CN110565665B

CN110565665B - 基于蓬式围堰进行渠道边坡不停水修复的施工方法

Info

Publication number: CN110565665B
Application number: CN201910882616.9A
Authority: CN
Inventors: 贾少燕; 杨华军; 马耀辉; 李乔; 范向辉; 姚高岭; 邵新正; 姜辉; 余广川; 皇甫伟; 李飒; 李胜兵; 李富滨; 刘蒙娜; 吴昊; 张艺; 孟越; 袁欢; 王宏珺; 王帅
Original assignee: Construction And Administration Bureau Of South-To-North Water Diversion Middle Route Project; Henan Water and Power Engineering Consulting Co Ltd
Current assignee: China South To North Water Diversion Group Middle Line Co ltd; South To North Water Transfer Middle Route Industrial Development Co ltd; Henan Water and Power Engineering Consulting Co Ltd
Priority date: 2019-09-18
Filing date: 2019-09-18
Publication date: 2020-12-01
Anticipated expiration: 2039-09-18
Also published as: CN110565665A

Abstract

本发明公开了一种基于蓬式围堰进行渠道边坡不停水修复的施工方法，先检查渠道边坡需要修复的区域，确定围堰主体尺寸后，在边坡上第一边支撑、第二边支撑和堵头桁架所在的位置铺设苫布，同时，安装包括水上施工平台在内的起吊设备；其次，在渠道岸边将堵头桁架与第一边支撑、第二边支撑、中支撑和主梁沿垂直于水流方向逐段拼装相连，并安装面板单元和浮箱，同时连接起吊设备将每一段拼接完成的围堰主体逐段吊装下水就位；最后，围堰主体整体安装就位后，通过潜水泵将围堰维修区域内的水全部排出，然后通过调整中支撑的位置，交替对围堰维修区域内的不同位置处的衬砌板进行修复，完成施工。本发明采用模块化设计，现场拼装难度低、拼装时间短。

Description

基于蓬式围堰进行渠道边坡不停水修复的施工方法

技术领域

本发明涉及输水渠道边坡修复技术领域，尤其是涉及一种基于蓬式围堰进行渠道边坡不停水修复的施工方法。

背景技术

通常情况下，铺设在大型输水渠道总干渠（如设计水深高达7m的南水北调总干渠）坡面上的工程衬砌板较薄，且位于衬砌板下层的是变形量相对较大的保温板，因此，在运行一定时间后，不可避免地会出现各种边坡损坏需要修复的情况。对于这些单线运行的总干渠，其不仅不具备停水检修的条件，而且，在运行中对水面线和过水断面有严格的要求。现有围堰修复施工技术，仅仅适合于止水压头小于2m的浅水渠道的不停水修复，若将其用于上述大型输水渠道总干渠的修复，还存在以下未解决的技术难题：1）深挖方渠段施工现场场地狭窄，不具备大规模进行围堰现场加工和现场吊装的条件；2）现有围堰多为整体焊接结构，不能根据边坡破损面积、渠道边坡比等及时调整围堰的尺寸、结构，同时具有过水断面较大、对渠道输水能影响较大的缺陷；3）当待修复边坡面积较大时，围堰体积增加、重量增大，现场加工误差大、精度低、安装时难以进行调整、定位，总体施工时间长；4）安装和使用现有围堰的施工设备时，容易破坏非维修区域的边坡结构；5）在高水头作用下，现有围堰的上部荷载作用到边坡基地的压力较大，容易对底部衬砌板结构形成破坏；6）由于边坡衬砌板的破损面出现在不同区域，且不同区域的破损程度也不完全相同，造成边坡凸凹不平，使现有围堰的支撑不能对面板进行良好的支撑，造成面板不能牢固结合，且容易对面板止水作用造成破坏；7）现有围堰的止水结构不能满足高水头压力的要求，容易出现围堰漏水的情况，增加施工困难，影响水下施工质量。

发明内容

本发明提供一种基于蓬式围堰进行渠道边坡不停水修复的施工方法，目的在于解决现有不停水围堰修复技术对于高水头输水渠道不适用的问题。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

