崔曉陽(yáng)，張善志

(1.牡丹江市城區(qū)水土保持辦公室，黑龍江牡丹江157000;2.牡丹江市水務(wù)科學(xué)研究院，黑龍江牡丹江157000)

1 工程項(xiàng)目概況

橡膠壩改建工程在牡丹江干流上，位于牡丹江左岸堤防樁號(hào)10+375處，距江濱公園約3 km，控制流域面積22 720 km2。

樞紐主體工程由17孔攔河閘組成。閘室上游設(shè)10 m寬的檢修橋，兩岸上、下游以弧型翼墻與岸坡連接。

施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)外交通現(xiàn)有201國(guó)道、301國(guó)道等高等級(jí)公路與其它地區(qū)公路構(gòu)成交通網(wǎng)絡(luò)，對(duì)外交通十分便利。

閘址區(qū)江段內(nèi)沒(méi)有通航、過(guò)木要求，但要滿足下游牡丹江市城市供水、取水要求(Q=30 m3/s)，兩期施工分別采用明渠導(dǎo)流和攔河閘導(dǎo)流。

2 施工自然條件

牡丹江市區(qū)地處溫帶，屬大陸性濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，春季干旱多風(fēng)，夏季炎熱多雨，秋季降溫急驟，冬季嚴(yán)寒干燥而漫長(zhǎng)。根據(jù)牡丹江市氣象資料統(tǒng)計(jì)，多年平均氣溫3.5℃，夏季最高氣溫37.5℃，冬季最低氣溫-35.1℃。冬季自10月中旬至來(lái)年4月中旬達(dá)6個(gè)月之久。

根據(jù)流域內(nèi)各主要水文氣象站的觀測(cè)成果分析，多年平均蒸發(fā)量在850～1 300 mm。相對(duì)濕度年內(nèi)變化最小月份在4月，為56% ～61%，最大月份在7—8月，為80%以上，年平均值為70% ～73%。

流域內(nèi)冬季多西風(fēng)和西北風(fēng)，夏季多西南和東南風(fēng)。年內(nèi)最大風(fēng)速達(dá)20 m/s，平均風(fēng)速為2.6 m/s。

流域內(nèi)多年平均無(wú)霜日期為126 d左右。凍土深度為1.5～2.5 m，3—4月份凍土深度最大。多年平均最大凍深1.8 m。結(jié)冰期為11月中旬至翌年4月中旬，長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月之久，平均冰凍厚度1.0 m，最大冰厚1.18 m。

3 施工導(dǎo)流、截流

3.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》(SD338—89)第2.2.1條中表2.2.1導(dǎo)流建筑物標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)流建筑物為Ⅳ級(jí)，根據(jù)第2.2.12條表2.2.2中導(dǎo)流建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)劃分，施工洪水重現(xiàn)期為10～20 a，結(jié)合本工程特點(diǎn)，選用10 a一遇的施工洪水重現(xiàn)期。

根據(jù)牡丹江水文站洪峰流量頻率分析成果，按面積指數(shù)換算求得工程地點(diǎn)處的施工洪水成果，見(jiàn)表1。

表1 施工期洪水成果表 m3/s

3.2 導(dǎo)流方式

主體工程施工分為2部分:①左岸9孔攔河閘的施工;②右岸8孔攔河閘的施工。

主體工程施工導(dǎo)流方式采用分2段2期土石圍堰導(dǎo)流。一期工程為明渠導(dǎo)流，修建左岸九孔攔河閘，右岸河道明渠導(dǎo)流，2008年10月初開(kāi)始修建一期圍堰及一期工程，2009年7月一期工程完工;二期工程采用攔河閘導(dǎo)流，修建右岸八孔攔河閘，2009年8月開(kāi)始修建二期圍堰及二期工程，2010年6月末二期工程完工。

3.3 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

圍堰主要由塊石、石碴、黏土、土工膜及無(wú)紡布等填筑而成，圍堰防滲采用黏土心墻與土工膜。

一期及二期圍堰頂寬4.5 m，迎水側(cè)邊坡1∶2.0，背水側(cè)邊坡1∶1.5。圍堰用碎石、礫石做為戧堤，黏土心墻與土工膜防滲，無(wú)紡布反濾，詳見(jiàn)施工圍堰橫斷面圖。圍堰外采用拋石防護(hù)，圍堰用的碎石一部分在下崴子碎石料場(chǎng)買料，另一部分礫石用基坑開(kāi)挖的砂石料。

圍堰填筑采用2 m3挖掘機(jī)挖裝，10 t自卸汽車運(yùn)輸，拖拉機(jī)壓實(shí)。圍堰拆除施工采用2 m挖掘機(jī)挖裝，10 t自卸汽車運(yùn)輸至棄料場(chǎng)或填筑利用。

兩期施工分別采用明渠導(dǎo)流、攔河閘導(dǎo)流。圍堰外部采用拋石防護(hù)，排冰不影響。施工圍堰特性見(jiàn)表2，圍堰橫斷面尺寸見(jiàn)圖1。

