膜袋围堰在十三陵水库除险加固工程中的应用（魏效凤）

摘要：在十三陵水库除险加固施工导流工程中, 采用新型膜袋围堰施工技术, 较好地解决了汛期防洪淹没过流、水下施工污染水体和破坏库底黏土防渗层等难题。重点介绍了膜袋围堰的施工原理、技术特点以及施工过程中的膜袋固定、围堰充填、围堰反滤排水和围堰拆除等技术要点。

关键词：膜袋围堰 应用 加固工程 十三陵水库

中图分类号TU473.5 文献标志码A 文章编号1673- 4637( 2007) 05- 0032- 03

1 水库概况

十三陵水库是一座享誉国内外的中型水库, 1958年1 月开工, 同年6 月30 日竣工。水库属于北运河水系, 座落在温榆河北支东沙河上游位置, 水库以上流域面积为223 km2。水库主要建筑物有拦河大坝、溢洪道、输水系统, 它是一座集防洪、保障十三陵蓄能电厂发电用水和旅游为一身的多年调节的综合水利设施。水库运行多年, 受风化冻融等诸多因素的浸蚀破坏严重, 拦河大坝、溢洪道系统和输水系统等建筑物都不同程度存在着安全隐患。

为了消除水库隐患, 保证水库安全运行, 确保水库防洪、十三陵蓄能电厂发电用水和旅游等功能的正常实现, 2002 年经北京市水利安全鉴定和水利部大坝安全管理中心核查: 认为十三陵水库为三类坝, 需进行除险加固处理。

2003 年4 月, 十三陵水库除险加固工程开始实施, 2006 年4 月加固工程全面完成。

2 膜袋围堰的选定

十三陵水库除险加固主体建筑物工程有拦河大坝加固、溢洪道改造和输水系统改造3 部分工程内容。输水系统改造需要进行施工导流, 即在上游进水塔前修建临时挡水围堰, 以确保施工干槽作业。

2.1 围堰选型考虑因素

导流围堰属临时性挡水建筑物, 其作用是为主体工程创造可连续施工的干槽条件, 效益发挥后需拆除。围堰工程的这一性质决定其在运行工况满足稳定的前提下, 需应尽量便于施工、提高施工速度、降低造价和维护费用、简化构造和施工工艺, 拆除方便, 减少对环境的影响。

根据水库加固工程工期安排、防洪需要和建筑物位置特点, 导流围堰需满足以下条件: ①十三陵水库为旅游风景区, 应尽量减少施工对环境的污染; ②水库上游库底为黏土铺盖水平防渗体系, 施工中不得破坏; ③输水管为3 孔直径1.0 m 铸铁管, 施工空间狭小, 如出现非常事故, 人员逃生困难; ④施工正值汛期, 溢洪道底槛高程89.5 m, 如遇大汛, 需由溢洪道泄流分洪, 将淹没围堰。

上述条件决定了所用围堰除具备常规性能外, 还要满足以下要求: ①对水体的污染小; ②围堰整体稳定性能好; ③具有淹没过流能力。

2.2 膜袋围堰选定分析

常规的围堰有土围堰、草土围堰或土石围堰、混凝土围堰、钢板桩格型围堰等。如采用草土或土石围堰: 围堰整体稳定性差, 断面尺寸较大, 抗冲能力较差, 且在围堰填筑施工时对水体污染大, 拆除时容易破坏库底黏土铺盖, 并难以彻底拆除, 可能会导致输水系统进口淤堵。如采用混凝土围堰: 一般要求修建在基岩上, 并同基岩有良好的连接, 十三陵水库库底为黏土铺盖层, 黏土铺盖上层为1.0 m 厚砾料保护层,基础条件不满足混凝土围堰施工要求, 并且混凝土水下施工难度大, 拆除困难。如采用钢板桩格型围堰:在库底打设钢板桩, 将破坏库底黏土铺盖防渗层。

综合以上因素, 本次施工选定的围堰类型是较为新型的膜袋围堰。它在功能上除满足围堰的挡水作用外, 还具有整体稳定性好、对软地基产生的变形适应性强、对水体的污染小等诸多优点, 符合水库加固工程对所用围堰的要求。

3 膜袋围堰施工原理

膜袋围堰是一种较为新型的围堰技术, 又称沙袋围堰或管袋围堰。它的施工原理是先用土工布缝制成袋型, 人工安设在预定位置, 然后用水力吹填的施工方法, 将砂土溶入袋中, 构筑成定型的围堰。随着砂土的脱水固结, 很快形成一道挡水围堰。现已广泛应用于水利、市政、海防等工程的施工。

