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围堰（cofferdam）是指围护水工建筑物的施工场地，使其免受河道水流或洪水影响的临时挡水建筑物。围堰主要功能是通过对建筑物的修建位置及施工场地进行围护，以防止水和土进入，以便在围堰内排水，开挖基坑，修筑建筑物。[1][2]
围堰的施工种类包括土石围堰、土袋围堰、浆砌石块围堰、木板桩围堰、钢筋混凝土围堰及钢板桩围堰等。围堰高度应高于施工期内可能出现的最高水位。[4]由于围堰是临时性挡水建筑物，且围堰主体为土堰，在结构上要求稳定、防渗、抗冲和足够强度。施工上构造简单，便于施工、维修，撤除方便。布置上使水流平顺，不发生局部冲刷。[5]在导流任务结束后，围堰除作为永久建筑物的一部分外，一般在用完后拆除。[2][6]
随着水利规模的加大和水下施工作业的增多，围堰技术得到广泛的应用，促进了围堰施工技术的发展，围堰的种类也得到了丰富。[4]
围堰分类
围堰工程按其不同分类有以下方法：[3]
按与水流的相对位置分：横向围堰（与河流水流方向大致垂直）和纵向围堰（与河流水流方向大致平行）；按与坝轴线的相对位置分：上游围堰和下游围堰；按导流期间是否允许过水分：过水围堰和不过水围堰；按施工期分：一期围堰、二期围堰等；按受力条件分：重力式、拱式等；按防渗结构分：心墙、斜墙、斜心墙等。按使用材料分：土石围堰、混凝土围堰、钢板桩围堰、木笼围堰及草土围堰等；
具体分类
选择围堰型式时，必须根据当时当地的具体条件，在满足下述基本要求的原则下，通过技术经济比较加以选定：具有足够的稳定性、防渗性、抗冲性和一定的强度；造价低，构造简单，修建、维护和拆除方便；围堰的布置应力求使水流平顺，不发生严重的水流冲刷；围堰接头和岸边连接都要安全可靠，不至于因集中渗漏等破坏作用而引起围堰失事；有必要时应设置抵抗冰凌、船舰的冲击和破坏的设施。[6]
土石围堰
土石围堰是水利水电工程中采用最为广泛的一种围堰形式，适用于水深2米以内，流速0.5米/s，河床土质渗水较小时。它是用当地材料填筑而成的围堰，不仅可以就地取材和充分利用开挖弃料作围堰填料，而且构造简单，施工方便，易于拆除，工程造价低，可以在流水中、深水中、岩基或有覆盖层的河床上修建。但其工程量较大，堰身沉陷变形也较大，如柘溪水电站的土石围堰一年中累计沉陷量最大达40.1cm，为堰高的1.75%，一般为0.8%~1.5%。[6]
因土石围堰断面较大，一般用横向围堰，但在宽阔河床的分期导流中，由于围堰束窄河床增加的流速不大，也可作为纵向围堰，但需注意防冲设计，以保围堰安全。土石围堰的设计与土石坝基本相同，但其结构在满足导流期正常运行的情况下应力求简单，便于施工。[6]
混凝土围堰
混凝土围堰分为拱形混凝土围堰与重力式混凝土围堰。拱形混凝土围堰，一般适用于两岸陡峻、岩石坚实的山区河流，常采用隧洞及允许基坑淹没的导流方案，由于利用了混凝土抗压强度高的特点，与重力式围堰相比，断面较小，可节省混凝土工程量。重力式混凝土围堰采用分段围堰法导流时，重力式混凝土围堰往往可兼做第一期和第二期纵向围堰，两侧均能挡水，还能作为永久建筑物的一部分，如隔墙、导墙等。[6]
混凝土围堰的抗冲与防渗能力强，挡水水头高，底宽小，易于与永久混凝土建筑物相连接，必要时还可以过水，因此应用比较广泛。在中国国外，采用拱形混凝土围堰的工程较多。中国国内贵州省的乌江渡、湖南省凤滩等水利水电工程也采用过以拱形混凝土围堰作横向围堰，但多数还是以重力式围堰作纵向围堰，如中国的三门峡、丹江口、三峡工程的混凝土纵向围堰均为重力式混凝土围堰。[6]
钢板桩格形围堰
钢板桩格形围堰是重力式挡水建筑物，由一系列彼此相接的格体构成。按照格体的平面形状，可分为圆筒形格体、扇形格体和花瓣形格体。这些形式适用于不同的挡水高度，应用较多的是圆简形格体。钢板桩格形围堰是由许多钢板桩通过锁口互相连接而成为格形整体。钢板桩的锁口有握裹式、互握式和倒钩式三种。格体内填充透水性强的填料，如砂、砂卵石或石渣等。在向格体内进行填料时，必须保持各格体内的填料表面大致均衡上升,因高差太大会使格体变形。钢板桩格形围堰具有坚固、抗冲、防渗、围堰断面小、便于机械化施工等优点。[6]