圖1 一期(二期)圍堰橫斷面圖

3.4 導(dǎo)流工程施工

3.4.1 施工工序

采用上、下游兩單戧堤同時(shí)向縱向圍堰立堵式進(jìn)占，進(jìn)占工序?yàn)閮陕奋囮?duì)同時(shí)從上、下游向縱向圍堰進(jìn)占，龍口設(shè)在縱向圍堰上。土石圍堰防滲采用黏土心墻和土工膜。圍堰中部為黏土心墻，心墻外迎水側(cè)鋪設(shè)土工膜防滲，背水側(cè)鋪設(shè)無(wú)紡布，土工膜及無(wú)紡布外為15 cm厚的砂礫石墊層，兩側(cè)為碎石戧堤，最外側(cè)拋填大塊石。上、下游圍堰裹頭處，要加強(qiáng)防沖措施，采用鋼筋籠石體防護(hù)堰腳，做好圍堰閉氣及抗沖刷處理。

一期圍堰施工計(jì)劃在2008年10月初開(kāi)始進(jìn)行，龍口合攏時(shí)段計(jì)劃選在10月末，戧堤進(jìn)占時(shí)導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量選用(P=20%)1 024 m3/s，而堰頂高程及防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)按(P=10%)1 347 m3/s來(lái)確定。筑堤碎石料在距施工現(xiàn)場(chǎng)13.4 km處的下崴子石場(chǎng)購(gòu)買，塊石在距現(xiàn)場(chǎng)30 km處的樺林石場(chǎng)購(gòu)買。二期圍堰施工計(jì)劃在2009年8月開(kāi)始進(jìn)行，龍口合攏時(shí)段計(jì)劃選在2009年9月，戧堤進(jìn)占時(shí)導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量選用(P=20%)1 024 m3/s，而堰頂高程及防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)按 (P=10%)1 347 m3/s來(lái)確定。

如果戧堤進(jìn)占過(guò)程中，設(shè)計(jì)導(dǎo)流流量超過(guò)(P=20%)1 024 m3/s，施工時(shí)可參照施工預(yù)案。

表2 施工導(dǎo)流圍堰特性表

3.4.2 圍堰拆除

圍堰拆除可由縱向圍堰原龍口處開(kāi)始拆除，由2臺(tái)鉤機(jī)同時(shí)在龍口兩側(cè)倒退開(kāi)挖，先開(kāi)挖戧堤部分，而后開(kāi)挖拋石部分，邊開(kāi)挖邊運(yùn)至岸肩，用于平臺(tái)填筑。本著就近利用，盡量減少工程投資的原則，棄渣場(chǎng)布置在敖東砂場(chǎng)。

3.4.3 合理進(jìn)行料源的時(shí)空平衡

為確保施工強(qiáng)度，節(jié)省運(yùn)距，基本按“上游備料運(yùn)至上游圍堰，下游備料運(yùn)至下游圍堰”的原則進(jìn)行平衡，并盡量利用現(xiàn)有備料，減少新開(kāi)采備料量。將各堤頭需要的各種填料細(xì)化到每一天，每一個(gè)料場(chǎng)。確定備料量時(shí)，根據(jù)不同的料種在不同填筑部位的流失情況、備料轉(zhuǎn)運(yùn)的損失情況、堰體填料壓實(shí)方與堆存松散方的比例關(guān)系，采用不同的備料系數(shù)。堰體填筑部分考慮10%損耗量，非龍口段考慮10%流失量，龍口段考慮20%流失量，在充分考慮截流風(fēng)險(xiǎn)的前提下，戧堤備料系數(shù)取1.8，堰體填筑料取1.3～1.5。

3.4.4 確保龍口段拋投強(qiáng)度

設(shè)備選型:優(yōu)先選用大容量、高效率、機(jī)動(dòng)性好的設(shè)備。挖裝主要選用2 m3的挖掘設(shè)備，大石選用1.8 m3反鏟和正鏟挖裝機(jī)械(啟吊力F＞2t)，鋼筋石籠可采用汽車吊吊裝。推運(yùn)主要選用大馬力的推土機(jī)。

3.4.5 戧堤堤頭車輛行駛線路布置

預(yù)先做好合攏拋投車輛行車線路規(guī)劃?？紤]堤頂寬4.5 m，行車道較窄，在一定距離處可設(shè)置回車加寬段。拋投車輛在上、下游兩戧堤堤頭同時(shí)進(jìn)占，以加快圍堰進(jìn)占的速度。為減少倒車距離，加快拋填速度，在戧堤堤頭布置2個(gè)卸料點(diǎn)，戧堤上、下游側(cè)各1個(gè)。另外，根據(jù)不同部位填料的要求，要采用不同的進(jìn)占方式。圍堰迎水坡在需要拋投大塊石時(shí)，按規(guī)劃調(diào)譴專用汽車設(shè)備在圍堰靠上游側(cè)拋填大塊石、石串，戧堤進(jìn)占可由(32 t、20 t)汽車按規(guī)劃路線拋填中小石、石渣。