本发明所述的基于蓬式围堰进行渠道边坡不停水修复的施工方法，所述蓬式围堰包括垂直于水流方向设置在边坡上游的第一边支撑和设置在边坡下游的第二边支撑，所述第一边支撑和第二边支撑位于渠底的一端设置有连接两者的堵头桁架，第一边支撑和第二边支撑之间均匀间隔设置有多条与水流方向相平行的主梁，所述主梁下方设置有与第一边支撑、第二边支撑相互平行的中支撑，每条所述中支撑均包括滑动连接在所述主梁上的上弦支撑，所述上弦支撑通过高度调节机构连接有下弦支撑，且中支撑和第一边支撑、第二边支撑均为沿垂直于水流方向依次螺接相连的多段式结构，所述主梁、第一边支撑、第二边支撑以及堵头桁架上铺设有依次相连的面板单元；所述面板单元之间设置有带有第一渗流水通道的第一止水结构，面板单元与边坡/渠底衬砌之间均设置有带有第二渗流水通道的第二止水结构，所述第一渗流水通道和第二渗流水通道相互连通组成使围堰渗流水汇入渠底的输水网；靠近渠底处的所述面板单元上还连接有多个浮箱，所述浮箱通过充气管与设置在渠道岸边上的自动充排气机构相连通；

边坡修复的施工步骤如下：

第一步，检查渠道边坡需要修复的区域，确定围堰主体尺寸后，在边坡上第一边支撑、第二边支撑和堵头桁架所在的位置铺设苫布，同时，安装包括水上施工平台在内的起吊设备；

第二步，在渠道岸边将堵头桁架与第一边支撑、第二边支撑、中支撑和主梁沿垂直于水流方向逐段拼装相连，并安装面板单元和浮箱，同时连接起吊设备将每一段拼接完成的围堰主体逐段吊装下水就位；

第三步，围堰主体整体安装就位后，通过潜水泵将围堰维修区域内的水全部排出，然后通过调整中支撑的位置，交替对围堰维修区域内的不同位置处的衬砌板进行修复，完成施工。

所述第一边支撑、第二边支撑和中支撑底部两侧均设置有与通往渠底的边坡安装轨道相配合的移动轮。

所述第一止水结构包括间隔设置在相邻面板单元接合面之间的外止水橡皮条和内止水橡皮条，所述外止水橡皮条靠近渠道水流一侧，所述内止水橡皮条靠近围堰工作区一侧，外止水橡皮条和内止水橡皮条之间则形成所述第一渗流水通道。

所述第二止水结构包括间隔设置在所述面板单元与边坡/渠底衬砌接合面之间的靠近渠道水流一侧的外止水带和靠近围堰工作区一侧的内止水带，所述外止水带是横截面为欧米伽形的橡胶止水材料，所述内止水带是横截面为圆形结构的橡胶气囊，外止水带和内止水带之间则形成所述第二渗流水通道，位于渠底处的第二渗流水通道顶部面板单元上开设有溢流孔。

所述浮箱包括位于第一边支撑和第二边支撑之间的第一浮箱和位于第一边支撑和第二边支撑外侧的第二浮箱。

本发明提供的基于蓬式围堰进行渠道边坡不停水修复的施工方法，采用模块化设计进行制造安装，单元模块可在工厂规模化生产，其加工精度高、可回收重复利用，现场拼装难度低、拼装时间短，并且可以根据受损边坡的具体情况自由调整围堰的跨距和跨数，同时，通过在相邻面板单元之间以及面板单元与边坡/渠底衬砌之间设置的带有渗流水通道的止水结构，实现高水头大型渠道边坡的不停水干地修复。其优点具体如下：

1）组成围堰的单元模块体积小、重量轻，便于加工、运输和起吊安装，非常适于场地较为狭窄的深挖方渠段施工现场；由于单元模块的标准化程度较高，其安装误差小、精度高，大大缩短了施工时间；

2）单元模块之间采用螺栓连接，可以根据渠道边坡比灵活选择相适宜的堵头桁架使顶部面板单元平滑过渡，尽可能地减小围堰过水断面，减轻围堰对渠道输水能力的影响，同时，还可根据边坡修复面积的大小自由调整围堰的尺寸、结构；

