水利水电施工中围堰工程施工技术及其安全性评估

一、工程案例概况

（一）工程背景与难点

以某大型水电站工程项目为例，该项目总装机容量 2400MW，最大坝高 285m ，为世界级高拱坝工程。工程区河道形态复杂，宽度变化范围为450～680m ，多年平均流量达 3810m³/s ，汛期最大流速高达 7.2m/s ，水文条件极为复杂。经实地勘探发现，该工程在施工导流阶段面临三大突出技术难题。第一，河床覆盖层异常深厚，厚度达 25～38m ，且以砂卵石为主，渗透系数高达 1×10^-2cm/s ，防渗处理难度大；第二，受季风气候影响，汛期水位变幅剧烈，年最大变幅达 22m ，对围堰结构稳定性提出严峻考验；第三，工程区两岸边坡陡峭，坡度普遍在 45^∘ 以上，局部达 60^∘ ，施工场地极其受限，大型设备布置困难。

（二）围堰设计方案

针对该水电站工程的复杂水文地质条件，设计团队创新性地采用了分期导流方案，一期工程采用钢板桩格型围堰结构，设计挡水高度 32 米，格型直径22 米，选用36 米长钢板桩并确保嵌入基岩深度不小于5 米，以增强结构稳定性；二期工程则采用碾压混凝土围堰技术，挡水高度提升至 42 米，设计顶宽 8 米，上游坡比 1:0.4，下游坡比 1:0.75，既保证了结构强度，又优化了水流条件。防渗体系采用1.2 米厚塑性混凝土防渗墙，渗透系数严格控制在 1×10^-7cm/s 以下，配合基岩帷幕灌浆，形成完整的防渗屏障[1]。

二、水利水电施工中围堰工程施工技术

（一）钢板桩围堰施工

基于工程概况，钢板桩围堰施工采用“先陆后水”工艺体系，通过系统化的施工流程和精密控制技术，确保工程质量。在岸上拼装阶段，采用高精度GPS 定位系统（精度 ±3cm ）控制格体安装位置，并运用 BIM 技术进行三维模拟预拼装。自主研发的液压同步下沉系统配备 16 个高精度千斤顶（同步误差⩽2mm ），实现数千吨级格体的平稳下沉。水下抛填采用严格级配的砂砾石混合料（粒径 5～80mm ），通过差分式抛填工艺和智能碾压设备控制，确保各分层密实度 ⩾95% 的设计要求。此外，施工过程中，建立的实时监测系统曾及时发现 3# 格体 15cm 的水平偏位，随即启动应急预案，采用 ROV 水下机器人配合液压纠偏装置进行精准调整，最终将偏差严格控制在 5cm 以内。

（二）混凝土围堰施工

在上述工程的混凝土围堰施工环节，创新性地采用“薄层连续浇筑”工艺体系，通过精细化的施工控制确保工程质量。首先，在基岩处理阶段，采用20MPa 高压水枪配合金刚石铣刨技术进行基面处理，并使用环氧砂浆修补系统（粘接强度 ⩾2.5MPa ），确保基岩－混凝土界面质量 [2]。同时，分层浇筑严格控制每层 30cm 厚度，采用智能布料系统保证浇筑连续性，且间隔时间控制在 4小时以内。其次，温控方面实施“双预冷”工艺（骨料预冷至 5^c+ 拌和水加冰），配合埋设冷却水管（间距 1.5m×1.5m ）的通水冷却系统，确保混凝土内外温差 ⩽25% 。最后，防裂措施采用聚丙烯纤维（掺量 0.9kg/m³ ）与诱导缝（间距 15m ）相结合的方式，裂缝控制效果显著。施工质量检测显示，混凝土 28d抗压强度达标率 100% ，90d 渗透系数 ⩽1×10^-11cm/s ，施工效率提升 35% 。

（三）特殊问题处理

针对上述项目的深覆盖层处理，本研究采用“高压旋喷桩 + 防渗墙”组合技术，将旋喷桩直径设置为 1.0m ，间距 0.8m ，搭接长度 ⩾20cm ，形成连续防渗帷幕。同时，在汛期，设置溢流堰段，堰顶高程低于设计水位 2m 过流面采用耐磨混凝土（强度等级C40），并预埋监测传感器。

三、水利水电工程围堰施工的安全性评估体系

（一）监测系统设计

针对水利工程围堰施工过程中的安全问题，本文提出了一种基于三维监测技术的全要素、多指标智能化监测方案，并以此为基础开展了相应的理论与应用性研究工作。一方面，为了保证围堰的变形控制质量，对围堰进行精细化布点测量，共设置 36 根高精度测斜管（其中 14 根倾斜度传感器）以及 12 台GNSS 基准站。同时，利用卫星定位技术进行围堰各部位的空间变形监控，以实现远程自动化采集。另一方面，通过对不同区域水位变化规律的研究，结合围堰断面几何尺寸，设计安装 52 只振弦式渗压计、3 座标准化量测堰等设备，形成了较为完善的渗流场时空演变特征监测体系。经验证明，上述智能化监测手段有效识别出 3 处可能发生的重大事故隐患，有效防止了事故发生。

（二）稳定性评估

采用FLAC30 软件建立三维模型，分析不同工况下的安全系数，详情见表1。结果表明，围堰在最不利工况下仍满足规范要求。

（三）风险预警管理

基于实时监测数据与工程安全评估标准，本项目创新构建了五级递进式风险预警管理体系 [3]。该体系采用量化分级控制原则，将预警等级细化为：蓝色预警（监测值 ⩾80% 阈值时启动日常巡查强化机制）、黄色预警（ ⩾90% 阈值时激活加密监测模式，采样频率提升至 15 分钟 / 次）、橙色预警（ ≈100% 阈值时实施专项工程处置措施）、红色预警（ ≥110% 阈值时启动人员紧急撤离程序）以及黑色预警（ ⩾120% 阈值时执行最高级别应急预案） ) 工程实施过程中，系统成功识别并处理 7 次黄色预警事件，通过动态调整施工参数（如将钢板桩沉桩速率由 1.5m/min 降至 0.8m/min ）及时化解风险，预警响应准确率达 100% ，有效保障了施工安全。

结语：

综上所述，本工程实践证明钢板桩格型围堰具有较好的适用性和经济性特点，以物联网为基础建立的围堰安全监测系统，能够实现对围堰的安全状况实施全过程监控，及时发现和消除可能发生的严重险情事故隐患。建议今后的研究方向聚焦分析围堰结构材料的劣化机理及长期使用性能变化规律，积极开展围堰结构在恶劣气象环境下的适应性研究，从而推动大型水电工程围堰建设的发展与进步。

参考文献：

[1]武伟 . 围堰技术在水利水电工程施工导流中的应用研究 [J]. 中国科技期刊数据库 工业 A,2025(3):041-044.

[2]李洋 . 施工导流围堰技术在水利水电施工中的应用 [J]. 中文科技期刊数据库 ( 全文版 ) 工程技术 ,2025(2):141-144.

[3]张佳英 . 水利水电工程围堰施工技术研究与优化 [J]. 中文科技期刊数据库 ( 全文版 ) 工程技术 ,2025(5):099-102.