張 瀟

（濰坊濰臨水利建筑基礎(chǔ)處理有限公司，山東 濰坊 262600）

0 引言

水利工程在施工中存在難度大、周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，工程建設(shè)時(shí)，易受到外界的影響，在施工過(guò)程中對(duì)施工的周期、施工的成本等進(jìn)行控制，以達(dá)到提升工程質(zhì)量的目的[1]?，F(xiàn)階段，隨著水利施工技術(shù)的優(yōu)化和完善，很多施工技術(shù)被合理應(yīng)用到水利工程建設(shè)過(guò)程中，為進(jìn)一步開(kāi)展水平工程施工，營(yíng)造良好的施工環(huán)境等奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 水利工程施工導(dǎo)流技術(shù)的運(yùn)用

結(jié)合當(dāng)前水利工程施工的情況，其主要采用的導(dǎo)流施工技術(shù)包括明渠導(dǎo)流、基坑導(dǎo)流、圍堰導(dǎo)流、隧洞導(dǎo)流等，如圖1所示。

圖1 水利工程施工導(dǎo)流技術(shù)圖

1.1 隧洞導(dǎo)流施工技術(shù)

地形相對(duì)陡峭的山谷或者水利工程流程較小時(shí)，可以應(yīng)用這一技術(shù)。但是這一技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，費(fèi)用相對(duì)較高，對(duì)處于汛期的施工，可以采用基坑方法進(jìn)行輔助。在采用隧洞導(dǎo)流施工技術(shù)時(shí)，通過(guò)在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效勘察，結(jié)合當(dāng)前實(shí)際情況以設(shè)計(jì)隧洞導(dǎo)流技術(shù)方案。施工完成之后，可以根據(jù)水流的方向調(diào)整轉(zhuǎn)折的角度和長(zhǎng)度，根據(jù)隧洞的實(shí)際情況改變水流的方向。

1.2 明渠導(dǎo)流和圍堰導(dǎo)流

明渠導(dǎo)流與隧洞導(dǎo)流不同，其適用于河谷岸坡較緩，寬闊的灘地、老河道等地形，導(dǎo)流流量較大的情況下。該技術(shù)使用造價(jià)較低，可直接用于水利施工。

1.2.1 導(dǎo)流模式的選擇

導(dǎo)流模式在選擇時(shí)，可以根據(jù)建筑實(shí)際的情況或者壩址地形，選擇出符合的模式，如表1所示，分別介紹了不同導(dǎo)流模式的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)綜合選擇和對(duì)比，以讓人們認(rèn)識(shí)到明渠導(dǎo)流的優(yōu)勢(shì)。

表1 導(dǎo)流模式對(duì)比和分析

1.2.2 導(dǎo)流基本的準(zhǔn)則

對(duì)2級(jí)建筑物等級(jí)，土石類(lèi)導(dǎo)流建筑其洪水標(biāo)準(zhǔn)一般為10a～20a一遇，而為了能夠使建筑更具穩(wěn)定性，可以采用10a～50a一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)，由于不同的施工階段，其特點(diǎn)也各不相同，因此不同的施工其要求也各不相同，各階段的導(dǎo)流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下：1）導(dǎo)流在選擇時(shí)主要采用明確圍堰施工。最佳的施工時(shí)間為11月到來(lái)年的2月，并將洪峰流量能夠控制在合理的范圍之內(nèi)。2）河床上下游之間采用圍堰施工。其最佳的時(shí)間為9月份到來(lái)年的3月份，在施工時(shí)相關(guān)的人員應(yīng)該嚴(yán)格遵守其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和原則，提升施工的效果和質(zhì)量。3）明渠壩段的改造。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為10a一遇，加強(qiáng)對(duì)洪峰流量的有效控制和嚴(yán)格管理。

1.2.3 導(dǎo)流建筑物的整體設(shè)計(jì)和施工準(zhǔn)備

1.2.3.1 明渠導(dǎo)流的水力計(jì)算

導(dǎo)流明確過(guò)流設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，當(dāng)遇到洪峰流量期，結(jié)合實(shí)際情況做出相關(guān)規(guī)定，通過(guò)利用水位推算的方法，充分認(rèn)識(shí)到明渠上游水位和流量之間的關(guān)系，在繪制出相關(guān)的曲線(xiàn)圖后，為后期的施工提供數(shù)據(jù)上的參考[2]。