3）安装时，通过与岸上起吊设备、水中浮箱定位平台和渠道坡面安装轨道的相配合，提高了定位精度，减轻了对非维修区域边坡结构造成的破坏；

4）通过在靠近渠底处的面板单元上设置浮力调节机构，使围堰在保持抗滑稳定性的基础上，减轻了上部荷载传递到边坡基底上的压力，降低了对围堰底部衬砌板结构造成的破坏；

5）围堰的中支撑具有高度调节和水平位移功能，不仅能够对凸凹不平的受损边坡起到良好的支撑作用，而且可以在修复过程中使用跳仓浇筑法对坡面进行混凝土浇筑，有效提高了施工便利性，缩短了施工时间；

6）具有内外两道止水带的第一、第二止水结构，较好地满足了在高水头压力下围堰的止水要求，同时，第一、第二止水结构连通构成的输水网，可使少量渗露水顺利排出，进一步确保了围堰的密封性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图（省略浮力调节机构）。

图2是图1中的A-A剖面图。

图3是图1中的B-B剖面图。

图4是图3中的中支撑与主梁连接关系示意图。

图5是图1中部分输水网（平行于坡面区域）水流向示意图。

图6是图5中面板单元Q1、Q2接合面的第一止水结构的示意图。

图7是图1中面板单元与坡面/渠底结合面的第二止水结构的示意图。

图8是图7中外止水带的横截面结构示意图。

图9是图7中内止水带的横截面结构示意图。

图10是本发明中浮力调节机构的结构示意图。

具体实施方式

本发明所述的基于蓬式围堰进行渠道边坡不停水修复的施工方法，主要用于施工如图1-3所示的围堰本体，具体包括垂直于水流方向设置在边坡上游的第一边支撑1和设置在边坡下游的第二边支撑2，第一边支撑1和第二边支撑2位于渠底的一端设置有连接两者的堵头桁架3，第一边支撑1和第二边支撑2之间均匀间隔设置有多条与水流方向相平行的由工字钢构成的主梁4，主梁4、第一边支撑1、第二边支撑2以及堵头桁架3上铺设有依次螺接相连的面板单元5，相邻面板单元5之间设置有带有第一渗流水通道6.1的第一止水结构6，面板单元5与边坡/渠底衬砌之间均设置有带有第二渗流水通道7.1的第二止水结构7，第一渗流水通道6.1和第二渗流水通道7.1相互连通组成使围堰渗流水汇入渠底的输水网。

上述面板单元5均包括如图6所示的面板5.1和焊接在面板下方的槽钢5.2，其中，槽钢5.2位于面板5.1四周边缘处，且翼板向内，腹板向外。相邻面板单元5拼接时，通过内外两排第一螺栓5.3、第二螺栓5.4将槽钢腹板连接在一起。

相邻面板单元5之间设置第一止水结构6。具体地，以围堰顶面相邻的面板单元5（如图5中的Q1、Q2）为例来进行说明。如图6所示，相邻面板单元5接合面的第一螺栓5.3、第二螺栓5.4上分别穿设有位于槽钢腹板之间的第一定位块5.5、第二定位块5.6，第二定位块5.6外侧安装有与渠道水流直接相接触的外止水橡皮条6.2，第一定位块5.5外侧安装有内止水橡皮条6.3，外、内止水橡皮条6.2、6.3间隔设置，两者之间形成了第一渗流水通道6.1。外止水橡皮条6.2为普通橡胶，内止水橡皮条6.3为遇水膨胀橡胶。上述第一定位块5.5、第二定位块5.6的厚度不大于外、内止水橡皮条6.2、6.3被压缩后的厚度。围堰其余部分，即边支撑两边以水平向铺设的相邻面板单元5之间、边支撑侧面以竖向铺设的相邻面板单元5之间、边支撑侧面与顶面相接处的相邻面板单元5之间的第一止水结构6均按照上述原则（即第一渗流水通道6.1沿接缝线方向，内、外止水橡皮条分别安装在靠近工作区一侧和靠近渠道流水一侧）进行设置。使用时，外止水橡皮条用于抵挡大部分的渠道流水压力，少量的渗流水可以沿渗流水通道排到指定位置，从而使内止水橡皮条处于近似无压环境，确保围堰的密封性。