4 膜袋围堰的特点

4.1 整体性强, 自身稳定性好

膜袋围堰由数个几十米长的沙袋堆筑而成, 每个袋子都是一个整体, 因此能抗御大水冲刷, 即使汛期来大水, 围堰淹没过流, 抽干后仍能保持完好堰型。

4.2 不怕库底部淤泥

草土围堰最怕库底部有淤泥, 需要先把淤泥清理干净再填筑, 否则很容易塌陷。而膜袋围堰溶入袋中的砂土实际上是用水沉法密实, 且密实度好, 体积大,重量沉, 筑成的围堰会深深陷入淤泥中, 对软土地基产生的变形和沉降适应性强。此外淤泥还能有效地阻止底部串水, 淤泥越深对围堰的稳定性越好。

4.3 抗水压强

膜袋围堰可根据不同的水深设计不同的围堰宽度,围堰越宽抗水压能力越强。由于围堰是由一个个大沙袋组成, 因此只要宽度能达到一定的标准, 它所形成的整体重量就可以抵御很强的水压力。

4.4 施工速度快

水力吹填把挖、装、运、卸4 个过程集于一体,提高了施工效率, 泥沙被溶入固定的袋中, 免除了浪费, 所以施工速度快。

4.5 结构简单, 便于施工

膜袋围堰堰体断面一般较小, 充填材料可就地取材,施工相对简单。

5 膜袋围堰施工流程及技术要点

膜袋围堰在整个加固工程施工中起着重要作用,它的成功充填完成, 为输水系统改造施工和整个加固工程的如期进行提供了重要保证。输水系统改造工程施工正值汛期, 为确保施工安全和水库度汛安全, 改造工程分两期两段进行施工。其中一期进行上游段管道内衬、平板闸门更换和门槽处理施工, 干槽环境是保证此项施工顺利、安全进行的必要条件, 围堰的填筑完成确保了干槽施工环境的实现, 它的淹没过流能力为水库安全度汛提供了保障。

根据水库水位情况以及十三陵抽水蓄能电厂正常运行对水位的最低要求, 确定输水系统改造施工膜袋围堰堰顶高程88m, 围堰高8m, 长190m, 顶宽5 m,上、下游坡比均为l ∶1.5, 最大水头8m。

5.1 施工流程

施工准备→清理整平→膜袋铺设、固定→围堰充填→上游防渗膜铺设→围堰排水→围堰拆除。

5.2 技术要点

(1) 膜袋固定。十三陵水库底层是黏土铺盖层,为了防止把黏土铺盖层打穿, 围堰底层膜袋固定没有采用钢管桩或竹桩定位的方法, 而是采用了在膜袋围堰两侧用钢丝缆控制位移的方法, 取得了良好效果。

(2) 围堰充填。围堰充填是关键工序, 在大规模施工前, 先在滩地进行试充, 以确定如泥浆浓度、屏浆时间、固结速度等施工参数, 再进行全面施工。在正式充填前, 先对围堰纵向库底原始地形进行测量,了解库底情况, 排除水下尖锐物体, 避免施工时划破模袋。

(3) 围堰排水。围堰主体填筑完成后, 进行了抽水试验, 在试验中分段检查, 发现有渗漏现象立即停止抽水, 待处理好渗漏后再接着进行下一段的试验。围堰内积水抽排到库区, 抽排过程中为了保证围堰安全,加强围堰观测, 根据观测情况, 控制抽排降水速度。为了防止围堰底部泥沙流失, 在围堰背水面挖一截水沟, 上面铺设针刺无纺布反滤。截水沟内设置4 个集水井, 每个集水井中安设潜水泵1 台, 抽排渗漏水、施工弃水和雨水。

(4) 围堰拆除。为避免膜袋围堰在拆除过程中向下游坍塌堵塞进水塔进口, 整个拆除过程在平压下进行。停止围堰渗水抽排, 在堰顶开口引水至围堰内,同时在水位上升的过程中逐层划破编织袋, 待围堰内外水位平衡后进行围堰拆除。由于十三陵水库底部有黏土铺盖层, 所以膜袋围堰的拆除不能采用传统的挖除方法。围堰水上部分采用反铲挖掘机拆除, 水下部分用抓斗式挖泥船拆除, 主体拆除后用小型罩吸式清淤设备将库底清理干净。

6 结语

(1) 膜袋围堰应用于水库加固工程在北京市尚属首次。它在十三陵水库除险加固工程中运用取得了良好效果, 不仅起到了挡水作用, 确保了输水系统改造施工的干槽作业条件, 而且其结构简单、施工速度快的优点也得到了验证, 确保了工期, 使得输水系统改造施工能够如期进行。

(2) 与传统围堰型式相比, 减少了施工对水体的污染, 达到了环保效果。

(3) 膜袋围堰施工时, 避免出现龙口, 尽可能均衡上升, 特别是围堰施工高度达到水位变化区时,不能留个别缺口, 要考虑变化水位对堰体的影响。

(4) 膜袋围堰是一种新型的围堰技术, 其工程造价也较低, 考虑若能解决复合土工膜和无纺布等土工材料的回收再利用, 围堰的工程造价还可降低。

作者简介: 魏效凤(1980 —) , 女, 助理工程师。

来源：《北京水务》2007.1