围堰技术在水利工程施工中的应用与改良

摘　要：围堰技术在水利工程施工过程中被广泛使用。其中具有代表性的为拦截坝体的带水施工。本文以其为主要研究对象，分别从钢围堰的设计、钢围堰的安装以及施工过程中需要注意的问题等几个方面入手研究围堰技术在水利工程施工中的应用与改良。希望对今后的类似施工提供理论基础与实践指导。

关键词：钢围堰；水下承台；施工工艺；注意事项
一 引言
　　水利工程的拦截坝体的施工往往采用截留的方式进行，而在对于拦截坝体的加固以及小型辅助坝体的施工工程中则需要通过水下作业来完成。在水下作业的过程中钢围堰技术起到了至关重要的作用。在拦截坝体的主体结构以及桩基结构时，由于在使用的过程中作为主要的承压部分并且长期的处于水位线之下，因此，对其进行施工的强度以及技术指标要求十分严格。在这样的情况下钢围堰作为重要的施工隔离水影响的技术，其关键程度可见一斑。目前，我国水利工程施工中主要用钢围堰技术对水利工程中的承台进行施工辅助。这种方式能够较好的隔绝水对施工的影响，技术也相对成熟。但是在使用的过程中由于工程不同而带来的标准差异、施工不到位等情况还时有发生。严重的影响了工程进度与工程质量。本文以实例为研究的切入点从钢围堰的设计与计算入手，分析在施工过程中的应用模式以及可以改进的地方并给出相应的对策。
二 水利工程中钢围堰的设计与相关参数
　　钢围堰的总体设计与参数的计算与施工的项目设计相关。具体的参数与设计包括了外形几何尺寸的计算、围堰的质量保障计算等方面。具体的计算过程如下：
（一）外观设计与几何尺寸参数
　　钢围堰的几何尺寸总体来说与拦截坝体的水下承台的设计相配套，本文以某水库独立拦截坝体的水下承台设计为例对其中的水下层台施工过程中的钢围堰进行细致的计算并给出不同部分的几何尺寸。
　　该水库坝体属于独立建设加强坝体，其建设以原有坝体为基础在其后方进行加强施工建设。所处水环境为原坝体渗流以及正常的拦截后水量，流速低于5m/S，水量较小，因此对钢围堰的强度要求不高。坝体承台分为三部分进行施工，分别为：坝体水下承台混凝土层，设计厚度为350cm；承台主体结构，设计高度为550cm；承台的扩展部分，主要为后续的独立坝体的施工与链接施工提供基础，设计高度为250cm。
　　与坝体承台相对应，其钢围堰的基本设计如下：钢围堰的施工以两部分进行，第一部分的钢围堰设计高度为600cm，主体结构包括了坝体承台的基底部分混凝土层以及坝体承台主体的部分高度，主要通过钢围堰的第一部分完成对底部混凝土层的浇筑施工任务，并且为混凝土层与上层坝体承台的连接部分提供钢围堰结余，方便后续的施工。钢围堰设计的第二部分设计高度为750cm，主要包括了与钢围堰第一部分的链接段以及坝体承台的主体高度与扩展部分的部分高度。对坝体承台的主体部分施工以及拓展部分的钢结构铺设提供无水保护。在设计的过程中第二部分钢围堰需要包括80cm的防冲击层，以防止由于水流的溅射而造成了拦截失败的情况的出现。上部分包括防浪板总长度为4m使用5mm厚度的钢板进行施工，并利用钢环、环版、斜杆等措施进行加固。下部分总长度为3m采用加厚的7mm钢板进行施工加工。具体钢围堰几何图形如下。（图一）
　　图一 钢围堰的几何设计及各方面数据
　　
（二）钢围堰的空间箱体设计
　　对钢围堰箱体的设计需要满足其在强度以及防水性能的双重标准，因此在钢围堰的挡板设计中采用双层的钢板为基本铸造单位，其体积与面积的比值为1：5，箱体单面挡板以整体压制或者铸造为主，适当的降低焊接部分的比例可以有效的增加钢围堰箱体的防水性能。在针对水库独立拦截坝体的承台钢围堰的设计过程中箱体的空间设计为14.5mX11.7m的设计规格，双层钢板间距为50cm，钢围堰箱体的第一部分设计包括了入土部分以及主体防渗部分，入土部分设计采用尖端封闭技术进行铸造，并带钢围堰入土尖端进行加固处理，以高强度钢板焊接辅助进行实现。主体部分则采用常规箱体设计方式。预留高度为钢围堰全部高度的60%。具体如下图：
　　图二 钢围堰空间箱体设计侧剖面
　　
三 水利工程钢围堰的安装
　　钢围堰的安装按照第一部分与第二部分进行分别按照，在第一部分安装完成后进行底部混凝土层施工处理，在第二部分完成后进行承台主体部分以及拓展部分施工处理。
（一）钢围堰第一部分的安装施工