面板单元5和坡面/渠底衬砌之间设置有第二止水结构7。具体地，如图7所示，包括间隔设置的靠近渠道水流一侧的外止水带7.2和靠近围堰工作区一侧的内止水带7.3，外止水带7.2是横截面为欧米伽形的橡胶止水材料（如图8所示），内止水带7.3是横截面为圆形结构的橡胶气囊（如图9所示），外止水带7.2和内止水带7.3之间则形成了第二渗流水通道7.1，位于渠底处的第二渗流水通道7.1顶部面板单元5上开设有溢流孔7.4。上述内止水带7.3采用气囊形式，可通过调节囊内的气量以适应不平整的衬砌表面，提高接触面的密封性；同时，外止水橡皮条可以抵挡大部分的渠道流水压力，少量的渗流水则沿渗流水通道排到指定位置，确保了围堰的挡水性能。

所有渗流水通道相互连通形成输水网。如图5所示，围堰顶面上第一渗流水通道6.1内的渗流水从中间到两边、从高处到低处经侧面的第一渗流水通道6.1分别汇聚到位于坡面/渠底衬砌处的第二渗流水通道7.1内，位于坡面处第二渗流水通道7.1内的渗流水则从高到底汇聚到位于渠底处的第二渗流水通道7.1内，水量较多时，会从设置在顶部面板单元5上的溢流孔7.4流出，达到一定量时，通过如图2所示的潜水泵10进行抽排。

为了减少支撑构件对边坡衬砌结构的影响，第一边支撑1、第二边支撑2边跨均采用如图2所示的悬臂结构；当边坡受损面积较大、围堰沿水流向方向的长度超过10m时，需要在主梁4下方安装一条或多条中支撑8，形成多跨蓬式围堰。上述中支撑8与第一边支撑1、第二边支撑2相互平行，主要用于分担围堰上部荷载对边坡底部的应力作用。

为了进一步减小围堰上部荷载对边坡底部的应力作用，在靠近渠底处的围堰外部还安装有多个浮箱。具体地，如图2、3、10所示，在第一、二边支撑1、2之间设置有多组串接相连的第一浮箱9.1，在第一、二边支撑1、2外侧分别安装有第二浮箱9.2，上述浮箱均通过充气管9.3与安装在渠道岸边上的带有控制装置和报警装置的自动充排气机构9.4相连通，通过调节不同位置处浮箱的充气量改变其所受的浮力大小，从而满足围堰支撑结构与地基作用力和与地基摩擦力之间的平衡。

如图4所示，为了适应已受损的不平整坡面，每条中支撑8均分为上下两段，即由角钢或L型钢焊接而成的桁架结构的上弦支撑8.1和由工字钢焊接而成的梁格结构的下弦支撑8.3，两者通过高度调节机构8.2相连。为了避免应力集中使下弦支撑8.3陷入边坡内，下弦支撑8.3的梁格底部焊接有一定厚度的垫板。上述高度调节机构8.2可选择液压千斤顶、电动调节丝杠或直线电机等。安装时，上述三种构件均固定于上弦支撑8.1，可调节的伸缩部分，通过活塞杆、螺丝杆和支撑杆直接作用于下弦支撑8.3。

为了节省工期，通常使用跳仓法对坡面进行混凝土浇筑，因此，在上弦支撑8.1上部安装滑轮，使滑轮悬挂在主梁4翼缘板上。修复时，先对中支撑8以外的坡面区域进行混凝土浇筑，之后，通过高度调节机构8.2抬起下弦支撑8.3，使中支撑8沿主梁4水平移动，到达已经完成混凝土浇筑的区域后，使下弦支撑8.3下落与坡面接触，从而重新对主梁4形成支撑，此时，可对未浇筑区域进行施工。

为了更好地适应深挖方渠段较为狭窄的施工现场，结合运输、吊装要求，上述第一边支撑1、第二边支撑2、中支撑8和堵头桁架3均按4米为一段进行预制，运至现场后进行拼接。围堰施工时，沿垂直于水流方向分段拼接，并在吊装设备的作用下逐段下水就位。具体施工步骤如下：

第一步，检查渠道边坡的具体受损情况，确定需要修复的区域，并对围堰主体结构进行设计；同时，在边坡上第一边支撑1、第二边支撑2和堵头桁架3所在的位置铺设苫布，在渠道岸边安装起吊设备11（见图2），在渠道水流中修建带有定位装置12的浮动平台。上述苫布按照常规方法进行敷设，向围堰底部内侧延伸1m，向外侧延伸30m，搭接区域不小于0.30m，满足底部砂层渗透稳定要求。其中，苫布向外铺设的尺寸可根据具体工程的地质条件进行调整。

