某河闸扩建工程中围堰施工技术研究

柴正瑜

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

1 工程概况

某河闸主要工程任务有排涝入海、挡潮御卤、蓄水灌溉等。该工程建于20世纪70年代，原河闸共14孔总净宽88 m，由于当时受技术、经济等因素的影响和限制，其设计和施工不能满足社会发展的需求，从1976 年运行至今40多年以来，水闸已经过多次除险加固，目前水闸已无法正常运行，经安全鉴定为3类闸，现需对该河闸进行扩建，主要建设内容为工程拆除老闸，原址下移约960 m位置新建节制闸1座，并对上、下游引河及老河槽进行拓疏，上游北岸及下游两岸新建堤防等。河闸上游围堰拦截的是盐河河水，水位变化不大，计划采用土质围堰，下游围堰是潮汐河道，地质条件差，拦截的是灌河潮水，一天两潮，水位变化大，潮涨潮落时间短，对下游围堰边坡稳定影响很大，拟采用土围堰和钢管桩结合的复合围堰，增强坝体整体性。

2 施工围堰设计

2.1 围堰方案

该河闸工程施工导流方案：通过现有已建河闸导流，若遭遇超标准降雨，则在此基础上架设临时泵站参与排水。围堰方案：上游围堰拦截的是河水，水位变化不大，计划采用土质围堰，采取传统的水中倒土、分层碾压的方法施工；下游围堰是潮汐河道，地质条件差，拦截的是潮水，潮汐对下游围堰边坡稳定影响很大，拟采用土围堰和钢管桩结合的复合围堰，即在土质围堰基础上增设两排钢管桩，桩顶外侧设双拼工字钢围囹，上下游围囹用精轧螺纹对拉，双钢管桩桩位距坝轴线上下游各20 m，桩间距2 m，并在桩内侧土方填筑到最低水位时铺设带肋钢筋网片，增强坝体整体性。

2.2 施工围堰设计

（1）上游围堰。施工围堰按4级建筑物设计，结构型式为：上游盐河侧拟采用纯土围堰，施工期取10年一遇高水位1 503.23 m，风压0.45 kN/m2，吹程500 m，浪高0.529 m，不过水围堰，堰顶超高0.6 m，则堰顶高程为1 504.359 m，为安全计取堰顶高程取1 504.0 m，迎水侧加设100 cm高袋装土子堰，堰顶宽5.0 m，围堰边坡1∶5，在上游围堰基坑侧2.0 m和0.0 m高程处各增设一个4 m宽平台。

（2）下游围堰。灌河侧非汛期10年一遇高潮1 503.87 m，风压0.45 kN/m2，吹程500 m，浪高0.717 m，不过水围堰，堰顶超高0.6 m，则堰顶高程为1 505.187 m，考虑临时交通要求，为安全计，堰顶高程取1 505.0 m，迎水侧加设100 cm高袋装土子堰，堰顶宽7 m，迎水侧边坡1∶6，基坑侧2.0 m高程以下1∶6，以上1∶5，并在2.0 m高程设6 m宽平台。

（3）围堰安全验算。按照施工围堰断面进行边坡安全复核验算，根据本工程区域内的地质条件，综合考虑下游侧施工围堰作为场内施工道路重载车辆荷载，采用同济启明星边坡稳定分析软件SLOPE1.0计算，验算结果本工程施工围堰安全系数为1.60，大于土石坝施工围堰安全系数最小1.2要求。

3 围堰施工技术方案

3.1 土源安排及机械配置

（1）土源安排。本工程上游施工围堰填筑土方32 031 m3，下游施工围堰填筑土方54 684 m3，围堰填筑土方利用河道疏浚土方，填筑土料渗透系数为K＜10-4cm/s 的黏土。由于工期较紧，进场后立即进行围堰施工，围堰施工结合闸塘开挖，新闸南侧约4孔为原状土开挖，进场后即进行该处土方开挖结合填筑围堰。

（2）机械配置。考虑天气和其他因素影响，按120%配置内外河侧施工围堰填筑机械，配置14台套挖掘机（另配备2台挖掘机用于填筑面辅助布土整平）、2台160型大型推土机（用于填筑工作面的铺土和整平），配置2台压路机压实，满足计划工期和施工质量要求。

