丁建偉

（中國土木工程集團(tuán)有限公司，北京 100038）

中南部非洲國家干旱少雨，飲用水缺乏，近年來，為解決飲用水緊張問題，開始興建大型供水項(xiàng)目，從江河中取水，以解決市區(qū)供水問題。供水項(xiàng)目的取水頭部采用土石圍堰圍堵河床，創(chuàng)造干地施工條件，有利于建筑物（水泵房）的建設(shè)。圍堰作為臨時(shí)性擋水建筑物，一旦失事，后果嚴(yán)重，輕則影響工程施工，拖延工期，增加造價(jià)；重則可能造成潰堰，威脅人身及設(shè)備安全。因此，文章著重闡述中南部非洲供水項(xiàng)目取水圍堰施工技術(shù)，以解決河水給供水項(xiàng)目施工可能帶來的系列影響，創(chuàng)造安全可靠的干地施工環(huán)境。

1 地質(zhì)水文情況及圍堰設(shè)計(jì)方案

1.1 地質(zhì)水文情況

圍堰所處位置一般為河流中游，取水位置水面寬約為250m，河水流速較慢，河中心水深約為13m，枯水期水位約為974.00m，雨季來臨后河水水位約為975m（最近幾年中南部非洲雨量較?。?，30年以來最高洪水水位約為979m。

河底地質(zhì)情況如下：②-1層淤泥。取水泵房主體下部土層，厚度為1.4～2.3m，工程力學(xué)性質(zhì)極差，不可作為擬建建（構(gòu)）筑物的持力層。④-2層中風(fēng)化流紋巖。擬建區(qū)域均有此地質(zhì)，工程力學(xué)性質(zhì)好，可作為擬建建（構(gòu)）筑物良好的基礎(chǔ)持力層。

1.2 圍堰設(shè)計(jì)方案

河底地質(zhì)為中風(fēng)化流紋巖，巖石堅(jiān)硬，打入鋼板樁難度非常大，又因中南部非洲地區(qū)沒有圍堰施工專用機(jī)械，因此只能采取普通的土石圍堰。供水項(xiàng)目取水泵房的基礎(chǔ)為樁基基礎(chǔ)，考慮到鉆孔灌注樁的施工工作面較低，因此圍堰施工采取先整體填筑，為灌注樁施工創(chuàng)造工作面，然后進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，待灌注樁施工完畢后開展圍堰開挖工作。施工的重點(diǎn)及難點(diǎn)是圍堰的開挖與防水工作（見圖1）。

2 圍堰填筑施工技術(shù)方案

2.1 圍堰填筑

圍堰填筑平面形狀與泵房一致，能節(jié)省填筑土方量及縮短工期，同時(shí)也能起到舒緩水流的作用。

2.2 沙袋護(hù)坡

圖1 圍堰平面布置圖

為防止圍堰外部迎水側(cè)受到水流沖刷，時(shí)間久了影響圍堰整體穩(wěn)定性，圍堰外側(cè)采取內(nèi)含泥沙袋護(hù)坡的形式。沙袋規(guī)格為80cm×40cm。圍堰外側(cè)底部使用長臂挖掘機(jī)將沙袋放入，頂部使用人工配合裝載機(jī)將沙袋拋入河道中。

