李潤成

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概況

汾河三壩取水樞紐位于汾河中游的平遙縣南良莊村南，攔河閘原設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，泄量為1500m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)20年一遇，泄量為2000m3/s。按照《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，根據(jù)過閘流量指標(biāo)確定汾河三壩攔河水閘為Ⅱ等工程，屬大（二）型水閘，主要建筑物為2級，次要建筑物3級；設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，相應(yīng)下泄量1790m3/s；校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，相應(yīng)下泄量2450m3/s，因此需要進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

本工程圍堰分別設(shè)置在河閘壩的上游和下游，處于山西省中部，屬于太原—晉中斷陷盆地中部，地貌單元屬汾河洪沖積平原區(qū)，區(qū)域穩(wěn)定性尚好。地表上部地層由于受汾河上游兩岸廣泛分布松散覆蓋層，在汛期汾河及以上各支流攜帶大量泥砂運(yùn)至壩前河道段，河水流速減緩，大量泥砂沉淀形成新近淤積物；下部為第四系全新統(tǒng)晚期洪沖積（Q4pal-2）淺黃、淺青灰色低液限粉土，局部砂粒含量增大為含砂低液粉土，夾低液限粘土及粉土質(zhì)砂透鏡體，其承載力為80～90kPa。

根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004）規(guī)定，導(dǎo)流建筑物為4級，相應(yīng)洪水重現(xiàn)期為20～10年。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為P=10%，導(dǎo)流時(shí)段為全年，P=l0%相應(yīng)洪峰流量1136m3/s。

本工程主體工程施工期間分兩期進(jìn)行導(dǎo)流：一期導(dǎo)流時(shí)段為2014年5月20日—11月20日，導(dǎo)流期間進(jìn)行左側(cè)1孔舊閘改造工程及擴(kuò)建2孔新閘的施工，在此期間河道來水通過右岸4孔舊閘過流。二期導(dǎo)流時(shí)段為2014年12月21日—2015年4月30日，導(dǎo)流期間進(jìn)行右側(cè)5孔舊閘改造工程的施工，利用左側(cè)2孔閘門過流。

2 方案比選

本工程導(dǎo)流圍堰初期選定土圍堰和土工管袋圍堰兩種形式，下面從材料特性、施工工藝、工程量及投資等方面對兩種方案進(jìn)行比較。

2.1 材料特性

一般情況下，土圍堰技術(shù)應(yīng)用在施工現(xiàn)場水深不超過2.2m，流速不超過30m/s，而且河床自身的通透性較弱的情況下。當(dāng)施工現(xiàn)場是一般性粘土，砂土、砂性土等粘性較小的土壤填筑時(shí)，滲流堰體的長度需要恰當(dāng)?shù)匮娱L，且因地質(zhì)不夠穩(wěn)定，很可能產(chǎn)生裂縫，引起滲透破壞，進(jìn)而可能會出現(xiàn)坍塌，結(jié)合本工程區(qū)地質(zhì)情況，不建議采用此種圍堰。

土工管袋圍堰的袋體采用聚丙烯纖維編織布縫制而成，具有抗拉強(qiáng)度高、抗酸堿性能和抗紫外線能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)本工程施工的實(shí)際情況，選用2～3年年限土工管袋完全滿足圍堰使用要求，其性能指標(biāo)需滿足表1的要求。

表1 土工管袋性能要求

2.2 施工工藝

根據(jù)導(dǎo)流方式及過流量計(jì)算，縱橫向圍堰高6.8m（兩種方案斷面圖見圖1）。若采用土圍堰，頂寬4m，坡度1∶2，底寬31.7m。由于圍堰斷面太大，影響河道泄洪能力，另外，還需采用復(fù)合土工膜和編制袋土對土圍堰進(jìn)行表面防沖處理。

若采用土工管袋圍堰，頂寬4m、坡度1∶0.4、底寬僅為9.44m，這種圍堰較傳統(tǒng)的土圍堰不僅能減小圍堰斷面，增大過流面積，且無需再做表面防沖處理。土工管袋圍堰不僅能滿足河道的泄洪能力，還具有抗波浪沖刷能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、耐久性好施工簡單、速度快等優(yōu)點(diǎn)，即使堰頂漫水也不會造成圍堰垮塌，具備一定的堰頂溢流能力。

圖1 圍堰斷面示意圖

2.3 工程量及投資

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，結(jié)合現(xiàn)行水利定額，并綜合考慮各機(jī)械的實(shí)際效率計(jì)算，采用土圍堰造價(jià)為3503元/m，采用土工管袋圍堰造價(jià)為1760元/m，采用土工管袋圍堰比土圍堰可節(jié)省投資1743元/m。兩種圍堰工程量及造價(jià)見表2。

表2 兩種圍堰工程量及造價(jià)對比

2.4 方案選擇

綜上所述，同時(shí)結(jié)合實(shí)地勘察和工程施工進(jìn)度計(jì)劃，并考慮到圍堰運(yùn)行管理及維修的需要以及本工程施工期間汾河三壩取水樞紐的運(yùn)行管理要求，汾河三壩攔河閘施工導(dǎo)流選定土工管袋圍堰作為擋水圍堰。