竹笼围堰
竹笼围堰在我国南方盛产南竹地区，是充分利用当地材料的形式之一。如果采用铅丝笼填石代替竹笼也是同一种类型。竹笼的使用年限，一般为1～2年，竹材经防腐处理后可达2～4年。竹笼围堰允许过水，对岩基或软弱地基均能适用。它的断面尺寸较小，具有一定的抗冲能力，既可用于纵向围堰，也可用于横向围堰。但竹笼填石施工不易机械化，一般需人工施工。采用竹笼围堰的工程有富春江等。[3]
木笼围堰
木笼围堰具有断面尺寸小、抗冲能力强、施工速度快等优点。堰顶加混凝土盖板后可以过水。因此，用作纵向围堰具有明显的优越性。我国采用木笼围堰或木笼土石混合围堰的工程有新安江、建溪、西津等。但它的木材耗量大，木材较难回收和重复使用。在当前木材短缺的情况下，使用范围受到限制。如果用预制钢筋混凝土构件代替木笼，也是同一类型。[3]
草土围堰
草土围堰是一种以麦草、稻草、芦柴、柳枝和土为主要原料的草土混合结构，中国已经有两千多年的使用历史。这种围堰主要用于黄河流域的渠道修堵口工程中，新中国成立后，在青铜峡、盐锅峡、八盘峡等工程中，以及南方的黄坛口工程中均得到应用。[6]
草土围堰施工简单、速度快、取材容易、造价低、拆除也方便，具有一定的抗冲、抗渗能力，堰体的容重较小，特别适用于软土地基。但这种围堰不能承受较大的水头，所以仅限水深不超过6m、流速不超过3.5m/s、使用期2年以内的工程。草土围堰的施工方法比较特殊，就其实质来说也是一种进占法。按其所用草料形式的不同，可以分为散草法，捆草法、埽捆法三种。按其施工条件可分为水中填筑和干地填筑两种。由于草土围堰本身的特点，水中填筑质量比干填法容易保证，这是与其他围堰所不同的，现实中的草土围堰，普遍采用捆草法施工。[6]
锁扣管桩围堰
锁扣管粧围堰相比钢板桩围堰结构稳定，施工速度快，材料周转率高可重复利用，是钢板桩围堰与钢管桩围堰的有机结合，但其止水难度相对较大，适用于黏土及亚黏土地质。[7]
钢筋混凝土或预应力混凝土板桩围堰
一般在围堰建成后仍需长期保留时才使用。板桩截面两侧用榫槽或钢件连接,桩底部向一面倾斜，便于打入地内。同时易使两相邻桩密合。其主要用于港湾码头的驳岸、水工建筑的截水墙等，也常用于城市土建工程中作为开挖基坑的围堰，因施工振动小，适合靠近已有建筑物区域作业，且可兼作承重基础，截面形状设计灵活不受限制，在桥梁施工中亦有广泛应用。[7]
平面布置
围堰的平面布置主要包括围堰内基坑范围确定和围堰轮廓布置两个问题。[6]
围堰内基坑范围确定
围堰内基坑范围大小主要取决于主体工程的轮廓和相应的施工方法。当采用一次拦断法导流时，围堰基坑是由上下游围堰和河床两岸围成的。当采用分期导流时，围堰基坑是由纵向围堰与上下游横向围堰围成的。在上述两种情况下，上下游横向围堰的布置，都取决于主体工程的轮廓。通常基坑坡趾到主体工程轮廓的距离，不应小于30m，以便布置排水设施、交通运输道路、堆放材料和模板等。至于基坑开挖边坡的大小，则与地质条件有关。当纵向围堰不作为永久建筑物的一部分时，基坑坡趾到主体工程轮廓的距离，一般不小于2m，以便布置排水导流系统和堆放模板，如果无此要求，只需留0.4~0.6m。[6]
实际工程的基坑形状和大小往往是不相同的。有时可以利用地形以减少围堰的高度和长度；有时为了照顾个别建筑物施工的需要，将围堰轴线布置成折线形；有时为了避开岸边较大的溪沟，也采用折线布置。为了保证基坑开挖和主体建筑物的正常施工，基坑范围应当留有一定余量。[6]
分期导流纵向围堰布置
在分期导流方式中，纵向围堰布置是施工中的关键问题，选择纵向围堰位置，实际上就是要确定适宜的河床束窄度。束窄度就是天然河流过水面积被围堰束窄的程度。[6]
技术要求
由于围堰是临时性挡水建筑物，且围堰主体为土堰，其特点及基本要求为：[5]
结构上要求稳定、防渗、抗冲和足够强度。[5]施工上构造简单，便于施工、维修，撤除方便。[5]布置上使水流平顺，不发生局部冲刷。[5]围堰接头避免因集中渗漏等破坏作用引起围堰失事。[5]