2.3 基坑開挖

由于圍堰所在河床水深較深，最深處可達(dá)13m，填筑水壓較大，圍堰填筑過程中振動(dòng)碾的作用深度為圍堰頂面以下40cm，因此40cm以下填筑土石體沒有壓實(shí)度，接近自然堆方，無法起到防水作用。為完成基坑開挖，首先需要做好防水措施，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況及現(xiàn)有設(shè)備條件，決定采用注漿的方法進(jìn)行防水閉氣處理。利用鉆孔灌注樁施工中所使用的泥漿泵作為壓漿泵，自制壓漿管及注漿頭作為壓注漿設(shè)備。壓漿施工與開挖施工交替配合，圍堰開挖采用三級(jí)放坡的形式，以保證跟腳的穩(wěn)固，控制每次注漿的開挖深度為3m。具體施工工序如下：（1）將1∶3的水泥漿液通過壓漿管注入填筑好的堰體內(nèi)，注入深度為6m，注漿孔間距為1.5m，三序孔施工，梅花形間距布置，注入的水泥漿液在壓力的作用下，穿過土體之間的空隙，填補(bǔ)到堰體的空腔內(nèi)，水泥漿凝固后，水泥漿包裹的泥土、石塊形成一個(gè)大的整體，從而達(dá)到防水的作用。（2）待壓注漿后的土體達(dá)到一定強(qiáng)度后再進(jìn)行開挖，開挖深度為3m，開挖坡度45°，開挖至第一個(gè)平臺(tái)，平臺(tái)寬度為3m，然后對(duì)坡面進(jìn)行網(wǎng)片砂漿防護(hù)處理。（3）第一個(gè)平臺(tái)開挖成型后，再繼續(xù)沿圍堰外圍進(jìn)行注漿工作，過程同步驟（1），注漿達(dá)到強(qiáng)度后繼續(xù)進(jìn)行開挖，開挖至第二平臺(tái)，平臺(tái)寬度為3m，然后對(duì)坡面進(jìn)行防護(hù)處理。（4）在第二平臺(tái)進(jìn)行注漿，注漿完成后繼續(xù)開挖，開挖至圍堰底部，由于圍堰底部水壓力較大，因此在該段圍堰設(shè)置泄壓管，泄壓管采用長度1.2m的de110的PVC管，插入圍堰1m，外漏0.2m，排布間距為1m。（5）在距離圍堰底部0.5m處設(shè)置規(guī)格為0.2m×0.3m的明溝，明溝沿圍堰一周設(shè)置。明溝接入泵房5m工作面外圈設(shè)置的2個(gè)規(guī)格為1m×1m的集水坑。泄壓管流出的水通過排水明溝進(jìn)入集水坑，集水坑固定2臺(tái)抽水泵，隨時(shí)將水排出（見圖2）。

圖2 圍堰填筑立面圖（單位：mm）

3 取水泵房基礎(chǔ)石方開挖技術(shù)方案

取水泵房所處位置水位較深，取水泵房所處地基多為中風(fēng)化流紋巖，巖石十分堅(jiān)硬，且?guī)r石方量很大。利用破碎錘進(jìn)行巖石開挖振動(dòng)較大，可能會(huì)擾動(dòng)圍堰。供水項(xiàng)目取水泵房施工工期緊，需在雨季到來前完成主體結(jié)構(gòu)至現(xiàn)狀水面，以保證未來在雨季時(shí)施工的安全，經(jīng)過綜合考慮，取水泵房基礎(chǔ)石方開挖采用潛孔鉆配合劈裂機(jī)的方式進(jìn)行開挖（見圖3）。

圖3 劈裂機(jī)工作原理

4 圍堰拆除施工方案

取水泵房施工完成后，圍堰創(chuàng)造干地施工完成，并于旱季施工的末期進(jìn)行圍堰拆除；根據(jù)中南部非洲雨季及旱季交替特點(diǎn)，河水水位在11月基本接近最低水位，可以進(jìn)行圍堰拆除。

4.1 拆除前準(zhǔn)備工作

（1）完成取水泵房上部砌體施工、門窗安裝、外墻涂料施工、室外欄桿安裝；（2）完成取水泵房粗細(xì)格柵、閘板閥安裝，閘板閥需經(jīng)過水壓試驗(yàn)，檢驗(yàn)其閉水效果是否達(dá)到使用要求；（3）完成取水泵房立式斜流泵及相關(guān)管道安裝；（4）完成取水泵房電氣、棧橋兩側(cè)橋架及電纜敷設(shè)；（5）修建施工便道，在棧橋配電間一側(cè)修建一條施工便道，便道經(jīng)過取水配電間化糞池附近連接現(xiàn)有道路。而棧橋配電間另一側(cè)施工便道已經(jīng)存在。通過這兩條施工便道可達(dá)到圍堰兩側(cè)同時(shí)開挖的目的。

