截流软坝施工技术在引滦明渠中的应用
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摘要截流软坝以其自身的结构特点在中小型水利、桥梁工程中有着不可替代的作用，在引滦明渠工程施工中数次采用软坝技术进行截流，积累了一定经验。介绍了软坝的设计、技术、施工工艺及其应用。
关键词截流软坝；引滦明渠；技术应用
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：
1前言
截流软坝是采用单排立桩受力、止水布止水，其结构设计简便合理，坝体自重轻，坝高可根据挡水高度自行设计。截流软坝的搭、拆时间短，可以在设计范围内的不同水位、流量下作业，软坝的拆除简便、干净，不留任何坝根，可减小工程量，缩短工期，有利于河道（明渠）治理中的应用。
截流软坝可应用于中、小型河道（明渠）截流和堤、坝应急抢险截流，特别是在天津市饮用水源保护工程引滦明渠治理工程016标段应用中，软坝施工克服了水库（边坡）渗漏、砂质粘土、工期、通水等不利因素，保障了整个标段的施工和引滦入塘、入汉、入开三个泵站的输水要求。
2 坝址的选择及打桩深度的确定
2.1 坝址的选择
搭坝的关键环节就是坝址的选择，最佳的坝址可使截流软坝坚固稳定，还可减少材料用量及投资。通常选址时应考虑以下因素：（1）选较浅的位置，水较浅时相应的水头差小。（2）过水断面相对窄的位置，可减少搭坝长度。（3）河床土质要坚硬，它关系到截流软坝的稳定性，一般情况下选择淤泥少、河床土质坚硬的粘性土质或亚粘性土质为宜。（4）严格禁止在流砂段内施工，对于别无选择的流砂段及堤坝决口段，在施工中应采取相应的技术措施。
2.2 打桩深度确定及稳定校核
2.2.1迎水面水压力计算，如图1所示，取单宽计算。
木桩迎水面水压强度，σh= rwh1 （1）
水压力p 1=1/2rwh12（2）
式中：rw 为水的容重t/m3 取1.0t/m3；
h1-----水深m
木桩入土深度计算
(1)土压力系数计算
i原河床面以下迎水面主动土压力系数
ka=tg2(45°-φ/2)（3）
ii原河床面以下背水面被动土压力系数
kp=tg2(45°+φ/2)（4）
式中：φ---土的内摩擦角
(2)计算木桩受水压力、主动土压力和被动土压力强度叠加为0时的土层深度y 。
设原河床面以下迎水面所受主动土压力强度σa，原河床面以下背水面同一高程内被动土压力强度σp为同一深度y：
σp-σa-σh=0（5）
γkpy-γkay-rwh1=0 （6）
y=rwh1/γ(kp-ka) （7）
式中：rw为水容重t/m3 ；h1为迎水面水深m；γ为土的浮容重t/m3。
(3)迎水面所有外力对A点力矩（按图1计算）为：
M1=p1×2/3h1=1/2 rwh12×2/3 h1（8）
M2=p2×(1/3y+h1)=1/2 rwh1×y×(1/3y+h1) （9）
∑MA迎=M1+M2 （10）
设DO为在深度y下所需的附加深度 则：
X=rwh1DO/y（11）
1/2 X D0(2/3D0+y+h1)=∑MA背 （12）
1/2 rwh1DO2/y(2/3D0+y+h1)=∑MA背 （13）
设∑MA迎=0则∑MA背=∑MA迎解得：D0
木桩需打入原河床面以下深度为：h2=y+D0
2.2.3木桩稳定计算
木桩A点的水平支撑力P4X为：
P4x=P1+P2-P3（14）
P4=√2×P4x （15）
倾覆力矩为迎水面所有压力对A点的力矩总和，即:∑MA迎；抵抗倾覆力矩为背水面原河床面以下被动土压力对A点的力矩，即:
∑M3 =P3（2／3D0＋y+h1）（16）
稳定系数k=∑M3 /∑MA迎 ≥1.3即可,若不满足要求,加深D0,直到满足要求位止。
3 桩距及断面尺寸的确定（按无支撑计算）如图1所示。
(1)计算单宽水压作用下木桩承受的最大弯距值公式为：
Mmax=P1×1/3h1=1/6 b rwh13＝1／6 h13 （17）