  钢围堰的第一部分安装施工中钢围堰的入土以及钢围堰的姿态之态为施工的重点，入土的深浅直接决定了混凝土层浇筑的质量以及由于渗透而造成的防水效果的下降，树立姿态则决定了后续施工的顺利程度以及承台建设乃至整个坝体建设的施工质量。第一部分钢围堰的施工主要分为三个步骤进行，具体如下：
  首先，根据钢围堰的强度以及防水要求进行场外的铸造与焊接，铸造与焊接过程主要以钢围堰箱体外壁的施工为主。在焊接完成后需要进行包括承压、密封、强度等指标的测试，测试完成后进行拼接紧密度测试，测试无问题后运输到施工现场。采用吊塔进行下降施工。并要求其垂直与钢围堰的固定平台。在位置校正之后对钢围堰进行固定处理，之后完成钢围堰箱体的焊接。焊接施工过程中应该采取双面焊接，双面密封的基本原则进行。
  其次，在焊接完毕并检测无问题后，需要对钢围堰进行入土处理，可以采用抽水负压以及重力自然入土等方式，具体依据施工现场的土体条件为依据。
  最后，需要利用外力对钢围堰第一部分进行入土调整，调整内容包括了入土姿态以及入土深度等环节，需要达到后续施工的标准。并在整体施工过程后对其效果进行检测。根据土体条件确定具体的入土深度，避免后期钢围堰的自然下沉。
（二）钢围堰第二部分安装施工
与钢围堰第一部分的施工相比较，第二部分的安装施工相对简单，在箱体铸造完成后，运达施工现场，与第一部分进行拼接，并检验拼接效果，在保障其防渗效果以及整体姿态的前提下进行焊接施工。施工过程中需要注意链接部分的焊接强度，避免由于承压不足而导致的渗水情况的出现。在全部钢围堰焊接完成后，控制钢围堰继续下沉，如果下层不畅可以选择外力作用以及空压机吸泥等手段对钢围堰进行辅助下层，保障其到达设计高度。并进行灌注处理。
四 施工过程中的技术改良
（一）钢围堰拼装施工要求
　　⑴在拼装验收合格之后才可 以进行统一的焊接处理。并在入水之前对焊接强度进行检验。出此之外还需要对焊口进行煤油的渗透测试。通过测试找到焊口的缺口并采用焊缝铲除，重新焊接的方式进行补救。
　　⑵在相邻的钢围堰空间箱的对接方面需要保障外板的对接准确，两者的误差需要小于1mm，并在焊接之后保障焊缝小于2mm。
　　⑶结构尺寸验收：在施工完成后需要根据工程的设计要求对施工效果以及钢围堰尺寸进行及时的验收。验收包括了外围尺寸，内部空间尺寸钢围堰整体姿态等部分。对不同的指标允许一定的误差均在，具体如下表：
　　表1 钢围堰尺寸要求误差范围
编号
项  目
误差范围（mm）
A
钢围堰外空间长度    　　
±80
B
钢围堰内部空间尺度
±35
C
钢围堰整体垂直度
±h/1000（h：节高）
D
钢围堰外壁钢板厚度及夹层厚度
±15
E
围堰同体钢板焊接差
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（二）基于质量要求的施工改良
　　根据钢围堰的施工重点对施工技术的改良主要分为两个方面：钢围堰安装过程的改良以及钢围堰下沉过程中的改良。
　　在钢围堰安装过程中的改良主要从如下四个方面入手：
　　（1）在钢围堰的外围钢板拼装过程采用逐步焊接逐步检查的方式进行，采用相邻钢板检测与总体检测相结合的方式进行，在相邻钢板的焊接过程中进行初步固定，固定后分别对角度、水平、纵向垂直等指标进行检测，检测后方可进行焊接处理，焊接过程应该进行复查。
　　（2）对相对钢板的固定需要进行平行检测，平行检测可以通过电子定位以及分角仪进行确定，检测无误后方可焊接。
　　（3）基于力学分析确定起吊点位，尽量保证基于对角线的多点平衡起吊方式，并用铅锤等手段保障起吊的钢围堰总体姿态。
　　（4）拼装过程中如果出现了钢板型号不符，焊接点异常等现象需要对现场管理部分及时汇报，并在工程师提出解决办法之前停止施工，不可盲目施工。
　　在钢围堰下沉过程中主要通过如下三个方面进行技术改良：
　　（1）对钢围堰内部空间的水位以及水量即时检测，由于水量的增加容易对钢围堰底部的入土部分造成压迫，进而影响入土姿态，对于水量的增加可以采用单方向排水以及抽水等方式进行处理。
　　（2）对钢围堰底部需要进行排泥处理，排泥范围以及强度需要根据现场的施工情况进行设定，无排泥环节容易造成钢围堰姿态异常或者入土困难等问题的出现，过度排泥则容易操作钢围堰根基不稳降低防水效果等问题。
　　（3）此外在吸泥的过程中需要注意钢围堰的泥重指标以及泥重平衡，避免由于不平衡而造成了压力分布不均匀而导致的钢围堰姿态异常。
参考文献
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