3 管袋施工

3.1 施工工藝流程

土工管袋施工主要包括：袋體制作（定制）、測量放樣、袋體鋪設(shè)、取土（砂性土）充填、屏漿固結(jié)檢查、充填結(jié)束等施工環(huán)節(jié)。其施工工藝流程圖見圖2。

圖2 土工管袋施工工藝流程圖

3.2 施工方法

土工管袋圍堰施工前需將圍堰底部的雜物及石塊清理干凈，然后鋪開土工管袋，管袋填充采用專用高壓水泵（15kW）、高壓水槍及泥漿泵（15/30kW）進(jìn)行。

首先將帶有浮筒的高壓水泵吊放于圍堰外側(cè)的河道內(nèi)，并打地錨用纜繩固定浮筒，避免在施工過程中被河水沖向下游。然后將帶有浮筒的泥漿泵吊放在計(jì)劃用于充填土工管袋圍堰的土體位置。泥漿泵應(yīng)盡量鄰近充填的土工管袋圍堰，以減少輸送泥漿的管道長度，同時(shí)應(yīng)選在較高的位置，以減少河道來水對圍堰充填施工的影響。圍堰充填前泥漿泵周圍如有積水應(yīng)先開啟泥漿泵將積水排至河道內(nèi)。充填施工時(shí)用高壓水槍下切土體，邊下切邊采用泥漿泵抽排，直至形成2～3m的深坑，泥漿泵也隨之下沉至坑內(nèi)。然后用高壓水槍切削周圍土體，高速水流攜帶土體形成泥漿直接流至泥漿泵的進(jìn)口處，通過泥漿泵充填至土工管袋內(nèi)。土工管袋內(nèi)的泥漿逐步沉淀，水從上部排水口或袋體表面滲出，土料在土工管袋底部固結(jié)。高壓水槍切削土體應(yīng)控制好泥漿的濃度，既不能泥漿過濃使泥漿泵超負(fù)荷運(yùn)行，又要保證足夠的泥漿濃度以提高充填效率。隨著被切削土坑的不斷擴(kuò)大，應(yīng)及時(shí)拖動泥漿泵至土坑邊緣，使切削的土體與泥漿泵進(jìn)口間有較大坡降，從而保證坑內(nèi)泥漿有較高的流速，避免二次沉淀。當(dāng)土工管袋內(nèi)泥漿充填至一定程度，需要停泵排水固結(jié)。最后，每天完工停機(jī)時(shí)，需將輸泥管道的出口拖至圍堰外側(cè)，用高壓水槍向泥漿泵坑內(nèi)充入足量的清水，通過泥漿泵將輸泥管道清洗干凈，避免管內(nèi)較稠的泥漿沉淀后堵塞輸泥管道。

一層土工管袋充填完成并基本固結(jié)后，再進(jìn)行第二層土工管袋的充填，直至達(dá)到設(shè)計(jì)高程。

3.3 控制要點(diǎn)

第一，土工管袋圍堰充填的土料最好為粉土或粉細(xì)砂，太粗則成型后的堰體容易產(chǎn)生滲漏，太細(xì)則在土工管袋內(nèi)不易排水固結(jié)，降低施工效率。

第二，土工管袋充填時(shí)，最好由一端開始灌入泥漿，另一端管口排水，這樣有利于泥砂沉積，提高效率。

第三，在充填過程中要經(jīng)常檢查出泥管口的泥砂堆積情況，及時(shí)調(diào)整出泥管口位置，不斷調(diào)整充泥袖口，充填時(shí)在袋體頂面人工來回踩踏，使土顆粒重新排列趨于緊密，袋內(nèi)砂充填均勻、飽滿，確保充填平整，加快袋體排水固結(jié)速度。

第四，待整個(gè)土工管袋達(dá)到屏漿階段，適當(dāng)減少充填土工管袋機(jī)械或停止充填，以防袋體爆裂，留出一定的固結(jié)脫水時(shí)間。

第五，充填過程中，測量人員根據(jù)圍堰斷面圖紙控制好每層土工管袋頂高程，在充填過程中如一次達(dá)不到理想高度，待土工管袋稍有固結(jié)后，再進(jìn)行二次或多次充填，直到理想的充盈度。

第六，土工管袋圍堰充填初期袋體內(nèi)泥漿未沉積固結(jié)，處于流塑狀態(tài)，極易從下層已充填完成的袋體上發(fā)生側(cè)滑，上層袋體充填前應(yīng)在適當(dāng)位置用土工帶或繩子與下層已充填完成的袋體連接固定，且在每層袋體充填初期密切觀察袋體情況。

4 結(jié)語

汾河三壩經(jīng)過汛期及冬季庫區(qū)蓄水淹沒的檢驗(yàn)，土工管袋圍堰運(yùn)行狀況良好，無任何險(xiǎn)情發(fā)生。

在河道治理等水利工程中，采用土工管袋圍堰不僅可以方便施工布置，而且還能節(jié)約投資降低造價(jià)，增強(qiáng)圍堰的抗沖刷能力。因此，將土工管袋應(yīng)用于水利工程施工，有著廣闊的前景。