水利水电工程中围堰施工及安全监测技术研究

孙力 郭进 中交一航局第一工程有限公司

1.工程概况

信江八字嘴航电枢纽位于江西信江下游，在八字嘴分岔口分为东大河和西大河。该航电枢纽以航运为主，兼有发电等综合利用工程。通航标准按内河三级航道标准建设，包括船闸、泄水闸和电站厂房。闸室有效尺度为长度180m×宽度23m×槛上水深4.5m，泄水闸共12孔，电站厂房安装两座径流水轮机，装机容量为5.6MW。

2.水文气象及工程地质条件

2.1 水文气象

信江位于江西的西北部，属于亚热带季风气候区，全流域四季分明，雨水充沛，该区域降水主要受季风影响，自4月份开始，雨量开始逐渐增加，到5、6月份由于冷暖气流交汇于江南一带，造成降雨量剧增，7、8月份雨水受副热带高压控制，降水较为稀少，而冬春季节，受西伯利亚冷气团影响，降水亦稀少，降雨量全年范围内分配不均，4～6月份占全年降水的54.3%，7～8月仅占15.8%，而径流量又主要受降水影响，与降水的时空变化一致，导致径流在年内的洪枯流量相差较大，分配不均匀。根据流域降水径流和暴雨洪水特性，划分3～8月为汛期，9月至翌年2月为枯水期。

2.2 地形地貌岩性

本枢纽的围堰主要由上游围堰、下游围堰、左岸纵向围堰和右岸堤防组成。河床地面高程为4.10m～17m，左岸河中岛地面为18.2m～20.7m，右端堤顶高程为24.30m。河中岛纵向围堰位于东大河与西大河之间的河中冲积岛上，地形相对平坦，地面高程为19m左右。纵向围堰覆盖层地层岩性主要为第四系冲积层，覆盖层上部为5.8m～12.0m厚粉质粘土、粉土等，可塑状，中等透水性，主要分布在河中岛及左岸河滩；覆盖层中部为含泥中细沙、含泥中粗砂等，厚约2.3m～6.6m，稍密状，透水性中等～强，场区内分布连续；覆盖层下部为砂卵砾石，中密～密实状，中等透水性，分布连续，场区均有分布。下伏基岩主要为全、强风化板溪群上部（Ptbn3）千枚岩，局部揭露有弱风化沙岩，产状27°/SE∠50°，倾向上游，未发现断层切割。

3.施工方案

为提供干作业的施工环境，需要修筑挡水围堰。根据施工现场的地质条件以及原材料供应情况，围堰的防渗体采用土工膜+高压旋喷桩防渗墙的结构。高压旋喷桩防渗墙采用双排高压旋喷桩的结构，孔距为0.6m，排距为0.5m，桩径为0.8m，高压旋喷桩底入岩1m以保证底部搭接的防渗效果，防渗墙以上部分采用土工膜进行防渗止水，高压旋喷桩和土工膜采用0.5m厚盖帽混凝土进行固定搭接，保证整个防渗结构的防渗性能，围堰外侧采取袋装砂护坡，防止水浪冲刷。

4.现场施工方法

4.1 围堰填筑施工

（1）围堰水下截流。围堰水下截流部分的流程为：截流戗堤进占合拢→抛填闭气土料→抛投外侧袋装砂→闭气。

根据施工导截流模型试验报告及围堰设计优化报告，随着龙口的进占，龙口处流速逐渐增大，由于西大河过流，在东大河截流期间流速增大且幅度较小，龙口宽度为10m时最大流速为0.28m/s。由于本工程河床为砂卵砾石覆盖层，抗冲能力较强。因此工程截流期间的流速增大对河床的冲刷较小，右岸靠近纵向围堰一侧布置龙口，采用单向进占的方式，预留龙口宽度为60m。

（2）围堰水上填筑。围堰分层填筑工艺流程为：堰体填筑基础整平→验收合格→分层铺料→外侧土工布铺设→袋装砂护坡→石渣封顶。

测量后确定填筑的范围，并标识出围堰轴线。对围堰防渗轴线上有块石及大孤石等障碍物应采用反铲挖掘机进行挖除，再填筑围堰。

围堰填筑采用中粗砂结构，分层厚度为0.5m，坡比为1：2.25，中粗砂外侧铺设土工布，堰体的袋装沙护坡及袋装沙下部的土工织物随着堰体上升逐层砌筑和铺设，铺砌方式采用错缝锁结方式。