1.2.3.2 制定導(dǎo)流明渠施工的方案

導(dǎo)流明渠的長(zhǎng)度為387m，進(jìn)口高程設(shè)置為35.3m，實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程中，由于明渠各個(gè)區(qū)域內(nèi)流速具有較大差異性，相關(guān)施工人員需要對(duì)不同區(qū)域流速等做出相應(yīng)固定，如：明確上游階段，其流速效應(yīng)小于4m/s，下游區(qū)域流速效應(yīng)則大于4m/s，明渠邊坡的區(qū)域，需要設(shè)置石籠進(jìn)行補(bǔ)砌，目的就是增強(qiáng)建筑物的穩(wěn)定性。

1.2.4 河床上游部位和下游的部位等設(shè)置圍堰施工方案

在河床施工過(guò)程中需要進(jìn)行2次填筑，目的是提升填筑的質(zhì)量和效果。施工過(guò)程中，保證進(jìn)出口的夾角與河道主流夾角控制在30°，保證上下游的水流相互對(duì)應(yīng)。另外，導(dǎo)流線(xiàn)應(yīng)位于較寬的臺(tái)地沿岸，保持與明確軸線(xiàn)的距離約75m，明渠的軸線(xiàn)在選擇和布置時(shí)，保證明渠長(zhǎng)度和深度等在控制范圍內(nèi)，其轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)超過(guò)寬度的5倍，這樣做的目的就是能夠使水流更加通暢[3]。

2 水利工程施工圍堰技術(shù)的應(yīng)用

圍堰技術(shù)是水利施工過(guò)程中為了增強(qiáng)建筑物的質(zhì)量，通過(guò)修建臨時(shí)性圍護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)基坑進(jìn)行維護(hù)[4]。其中，新型圍堰技術(shù)也包括以下技術(shù)類(lèi)型。

2.1 膠凝砂礫石（CSG）圍堰

CSG筑壩技術(shù)是將水和膠凝材料加入河床砂礫石、開(kāi)挖廢棄料等巖基材料中，通過(guò)攪拌形成一種筑壩材料，該材料的性能與堆石壩材料、碾壓混凝土材料等相符。

骨料選擇：采用基坑河床開(kāi)挖的天然砂礫石混合骨料，檢測(cè)過(guò)程中會(huì)對(duì)這一骨料的密度、含泥量、含水量、砂率、顆粒級(jí)配等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)合最終檢測(cè)的結(jié)果，得出粗骨料中粒徑＞250mm的顆粒含量相對(duì)較多且達(dá)到39%。為了達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，施工之前相關(guān)人員需要開(kāi)展分揀，選擇符合標(biāo)準(zhǔn)骨料；現(xiàn)場(chǎng)取料過(guò)程中還應(yīng)該對(duì)細(xì)骨料開(kāi)展精細(xì)的挑選，對(duì)超過(guò)3.8%細(xì)骨料泥沙量，不予使用。

其他原材的使用。結(jié)合當(dāng)前技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)要求，主要采用普通硅酸鹽水泥、采用2級(jí)粉煤灰、選用JM-Ⅱ型緩凝高效減水劑、運(yùn)用系統(tǒng)水作為施工用水。

配合比設(shè)計(jì)。選用天然砂礫石混合骨料，在對(duì)大于250mm顆粒的砂礫石進(jìn)行剔除之后，進(jìn)行配合比試驗(yàn)，將膠凝材料控制在100kg/m3，開(kāi)展擊實(shí)試驗(yàn)和VC值試驗(yàn)、水灰比與強(qiáng)度關(guān)系試驗(yàn)，在開(kāi)展這3種試驗(yàn)時(shí)主要按照以下2種情況進(jìn)行試驗(yàn)，如摻30%粉煤灰的情況下進(jìn)行地試驗(yàn)，不摻粉煤灰情況下進(jìn)行地試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)確定CSG材料地最佳含水率和最大干容重，結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求等，對(duì)CSG初選配合比進(jìn)行明確。