计算规则
围堰工程分别按体积和长度计算。[8]以体积计算的围堰，工程量按围堰的施工断面乘以围堰中心线的长度计算。[8]以长度计算的围堰，工程量按围堰中心线的长度计算。[8]围堰高度按施工期内的最高临水面积0.5m计算。[8]
围堰防冲
为避免出现局部淘刷，应采用抛石护底、铅丝笼护底，柴排护底等措施。[9]围堰区护底范围及护底材料尺寸的大小，应通过水工模型试验确定。[9]在围堰的上下游转角处设置导流墙。如以纵向围堰作为永久建筑物的隔墩或导墙的一部分，则应采用混凝土结构。[9]对于土石纵向围堰，应对围堰水面以下的堰体进行有效的保护。[9]
围堰防渗
土石围堰的防渗，应采用斜墙，斜墙接水平铺盖、垂直防渗墙或灌浆帷幕等措施。[9]防渗斜墙和水平铺盖,应采用人工抛填的方法进行施工。施工时，应控制滑坡、颗粒分离及坡面的平整情况。[9]73斜墙及水平铺盖填土密实度应均匀，防渗性能应良好，干密度应在1.45g/cm3以上，且无显著分层沉积现象。[9]土坡应稳定，上部坡高应在8～9m以内，坡度为1∶2.5～1∶3.0；下部坡度较缓，应在1:4.0以上。[9]抛填三个月后，应取样检查，查看其是否符合相关要求。[9]
围堰拆除
围堰是临时建筑物,导流任务完成以后，应按设计要求进行拆除，以免影响永久建筑物的施工运行。围堰拆除前应认真分析水文资料，制定严密的施工计划，分期进行施工。围堰拆除工作应尽量安排在阶段工程即将完成的最后一个枯水期内。土石围堰的拆除工作常采用挖土机或爆破开挖的方法。拆除工作应逐层依次进行。拆除过程中，所残留的断面应能继续挡水和维持稳定。[10]
围堰的拆除应符合设计要求。拆除前，应认真分析水文资料，制定严密的施工计划，分期进行施工。[9]围堰拆除工作应尽量安排在阶段工程即将完成的最后一个枯水期内。[9]土石围堰的拆除工作常采用挖土机或爆破开挖的方法。拆除工作应逐层依次进行。拆除过程中，所残留的断面应能继续挡水和维持稳定。[9]拆除中，如遇到岩石、混凝土或钢构件等，应采用爆破方案。[9]拆除时，在规定的时段内，应按设计要求的剖面开挖到位，应尽量采取措施减少水下挖方。[9]草土围堰拆除时，其水上部分应用人工拆除；水下部分可在堰体开挖缺口，让其过水冲毁或用爆破法拆除。[9]混凝土围堰应用爆破法拆除。爆破时，应保证主体建筑物或其他设施不受爆破危害。[9]钢板桩格型围堰拆除时，应先用抓斗或吸石器将填料清除，然后用拔桩机起拔钢板桩。[9]
相关案列
2022年4月5日，中铁大桥局黄茅海跨海通道项目部成功开展海上建桥桥墩施工深水围堰防船撞应急演练。旨在进一步提高深水围堰被船撞后应急救援的快速反应能力，保证项目在施工过程中出现围堰被船撞时，能够及时进行应急救援，从而最大限度减少人员伤亡，增强预防和控制突发事件的应急抢险能力。[11]
2023年11月22日20时56分，在距离启东岸200米的长江入海口北支航道江面施工现场，经过近12小时的鏖战，崇启公铁长江大桥4号主墩钢围堰完成首次混凝土封底。[12]
2024年3月2日，连接钢围堰的吊带松钩，象山港跨海大桥主墩首节钢围堰登海入水。宁波市域铁路象山线全长61.45公里，其中象山港跨海大桥全长8.26公里，跨海段桥梁长6.2公里。主墩承台的施工需要一个能够防水的稳定围护结构，这就是钢围堰。此次下放的首节钢围堰长61.52米、宽36.02米、高9.3米，相当于是一个占地6个篮球场的3层楼房，总重1594吨。这标志着大桥主墩承台施工的序幕正式拉开，实现由水下桩基施工向水上施工的重大工序转换。[13]
参考资料 13
- 参考 1
- 水利科普 | 围堰 — 微信公众平台
- 参考 3
- 参考 4
- 参考 5
- 参考 6
- 参考 7
- 参考 8
- 参考 9
- 参考 10
- 海上建桥开展深水围堰防撞应急演练 — 百家号
- 崇启公铁长江大桥4号主墩钢围堰完成首次封底 — 百家号
- “巨无霸”入水，宁波市域铁路象山港跨海大桥开启水上施工 — 百家号