(2)根据表1选取所用木材的允许应力，确定需要的截面抵抗距值公式为：
W总= Mmax/[σw] ( cm3 )（18）
(3)计算单位宽度上需打桩的根数。根据水深拟选木桩的直径，按公式：
W单 =πd3/32（19）
式中：d为木桩的直径。
计算出单根抵抗距,然后用公式：n= W总/ W单确定出单位宽度上需要的打桩根数。桩距的大小、疏密用桩径调整,使桩距符合常规及合理,达到承受荷载均匀能力。
表1 常用木材的允许应力和弹性模量（kg/cm2）
4 止水材料选定
止水材料的好坏也是截流软坝无渗漏的保障。高水头时,采用抗拉强度较高的防水布；水头较低时，可采用一般苫布和塑料布。
5 软坝的施工工艺
工艺流程：打立桩绑横梁（膂梁）打斜撑（点桩）迎水面封堵
5.1立桩
在选定坝址的中间位置打第一根桩，依次向两侧对称顺序进行，立桩直径根据计算选择，为了节约材料，两边水位差小的部位，可重新选择桩距或直径。
5.2横梁
打桩完毕后，绑扎横梁（膂梁），其直径选φ14cm、长6m以上，疏密可根据水头差大小经验而定，通常是上疏下密。绑扎横梁时接茬上下交错，禁止接头在同一个断面内。由于主荷载由立桩承担，经计算横梁受力很小，一般均能满足要求。
5.3斜撑（点桩）
斜撑的长度视水深而定，一般均在6m以上，其直径在φ16cm～φ22cm不等，要求斜角为45°。打斜撑（点桩）时从中间桩开始，每隔一根立桩打一斜桩，两边逐渐变疏。
5.4迎水面封堵
迎水面封堵首先用竹排或荆条笆绑扎在木桩的网格上，再用苇席或苇帘封闭1～2层，苇席（苇帘）前用防水布或塑料布止水封堵（也可用当地产的条格苫布）。止水封堵时，在迎水面距坝4～8m的位置用人工挖一条小沟， 把底部止水铺盖的水平段端部放置沟内（视条件也可不挖沟），然后用纤维袋装土顺序压实，顶、侧部止水绑扎在网格上。止水连接采用咬口缝接或粘接，在条件不允许时，也可搭接，搭接长度应不小于1.2m。止水布的搭接、铺设也是确保软坝截流无渗漏的关键。
止水布铺盖一般铺设距坝4～8m（或按水深的4～5倍计算）。根据河床土质和水位的不同可加长或缩短止水铺盖。对于不可避免的流沙段应加大止水布铺设面积和止水压袋的层数、面积，止水布坝前铺设不少于水深的6倍。对于堤口封堵，可视堤口宽度、深度、水流速、地质条件铺设止水布。水下止水布端边用纤维土袋顺序压实，必要时应根据止水情况，多设几道止水压袋。
6 护坝及拆坝
6.1 护坝及应急措施
软坝具备挡水条件后，还应昼夜有人护坝：（1）检查立桩、斜撑、绑丝的位移、受力情况。（2）观察坝后水情变化，是否有渗流、浑水。（3）观察坝前水情变化，是否有水流旋涡，必要时每日应做水底检查，踩水下止水铺盖，以防渗漏、流沙的发生。（4）冬季应注意冰冻对止水布的破坏。（5）在软坝建成后，应预备必要的木桩、止水布、土袋以备应急。（6）当出现止水渗漏时，应视渗漏情况可采用：土袋压实；贴止水布 ；贴一层止水布，再用土袋压实等方法处理。
6.2 拆坝
拆坝工艺顺序与搭坝工艺顺序截然相反。即：拆土袋止水布苇帘竹排斜撑横梁立桩。在拆立桩时，采用定、动滑轮组，用人工绞磨或机车牵引拔桩，可省时、省力，又不破坏木桩。
7 截流软坝在引滦明渠施工中的应用数据
在天津市饮用水源保护工程引滦明渠治理工程016标段施工中，为了满足向市区供水，需在明渠上搭一座软坝。明渠截流软坝按照保障泵站输水要求及河床土质、淤泥等情况进行设计，经上述的理论计算：坝高（h1+h0）取4.0米，挡水高度（h1）取3.5米，木桩入土深度（h2）取2.0米，坝轴线长50米，桩距取0.8米，止水布840平方米。
8 结束语
截流工程是水利工程中的重要工程。由于截流工程涉及到水文、地质、水力、土力、材力等相关技术学科，而各地的水文、地质条件又不同，因此，在截流工程中，应做好详细的勘察、设计工作，还要有专业的施工队伍，才能保证工程的万无一失。从截流软坝的设计、施工等各项经济技术指标来看，均优于传统的截流土坝；就其作用和适用范围而言，也优于橡胶坝。
作者简介：胡雅娴（1980--），女，工程师，主要从事测绘、管理等工作。