配合比試驗(yàn)。在選定配合比之后，進(jìn)行CSG拌和物性能地試驗(yàn)，同時(shí)，還需要進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)、不同尺寸實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)和抗?jié)B性試驗(yàn)。

攤鋪和碾壓。某大壩上游圍堰CSG煤層的平倉(cāng)厚度達(dá)到66cm～88cm，應(yīng)用25t振動(dòng)碾，其碾壓遍數(shù)為2+6，即先振動(dòng)2遍之后再振動(dòng)6遍。碾壓條帶間的搭接寬度為40cm～60cm，壓實(shí)度需要控制在≧93%，端頭搭接的寬度保障在180cm～240cm。大壩上游圍堰CSG布置在下游的坡面，運(yùn)用混凝土面板、防滲墻等開(kāi)展有效防滲。

CSG模板和施工。為了進(jìn)一步增強(qiáng)CSG抗沖刷的能力，可以運(yùn)用預(yù)制混凝土塊作為CSG下游面模板，現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，以?130mm高頻振搗棒進(jìn)行振搗，當(dāng)遇到砂礫石粒徑過(guò)大的情況后，可以應(yīng)用抽槽進(jìn)行注漿。

抗壓強(qiáng)度。施工過(guò)程中施工人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣，開(kāi)展室內(nèi)的養(yǎng)護(hù)工作，進(jìn)行28天的抗壓強(qiáng)度檢測(cè)工作，現(xiàn)場(chǎng)取樣共57組，其檢測(cè)的結(jié)果見(jiàn)表2。膠凝砂礫石（CSG）圍堰技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：（1）能夠就地取材，有效解決了當(dāng)前河床開(kāi)挖中廢料難以有效處理的不足，節(jié)省了圍堰施工的整體成本。在施工中不需要使用過(guò)量膠凝材料，總量控制在100kg/m3，不需要應(yīng)用拌和系統(tǒng)，這也在一定程度上降低了相應(yīng)成本。大壩上游圍堰CSG總量控制在8.5萬(wàn)m3，單價(jià)共122.36m3，其使用的造價(jià)成本為1040萬(wàn)元。如果在施工中使用鋼筋籠進(jìn)行防護(hù)，其下游圍堰鋼筋籠單價(jià)共305.05元/m3，造價(jià)相對(duì)較高。如果在施工中應(yīng)用混凝土面板開(kāi)展防護(hù)，其造價(jià)將會(huì)大大提升。（2）可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的拌和，施工較為便捷，縮短工期。如果利用鋼筋籠防護(hù)的方案，其防護(hù)高程發(fā)生了變化，即防護(hù)高程從1212.0m到高程1244.0m轉(zhuǎn)變，高度也達(dá)到了32.0m，施工的難度相對(duì)較大，如果無(wú)法抵抗水流的沖刷，其厚度也會(huì)大大增加，施工工期將無(wú)法得到有效保障。如果采用混凝土防護(hù)的方案，其施工道路布置更加困難。

表2 CSG抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

2.2 新型貧膠硬填料圍堰技術(shù)

新型貧膠硬填料筑壩技術(shù)作為一種新型碾壓式混凝土筑壩技術(shù)，其相對(duì)CSG筑壩技術(shù)其更是一種新型的工藝。

2.2.1 積極開(kāi)展硬填料圍堰的施工

該工藝在施工時(shí)，須做好以下幾個(gè)方面的工作：其一，按照以下的施工順序開(kāi)展施工。即：積極開(kāi)展石渣開(kāi)挖—剔除和挑除超粒徑骨料—做好石料的拌和、配級(jí)—積極開(kāi)展石料的運(yùn)輸—做好鋪攤和碾壓等工作—做好后期的養(yǎng)護(hù)工作。其二，該施工時(shí)，主要采用的方法：對(duì)石渣中超經(jīng)的石塊等進(jìn)行挑除后進(jìn)行拌和，并將這些石渣能夠堆積成一個(gè)形狀，該形狀的長(zhǎng)度和寬保證在7m左右，高在2m左右。然后施工人員運(yùn)用皮尺開(kāi)展有效丈量，計(jì)算出松散的石渣體積。同時(shí)，在計(jì)算時(shí)還需要對(duì)使用的水、水泥、人工砂等開(kāi)展計(jì)算，通過(guò)將這些砂漿運(yùn)輸?shù)街付ǖ奈恢煤?，通過(guò)攤鋪和碾壓施工等，以發(fā)揮出這些材料的作用。其中，分層鋪攤的厚度保證在60cm左右，靜壓次數(shù)為2遍，持續(xù)振動(dòng)7遍，保證碾壓速度在1.5km/h～3km/h。