4.2 拆除方案

（1）一級(jí)坡拆除：由于圍堰一級(jí)坡距離取水泵房進(jìn)水口最近，如不清理干凈土體及大塊石容易造成進(jìn)水口堆積堵塞，導(dǎo)致無法正常取水，且圍堰堰體經(jīng)過注漿已經(jīng)具有了足夠的強(qiáng)度，具備拆除條件，因此首先進(jìn)行一級(jí)坡拆除。一級(jí)坡拆除使用挖掘機(jī)?？吭诙?jí)坡進(jìn)行挖掘作業(yè)。一級(jí)坡拆除過程中堰體內(nèi)部持續(xù)排水，保持作業(yè)環(huán)境干燥，以達(dá)到將土石方清除干凈的目的。（2）二級(jí)坡混凝土護(hù)坡拆除：為確保圍堰拆除安全，一級(jí)坡拆除完成后不再從底部進(jìn)行二級(jí)坡的拆除，但需要將二級(jí)坡的混凝土護(hù)坡破除，以此為后續(xù)開挖工作創(chuàng)造條件。（3）二級(jí)坡混凝土破除后，圍堰內(nèi)部停止排水，讓內(nèi)部水面自然上升至外部水面標(biāo)高，保持內(nèi)外水壓平衡。（4）堰頂拆除，降低堰頂標(biāo)高：完成一級(jí)坡及二級(jí)坡護(hù)坡混凝土拆除后，開始進(jìn)行堰頂拆除，堰頂拆除主要目的是降低堰頂標(biāo)高，先將堰頂露出水面部分拆除，再將堰頂標(biāo)高降低至河面最高水位以上50cm左右，以減少圍堰拆除工作量，同時(shí)更好地利用挖掘機(jī)拆除河底的壩體。根據(jù)以往水文觀測數(shù)據(jù)，9月末中南部非洲河水水位可降低1m左右，因此能夠拆除1m高的圍堰堰頂。（5）二、三級(jí)坡拆除：完成圍堰堰頂拆除后立即開始圍堰二級(jí)坡、三級(jí)坡的開挖。此時(shí)圍堰內(nèi)部水位已經(jīng)與外部水位持平，內(nèi)外水壓平衡，因此壩體不會(huì)承受過大的水壓。堰體拆除從水流沖擊最強(qiáng)位置處開始，利用長臂挖掘機(jī)沿著堰體后撤式拆除，拆除的土石方利用自卸車運(yùn)至圍堰填筑時(shí)取土坑處，并利用推土機(jī)進(jìn)行平整，恢復(fù)地表。由于注漿緣故壩體強(qiáng)度較高，可能出現(xiàn)長臂挖掘機(jī)開挖不動(dòng)的情況，如出現(xiàn)此情況，采用水下定向爆破的方式進(jìn)行拆除。

4.3 安全措施

為確保圍堰拆除過程中人員及機(jī)械設(shè)備的安全，制訂圍堰拆除安全措施：（1）圍堰拆除前，聘請(qǐng)蛙人潛入河底探明河底情況，確認(rèn)圍堰底部是否有因河水沖刷而出現(xiàn)掏空的情況，待情況探明后再進(jìn)行圍堰拆除；（2）現(xiàn)場施工人員及機(jī)械設(shè)備操作手必須穿救生衣；（3）挖掘機(jī)、自卸車等臨邊作業(yè)機(jī)械設(shè)備門窗等均卸下，方便人員跳車逃生；（4）施工現(xiàn)場準(zhǔn)備一艘小型救生船，以應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況。

5 結(jié)束語

綜上所述，文章針對(duì)中南部非洲大型供水項(xiàng)目取水圍堰施工技術(shù)應(yīng)用與分析，通過分析取水圍堰的工作原理及技術(shù)特點(diǎn)，延伸出該技術(shù)對(duì)其他水利工程管理施工的意義。水利項(xiàng)目錯(cuò)綜復(fù)雜，取水建筑物施工的技術(shù)問題可以采取取水圍堰施工解決，該技術(shù)有效地解決了河水給供水項(xiàng)目施工可能帶來的系列影響，創(chuàng)造了安全可靠的干地施工環(huán)境。通過分析取水圍堰施工技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，明確了圍堰技術(shù)的安全性和實(shí)用性，該技術(shù)對(duì)于解決中南非洲缺少飲用水、用水緊張的問題具有重要的意義。