4.2 高压旋喷桩施工

高压旋喷桩施工具有止水效果好、作业期间噪声小的特点，且其对周围环境影响较小，适用于松散透水地基，运用该技术能够有效地提高软土地基的承载力，减小地基施工后的沉降变形，提升地基强度及施工效率，减少项目工期。

高压旋喷桩施工工序为钻孔→插管、试喷→喷射注浆→冲洗机具→移动高喷台车至下一孔位。

根据典型试验，高压旋喷桩施工工艺参数见表1。

表1 高压旋喷桩的施工工艺参数

4.3 土工膜铺设施工

土工膜铺设是随着堰体填筑同步进行，施工程序是先填筑中粗砂，并压路机压实整平，修整成一定的坡度，然后在坡面上覆盖土工膜，再填筑上层中粗砂，反复上述工序至堰顶高程。

土工膜采用人工方式呈“之”字形折线上升进行铺设，坡比为1：1.6，每层控制层厚为50cm。复合土工膜需埋入盖帽混凝土的长度1m，土工膜上下游侧中粗砂遵循“交替分层”原则填筑。土工膜两侧垫层填料采用小型振动设备碾压密实，垫层填料内不含尖角碎石。此外，沿铺设轴线设置土工膜伸缩节，间隔为100m，此举目的为适应堰体变形变位，改善膜体受力条件。

为保证土工膜接头不发生漏水现象，本项目采用焊接连接式，且搭接长度＞30cm。正式施工前需进行现场接缝试验，并记录焊接试验时相关参数，由此确定最理想的焊接温度和行走速度，确保焊接质量及提升施工效率。焊接完成后对各种组合的焊缝进行抗拉试验，要求断裂位置不出现在焊缝的部位，焊缝处的强度不得小于主膜强度的85%。

5.施工安全监测

为了保证围堰运行期间的现场施工安全，需对围堰的变形、渗流等情况按照一定频率进行监测。根据《水利水电工程围堰设计规范》（SL 645-2013），本围堰属于4级围堰。根据《水利水电工程围堰设计规范》和《水电水利工程施工安全监测技术规范》（DL/T 5308-2013）对4级围堰的监测要求，本工程采用的监测项目及监测频率具体如下：

巡视检查：2次/周；堰体垂直位移：1～2次/月；堰体水平位移：1～2次/月；渗流量：1～2次/月；渗压：1～2次/月；水位观测：根据工程实际需要；防渗墙水平变形：1～2次/月。

当遇到暴雨、大洪水，以及持续高水位或水位骤升骤降等影响围堰安全运用的情况（如发生），除加强仪器监测数据采集分析外，还要加强重点部位现场巡视工作。每次巡视检查需做好详细记录，倘若出现异常现象，记录异常现象发生的时间、部位及具体情况，以便为后续采取相关处理措施提供依据。现场记录必须及时整理，与以往监测结果进行比较，发现问题或异常现象后立即进行复查，并发出预警。

重点的检查项目和内容主要包括：

（1）围堰顶部：有无裂缝、异常变形、积水等现象。（2）迎水坡：护面或护坡是否损坏；有无裂缝、剥落、隆起、滑动、冲刷等异常现象；靠近堰体的水面有无变浑或漩涡、冒泡等异常现象。（3）背水坡：有无裂缝、滑动、隆起、剥落、塌坑、冒水、渗水坑或流土、管涌等现象；排水系统是否通畅；有无兽洞、蚁穴等隐患。

6.结束语

本文以江西信江航电枢纽项目为例，系统分析了围堰填筑和防渗施工，得出了如下结论：

（1）高压旋喷桩和土工膜的复合防渗结构能够节省工期和成本，具有较大的工程优势。

（2）围堰安全监测对于施工安全具有重大意义，可以采用现场巡视和仪器测量相结合的方式对围堰进行监测。当遇到发生暴雨、大洪水等特殊情况，除加强仪器监测数据采集分析外，还要加强重点部位现场巡视。