2.2.2 圍堰強(qiáng)度的檢測(cè)

圍堰施工現(xiàn)場(chǎng)在拌和后，其經(jīng)過(guò)檢測(cè)試樣28天抗壓強(qiáng)度控制在2.9MPa～3.4 MPa，90天抗壓強(qiáng)度控制在3.7MPa～5.9MPa，這就能夠充分地說(shuō)明，這一施工方法能夠滿(mǎn)足圍堰強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的取芯，以保證混凝土強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值。

2.3 橡膠壩與土石圍堰組合圍堰技術(shù)

這種新型圍堰主要是指土石過(guò)水圍堰堰頂之上通過(guò)加設(shè)橡膠壩子堰，形成一種組合圍堰。新型組合圍堰可以應(yīng)用于水電站上游圍堰工程，通過(guò)使用該方案，該電站多發(fā)電量為1.02億kW·h，發(fā)電收入達(dá)到2600萬(wàn)元，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。這就可以充分看出，新型組合圍堰施工技術(shù)將會(huì)得到廣泛的應(yīng)用和推廣。

2.3.1 過(guò)水土石圍堰設(shè)計(jì)

過(guò)水土石圍堰建成的基礎(chǔ)是截流戧堤的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)增厚、防滲、防沖過(guò)程進(jìn)行圍建，堰頂?shù)母叱炭刂圃?3.50m，頂部的寬度控制在18m，上游的迎水面坡度為1∶3∶4，下游背水面坡度從上到下控制在1∶8、1∶3.5、1∶1.5。其圍堰的總長(zhǎng)度控制在157.8m，高度為34.5m。

2.3.2 圍堰防滲

過(guò)水土石圍堰主要采用黏土斜墻防滲，自上到下，防滲體系在布置時(shí)其主要為反濾土工編織布、黏土斜墻、復(fù)合土工膜、人工砂、碎石、塊石、截流戧堤[4]。

2.3.3 圍堰過(guò)水防護(hù)結(jié)構(gòu)

圍堰表面在設(shè)置護(hù)面時(shí)，主要按照過(guò)水圍堰要求進(jìn)行設(shè)置，過(guò)水圍堰主要進(jìn)行的試驗(yàn)包括斷面水工模型試驗(yàn)、整體水工模型試驗(yàn)，過(guò)水試驗(yàn)流量分別為5060m3/s、6000m3/s、7500m3/s、8500m3/s、12700m3/s，根據(jù)這些試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，圍堰體形應(yīng)該滿(mǎn)足其過(guò)水的要求，表面最大流速主要出現(xiàn)在8500m3/s工況，在對(duì)所有工況進(jìn)行綜合考慮后，主要采用不同防沖結(jié)構(gòu)，以對(duì)圍堰表面開(kāi)展分區(qū)保護(hù)。

2.3.4 橡膠壩的設(shè)計(jì)

橡膠壩的位于圍堰堰頂，底板頂?shù)母叱虨?3.50m，厚度在1.5m，寬度為18m。在上下游的部位各設(shè)置1m深的齒墻。設(shè)計(jì)檔水位78.0m。橡膠壩主要采用充水斜坡式，設(shè)計(jì)內(nèi)外壓比為1.2。橡膠壩壩袋主要采用上下游雙錨固的方式。其中，壩袋的型號(hào)可以選擇型號(hào)為JBD5.0-300-3，膠布型號(hào)J300300-3，在計(jì)算壩袋強(qiáng)度安全系數(shù)時(shí)，其名義上的強(qiáng)度需要扣除15%～25%的膠布強(qiáng)度損失。經(jīng)過(guò)計(jì)算，壩袋強(qiáng)度安全系數(shù)應(yīng)該為8.36，符合當(dāng)前《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》中對(duì)壩袋強(qiáng)度要求[5]。應(yīng)用穿孔式螺栓壓板開(kāi)展有效錨固，間距為0.2 m，根據(jù)正常的工期計(jì)算來(lái)看，螺栓直徑在29mm左右，選用內(nèi)徑為32mm的M36螺栓。