第二步，在渠道岸边拼装堵头桁架3，安装面板单元5和浮箱等，然后用钢索将其与起吊设备11和定位装置12分别连接，使其沿渠道边坡下滑一定距离；然后在堵头桁架3相应位置处分别连接第一段第一边支撑1、第二边支撑2、中支撑8和主梁4，安装面板单元5和浮箱后向水下下滑一定距离；之后，按照同样的方式分段安装其余围堰单元并下水就位。

在围堰主体进行下水就位的过程中，如果出现位移偏差，可向围堰浮箱内充气，利用浮动平台牵引定位装置12，使安装在围堰第一边支撑1、第二边支撑2和中支撑8底部的移动轮与渠道边坡上的安装轨道重新匹配。

在围堰主体向水下移动过程，结合水下观测和整体受力观测，随时调整中支撑8上下分节处的千斤顶和调节螺栓，使其适应不同位置处的变形需要，满足整体平衡和稳定要求。

第三步，围堰主体整体安装就位后，通过潜水泵10将围堰维修区域内的水全部排出，然后通过跳仓浇筑法施工，即通过调整中支撑8的位置，交替对围堰维修区域内不同位置处的衬砌板进行施工，直至完成全部修复工作。

验收合格后，清理现场，注水至围堰外水面高程，回收可重复利用的围堰结构单元等施工材料。

Claims

1.一种基于蓬式围堰进行渠道边坡不停水修复的施工方法，其特征在于：

所述蓬式围堰包括垂直于水流方向设置在边坡上游的第一边支撑和设置在边坡下游的第二边支撑，所述第一边支撑和第二边支撑位于渠底的一端设置有连接两者的堵头桁架，第一边支撑和第二边支撑之间均匀间隔设置有多条与水流方向相平行的主梁，所述主梁下方设置有与第一边支撑、第二边支撑相互平行的中支撑，每条所述中支撑均包括滑动连接在所述主梁上的上弦支撑，所述上弦支撑通过高度调节机构连接有下弦支撑，且中支撑和第一边支撑、第二边支撑均为沿垂直于水流方向依次螺接相连的多段式结构，所述主梁、第一边支撑、第二边支撑以及堵头桁架上铺设有依次相连的面板单元；所述面板单元之间设置有带有第一渗流水通道的第一止水结构，面板单元与边坡/渠底衬砌之间均设置有带有第二渗流水通道的第二止水结构，所述第一渗流水通道和第二渗流水通道相互连通组成使围堰渗流水汇入渠底的输水网；靠近渠底处的所述面板单元上还连接有多个浮箱，所述浮箱通过充气管与设置在渠道岸边上的自动充排气机构相连通；

边坡修复的施工步骤如下：

2.根据权利要求1所述的基于蓬式围堰进行渠道边坡不停水修复的施工方法，其特征在于：所述第一边支撑、第二边支撑和中支撑底部两侧均设置有与通往渠底的边坡安装轨道相配合的移动轮。

3.根据权利要求1所述的基于蓬式围堰进行渠道边坡不停水修复的施工方法，其特征在于：所述第一止水结构包括间隔设置在相邻面板单元接合面之间的外止水橡皮条和内止水橡皮条，所述外止水橡皮条靠近渠道水流一侧，所述内止水橡皮条靠近围堰工作区一侧，外止水橡皮条和内止水橡皮条之间则形成所述第一渗流水通道。

4.根据权利要求1所述的基于蓬式围堰进行渠道边坡不停水修复的施工方法，其特征在于：所述第二止水结构包括间隔设置在所述面板单元与边坡/渠底衬砌接合面之间的靠近渠道水流一侧的外止水带和靠近围堰工作区一侧的内止水带，所述外止水带是横截面为欧米伽形的橡胶止水材料，所述内止水带是横截面为圆形结构的橡胶气囊，外止水带和内止水带之间则形成所述第二渗流水通道，位于渠底处的第二渗流水通道顶部面板单元上开设有溢流孔。

5.根据权利要求1所述的基于蓬式围堰进行渠道边坡不停水修复的施工方法，其特征在于：所述浮箱包括位于第一边支撑和第二边支撑之间的第一浮箱和位于第一边支撑和第二边支撑外侧的第二浮箱。