3.2 上下游围堰施工

3.2.1 上游围堰施工

（1）围堰施工流程。围堰施工工艺流程为：堰体部位河边坡清淤清杂→围堰土方填筑施工→土方压实（稳定）→围堰迎水面防护→河道内降水→背水坡平台填筑及坡面修整→围堰验收[1]。

（2）河底河坡杂物、淤泥清理。围堰填筑前为保证围堰嵌入河岸，同时保证连接段的防渗效果，采用长臂挖掘机清除杂物，清理深度不少于5 m，堰址河底淤泥采用填筑土方挤淤法清除。

（3）围堰黏土填筑施工。土质围堰施工分上、下两部分，水上部分的施工釆用分层填筑，压实度不低于0.91，水下部分的施工，采用进占法施工，填筑围堰土料从取土区用自卸车运至现场，采用挖机配合160型大型推土机进占填筑，同时通过填筑土方挤压河床底部的淤泥。

在围堰筑岀水面后，待土方晾干采用压路机进行碾压，并分层加高填筑，结合推土机分层向河中推土、压实，直至达到设计高程。施工过程中，要加强对围堰的观测，发现围堰沉降现象要及时分析、处置，包括采取围堰压实、加高等措施，妥善处理隐患，确保围堰安全运行。

3.2.2 下游围堰施工

施工工艺流程：堰体部位河边坡清淤清杂→低潮位以下围堰土方填筑施工→打桩船定位→船上钢管桩施工→钢板安插→钢筋网片铺设→纵向围囹及精轧螺纹拉筋安装→低潮位以上土方平层法填筑施工→土方压实（稳定）→子围堰加高→围堰迎水面防护→河道内降水→背水坡坡面修整→围堰验收。

施工前，先由专业测量人员根据平面控制点测放出围堰内外侧钢管位置，并用竹竿在河道中加以标记。河底河坡杂物、淤泥清理同上游围堰施工方法，下游围堰施工具体流程：

（1）钢管桩施打。钢管桩长度规格不一，现场根据施工设计长度在岸上进行钢管桩的拼接，接头满焊后用15 cm×15 cm钢板4块在焊接部位四周加强，钢管桩为直径Φ530 mm×6 mm。

钢管桩施打采用30 t浮吊船上振动锤施打，施打时需拉线定位。工程船将钢管桩运到桩位后，浮吊船吊起60 kW型振拔锤（带液压钳）插到钢管桩顶口，夹紧钢管桩整体起吊振动锤和钢管桩，就位后，使其方向和垂直位置准确[2]。钢板桩施打时施工技术要求见表1。

表1 钢板桩施打时施工技术要求汇总表

（2）钢板安插、钢筋网片铺设。钢管桩打设完成后，在钢管桩内侧垂直安装钢板[3]，水平铺设钢筋网片，钢筋网片下铺有纺土工布，钢筋网片尺寸为（12m×2.3 m）和（6 m×2.3 m），长度顺水流方向，纵横错缝留30～50 cm间隙铺设。在上下游钢管桩外侧1.0 m高程处安装双拼28号工字钢围囹，然后用精轧螺纹对拉。

（3）围堰填土。待钢管桩和围堰内侧钢板施工完成后进行围堰填土，本次土料取自项目区勘察的粘土料场，不可采用淤泥，在取土区由挖掘机挖土装车、自卸车将土方运输至坝头，逐步倾倒土方分层碾压推进，并分层铺设土工布和钢筋网片，倒土过程中严禁碰撞钢管桩，围堰施工因在水中施工而产生较大的沉降量，应注意预留，并随时观测围堰沉降、变形和堤身维护。

由于下游围堰基础位于海淤土上，承载力较低，为防止填土时两侧隆起，须在围堰的内外侧同时进行填土，同步进行，顶部子堰填筑完成后在临海侧用复合防渗土工膜上铺填袋装土进行防护。