2.3.5 供排水的系統(tǒng)

橡膠壩主要是面向各壩袋進(jìn)行一一供水。為了使壩袋超壓得到正常運(yùn)行，應(yīng)在每一個(gè)壩袋設(shè)置好2個(gè)進(jìn)水口和超壓溢出口。同時(shí)，橡膠壩底板可以選擇自排的方式，通過(guò)將其位于下游的水位后，保障壩內(nèi)沖水量、壩袋的高度等與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一，如：沖水量為5900m2。排水的時(shí)間控制在3h左右。

2.3.6 橡膠壩在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)做好升壩工作

如：上游河道數(shù)量減少至5060m3/s，應(yīng)在汛期洪水過(guò)后進(jìn)行升壩。同時(shí)，還應(yīng)該注重坍壩工作。當(dāng)上游河道的來(lái)水量已經(jīng)超過(guò)6000m3/s，則代表施工人員應(yīng)積極做好度汛的方案。即施工人員結(jié)合來(lái)水的情況，將水量控制在Q=5200m3/s，對(duì)這一過(guò)程為坍壩的過(guò)程。當(dāng)上游的水位進(jìn)行回落后，即回落到77m，應(yīng)停止發(fā)動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)橡膠壩坍壩。最后，在水位上升后，水泵房撤離原來(lái)的位置，上游的來(lái)水量超過(guò)12700m3/s，必須將閥門(mén)進(jìn)行關(guān)閉，并安排好人員撤離后，將吊物空密閉門(mén)也要關(guān)閉。

2.4 堆石混凝土圍堰技術(shù)

這一技術(shù)為堆石混凝土最重要的構(gòu)成，其流動(dòng)性、穩(wěn)定性、密實(shí)性都有較大優(yōu)勢(shì)。塌落度控制在180mm～200mm；不同種類(lèi)的摻合料和摻和量，按照體積比其主要采取0.8～1.15；自密實(shí)混凝土單位體積漿體量控制在0.32m3～0.40m3。在選擇原材時(shí)，膠凝材料總量控制在500kg/m3；根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，其砂率控制在45%，粗骨料最大粒徑控制在20.0mm。

堆石混凝土的工藝流程為鋪設(shè)碎石墊層。碎石粒徑可以控制在10mm～100mm，厚度為300mm。在堆石之前需要在碎石上鋪設(shè)1層的砂漿，目的是更能夠黏結(jié)好墻體和圍堰，防止混凝土澆筑過(guò)程中出現(xiàn)漏漿等情況。砌筑漿砌石墻，寬度控制在50.0cm，高度為1.0m。分縫處主要應(yīng)用油浸木絲板進(jìn)行隔開(kāi)，使用塊石能夠?qū)⒎挚p板夾在中間進(jìn)行固定[6]。

優(yōu)勢(shì)：堆石混凝土方量在125/m3，人工需要投入8人，使用的機(jī)械為長(zhǎng)臂挖機(jī)、拋石船、平板舶、攪拌機(jī)和吊罐。用時(shí)在9.5h。相比于漿砌石墻，其用時(shí)20h，在時(shí)間和機(jī)械投放上都有較大優(yōu)勢(shì)，能夠提升作業(yè)效率。另外，胸墻結(jié)構(gòu)變得更加密實(shí)，其質(zhì)量得到不斷提升。

3 總結(jié)

由此可見(jiàn)，該文針對(duì)水利工程施工中所運(yùn)用的導(dǎo)流技術(shù)和圍堰技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，針對(duì)這2項(xiàng)技術(shù)工藝和流程等進(jìn)行探討，為更好地開(kāi)展水利施工提供了技術(shù)上的支持和參考。在水利工程施工中需要導(dǎo)流技術(shù)方案和圍堰技術(shù)方案，結(jié)合實(shí)際的施工情況，選用適合的技術(shù)，從而提高施工的質(zhì)量和效率。