剖面图如图3所示，自迎水面向下游依次为块石护坡、反滤垫层、橡胶面板防渗层、过渡层和堆石料。

2.4 新型贫胶硬填料围堰技术  新型贫胶硬填料筑坝技术是一种新型的碾压混凝土筑坝技术，该技术是介于CSG筑坝技术与面板堆石坝之间的全新施工工艺。该技术是在坝址附近易于得到的河床砂砾石或开挖弃渣等材料中加入少量胶凝材料（水泥和粉煤灰各半），经现场简单拌合后碾压筑坝，在围堰等临时工程中具有较明显的优势。新型贫胶硬填料筑坝技术与CSG技术相比，其所需胶凝材料用量相对较小，骨料粒径则相对更大，但其抗强度相对CSG技术偏小[6]。新型贫胶硬填料筑坝技术在贵州省沙陀水电站下游围堰工程中得到了应用，通过工程实践发现，此技术可大大缩短工期，有效降低工程造价，增加工程效益。值得推广应用。

2.5 双壁钢与吹砂组合围堰  这种新型组合围堰，首先按照施工承台的外形尺寸，在承台外围布置吹砂围堰，使吹砂围堰内外的河水隔离;然后将围堰内的河水用泥浆泵抽出，待堰内河水基本抽干时及时在吹砂围堰内侧设置一圈井点降水系统，防止因吹砂围堰内外水头差导致河床砂层渗流、管涌等现象发生;最后用卷扬机下放拼装好的双壁钢围堰，同时工人用高压水枪冲刷河床，使双壁钢围堰随着河床的降低而逐渐下沉到位。在某大桥边主墩承台施工中采用了这种新型的组合围堰施工技术，大大减小了施工投入，加快了施工进度，取得了很好的经济和社会效益，值得其他工程借鉴应用，更多的细节可参考文献[7]。双壁钢与吹砂组合围堰剖面图如图4所示。

2.6 土工格栅砂土围堰

该新型围堰首先通过在软弱地基上铺设一层土工格栅加固地基，在此基础上运用膜袋冲砂技术进行围堰堰体的修筑。其利用土工格栅有效提高了砂土的压缩强度，提高了复合地基的承载能力，从而可有效减小堰体的断面尺寸。该新型围堰技术在广东省中山市大涌口水闸围堰工程中得到了应用，实践表明，在软弱地基上用土工格栅修筑砂土围堰，不仅可有效减小堰体的断面尺寸，又可节约工程的总体投资成本，关于其更具体的细节，可详见文献[8]。土工格珊砂土围堰剖面图，如图5所示。

2.7 橡胶坝与土石围堰组合围堰

该新型围堰是在土石过水围堰堰顶上加设橡胶坝子堰的一种组合围堰。采用此种方案，当汛期时，橡胶坝放水坍顶泄洪，由于增大了河道的行洪断面，因此可有效消除施工期淹没赔偿问题;另外，在枯水期或汛期流量不大时，橡胶坝冲水升高坝顶，使围堰上游保持高的运行水位，以利于通航和发电，由此可获得显著的社会效益及经济效益。该新型组合围堰在桥巩水电站二期上游围堰工程中获得了应用，在首台机组投产到围堰拆除的施工期内，该方案使电站多发电量1.02亿kWh，发电收入约合计为2600万元，经济效益非常显著[9]。由此可见，该新型组合围堰施工技术，非常值得今后类似工程借鉴应用。

2.8 堆石混凝土围堰技术

堆石混凝土技术是利用自密实混凝土高流动性抗分离的性能，发展起来的一种新型大体积混凝土施工技术，它由体积相对较大的块石和能够自密实的混凝土构成，具有水泥用量少，水化热低，体积稳定性好，综合性能高，低碳环保的特点。堆石混凝土的堆石界面能与自密实混凝土胶结为一体，其性能如强度、抗渗、密实性等均能达到工程技术要求。该新型混凝土是由清华大学金峰教授和安雪晖教授在2003年提出的，目前在国内外众多工程中得到了应用，如金沙江向家坝电站，巴基斯坦AZAD PATTAN水电站围堰工程等[10]。实践表明，堆石混凝土技术用于围堰工程具有施工技术简单、速度快、造价低等优势，应用前景广阔，值得今后类似工程借鉴采用。自密实混凝土充填堆石体形成堆石混凝土示意图如图6所示，堆石混凝土围堰典型剖面图如图7所示[10]。

3  结束语

随着时代的发展，科技的进步，新的施工工艺及施工工法不断涌现，本文对近年来的一些新型围堰技术如胶凝砂砾石（CSG）围堰、吹填围堰、橡胶面板土石围堰、新型贫胶硬填料围堰技术、双壁钢与吹砂组合围堰、土工格栅砂土围堰、橡胶坝与土石围堰组合围堰以及堆石混凝土围堰等进行了归纳分析，研究结果表明这些新型围堰技术均具有可降低工程造价，缩短施工周期的特点，若这些围堰施工技术得到推广应用，可有望获得显著的经济效益和社会效益，值得今后类似工程借鉴运用。

参考文献：

[1]边立杰.某水电站库区大型堆积体形成机制及稳定性研究[D].长春：吉林大学，2015.

[2]袁光裕，胡志根.水利工程施工[M].北京：中国水利水电出版社，2016：16.

[3]黎学皓，刘勇.CSG筑坝技术在洪口过水围堰中的应用[J].水利水电施工，2009（3）：15-20.

[4]杨旻，方贤明.一种新型围堰的设计和施工方法[J].南昌水专学报，2001（01）：46-49.

[5]郭淑慧，张华岩，丁泽霖.橡胶层防渗在土石围堰中的应用[J].应用能源技术，2016（08）：10-12.

[6]李茂，张娅.贫胶硬填料筑坝技术在围堰工程中的应用[J].水利水电施工，2012，25（3）：13-15.

[7]阮建中，周霄.新型组合围堰施工技术[J].施工技术，2012，41（9）：31-34.

[8]王绍德.土工格栅在大型砂土围堰中的应用[J].广东水利电力职业技术学院学报，2006，4（4）：71-75.

[9]李小莘.桥巩水电站过水土石围堰与橡胶坝组合围堰设计[J].水力发电，2010，36（1）：23-25.

[10]杨敏.堆石混凝土技术在巴基斯坦AZADPATTAN水电站项目围堰工程中的应用[J].江西建材，2018（8）.