（4）围堰内抽水。围堰填筑完成坝体有待稳定，应先小流量进行抽排，待坝体稳定后再正常排水，抽水时应随时注意观察坝体稳定情况，以防发生堰体沉陷，滑移等异常情况，发生后及时采取补救加固处理措施。为确保坝体稳定，围堰内水位下降应不大于70 cm/d，抽水过程中一旦发现渗水即停止抽水，即可加固围堰，确保围堰安全。

3.2.3 影响围堰填筑的因素

下游围堰选择合理的结构形式，正确的填筑顺序，最优的填筑时间，是本围堰成功的关键。

（1）合理的结构形式。下游围堰拦截的是灌河潮水，受潮汐影响对下游围堰边坡稳定影响很大，结合多年临海围堰填筑经验，本工程下游侧围堰在土质围堰基础上增设两排钢管桩，钢管桩内侧插入钢板，桩顶外侧设双拼工字钢围囹，上下游围囹用精轧螺纹对拉并在桩内侧土方填筑到最低水位时铺设带肋钢筋网片，增强坝体整体性。

（2）正确的填筑顺序。下游围堰土方填筑施工顺序分为：最低潮位以下，最高潮位与最低潮位之间，最高潮位以上三部分。最低潮位以下部分采用进占法施工，当潮水退到最低潮位之上50 cm时，开始进行土方填筑，当潮水涨到填土面前停止施工，最低潮位以下部分全部填筑完成后，进行钢管桩打设、内侧钢板、铺设钢筋网片等。最高潮位至最低潮位之间坝体只能采用平层法分层填筑，每层厚度控制在60～80 cm，每一个落涨潮时间填筑完一层，压实一层，直至填筑完成。最高潮位以上部分的施工釆用分层填筑，分层压实，并分层加高填筑，直至达到设计高程。

（3）最优的填筑时间。选择最优的填筑时间，也是围堰成功的关键，潮汐河道施工，掌握并利用潮汐规律，及时调整机械设备配置和后勤供给，利用低潮位填筑，能有效减少土方冲刷，保证填筑质量，提升工程进度。因该河闸距河道入海口燕尾港较远，通过多年分析，该河闸处潮汐比燕尾港处时间要滞后100 min，潮位差基本相同。

3.3 围堰防护

在河闸施工期间，施工单位应采取一切必要的措施确保施工围堰的安全，排除其他对其可能产生不利影响和干扰的因素。主体工程施工期间加强围堰安全，防护，上下游围堰迎水侧采用防渗土工布铺设[4-5]，铺设时块与块之间搭接大于50 cm，坡脚向堰底外侧延伸大于2 m，上游水位以下用编织袋装土，机械装船后，运到指定位置，人工在船上均匀抛投，出水后围堰迎水面人工叠实袋装土。下游水位以下用挖机在船上均匀抛投，出水后围堰迎水面人工叠砌块石防护。背水侧一侧随着堰内抽水水位降低，逐步开挖岸边土方在背水坡上加帮戗台。施工期间在围堰外侧设置信号、警示标志，防止过往船舶撞击围堰堰体，影响围堰安全。围堰的使用、维护和应急方法及措施见表2[6]。

表2 围堰的使用、维护和应急措施

3.4 围堰拆除

主体工程完工并进行水下工程阶段验收合格后，按河道设计断面拆除施工围堰，拆除时先向围堰内灌水，待围堰两侧水位相平后即可拆除，围堰拆除水下淤等驳船转运至临时码头后装车转运挖至弃土区。施工围堰钢管桩拔除、钢板、工字钢拆除均采用浮吊配合液压振动锤拔除，施工顺序为施工时打设反顺序，即先打后拆，后打先拆。

4 结论及建议

该河闸施工期间除做好上下游围堰施工安全维护外，还应该做好围堰运行过程的监测、维护和保养以及围堰的安全管理，如做好围堰外水位观测和纵向位移观测，做好围堰的防冲刷、防台风、防风浪措施，定期检查和维护施工围堰，一旦发生冲刷、松动等各种问题及时采取补救措施，另外在工程施工期间应强化管理，配专人值班并进行安全巡查。总之，围堰施工是河闸扩建工程顺利进行的第一道工序，也贯穿于整个工程建设之中，直至工程完工，围堰拆除。