3.4.6 施工預(yù)案

3.4.6.1 超設(shè)計(jì)流量施工預(yù)案

若圍堰進(jìn)占或合攏時(shí)期，流量持續(xù)居高不下，圍堰導(dǎo)流流量超過(guò)1 024 m3/s，及時(shí)采用拋填大塊石、石串或塊石籠等應(yīng)急措施，增加拋投料的重量以滿足抗沖要求。施工可采取如下措施:

1)將若干塊重量大的四面體在堤頭部位穿入30 mm鋼絲繩，用卡扣卡緊形成混凝土四面體串，再用1～2臺(tái)大型推土機(jī)同時(shí)推至江中，以減少龍口合攏時(shí)期拋投料的流失量。

2)增大迎水面戧堤挑角拋投塊石、鋼筋籠石體或石串的重量。

3.4.6.2 提前截流預(yù)案

若河流流量較小(低于設(shè)計(jì)截流流量1 024 m3/s)，并且根據(jù)水情預(yù)報(bào)流量亦低于1 024 m3/s時(shí)，可以考慮加快非龍口段進(jìn)占速度，提前完成非龍口段施工，隨后，進(jìn)行龍口段進(jìn)占，將合攏時(shí)間適當(dāng)提前，以便為后續(xù)施工提供充足的施工時(shí)間。

3.5 基坑排水

排水包括初期排水和經(jīng)常性排水。初期排水按圍堰閉氣后的基坑積水量、抽水過(guò)程中圍堰及基坑滲水量、堰身及基坑覆蓋層中的含水量以及可能的降水量四部分計(jì)算;經(jīng)常性排水包括圍堰及基坑滲水、降水及混凝土養(yǎng)護(hù)用的廢水等。

3.5.1 初期排水

排水流量計(jì)算公式為:

(土石圍堰基坑水位下降速度不宜 ＞0.5～0.8 m/d)。

式中:V為基坑的積水體積，m3;T為初期排水時(shí)間(此次T=5 d)，s;η為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，主要與圍堰種類、防滲措施、地基情況、排水時(shí)間等因素有關(guān)，一般取η=3～6，當(dāng)覆蓋層較厚，滲透系數(shù)較大時(shí)取上限。(此次取η=4)

一期圍堰基坑初期排水體積為23 999 m3，排水強(qiáng)度選用8 00 m3/h(0.222 m3/s)進(jìn)行水泵選型。初期排水時(shí)間約5 d完成;二期圍堰基坑初期排水體積為 35 798 m3，排 水 強(qiáng) 度 選 用 1 193 m3/h(0.331 m3/s)進(jìn)行水泵選型。初期排水時(shí)間約為5 d完成。

3.5.2 基坑經(jīng)常性排水按圍堰滲透量計(jì)算

經(jīng)防滲閉氣后的壩體滲水量很小，滲流量采用壩基滲流計(jì)算公式:

式中:q為每米圍堰滲入基坑的滲透流量，m3/s;K為圍堰與透水層的平均滲透系數(shù)，m/d;H為上游水深，m;T為透水層厚度，m;N為系數(shù)值;L為圍堰底寬，m。

經(jīng)計(jì)算，一期圍堰的經(jīng)常性排水流量 Q =393 m3/h(0.11 m3/s)，水泵選型:7臺(tái) SLS125-125A，單臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率為11 kW，其中2臺(tái)作為備用泵。

二期圍堰的經(jīng)常性排水流量為Q=619 m3/h(0.17 m3/s)，水泵選型:9臺(tái) SLS 125-125A，單臺(tái)電動(dòng)機(jī)功率為11 kW，其中2臺(tái)作為備用泵。

基坑內(nèi)經(jīng)常性排水采用排水縱溝和集水井結(jié)合的方式，每側(cè)圍堰排水縱溝布置3個(gè)集水井，由排水溝將水匯入集水井中抽水?？v溝在圍堰內(nèi)坡腳外0.3 m，溝底寬0.3 m，溝深0.6 m，縱坡坡降≥2/1000。集水井布置在建筑物輪廓線以外較低處，距建筑物外緣的距離＞2.0 m。

3.6 施工期通航與過(guò)木、排冰要求

閘址區(qū)江段內(nèi)沒(méi)有通航、過(guò)木要求，施工期不影響下游牡丹江市城市供水要求流量(Q=30 m3/s)，排冰期經(jīng)調(diào)查河段的開(kāi)江方式、流冰時(shí)段、流冰數(shù)量及最大的冰塊尺寸等冰情資料后，確定排冰不影響。(輔助措施:可在開(kāi)江前在上游冰面撒砂，5m×5m將冰分塊，控制冰塊的大小)。

4 結(jié)語(yǔ)

施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)是水利水電施工組織設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)，也是編制施工總進(jìn)度計(jì)劃的主要依據(jù)，在水利工程建設(shè)中起著關(guān)鍵型作用。正確選擇施工導(dǎo)流方案不僅對(duì)降低工程造價(jià)、縮短工期、提高工程質(zhì)量和施工安全具有重大意義，而且也影響到壩址、壩型及樞紐布置方案的選擇。橡膠壩改建工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)中充分考慮因地制宜、因材設(shè)計(jì)的原則，結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況全面考慮投資、工期、水力學(xué)條件等方面的因素，最終確定施工導(dǎo)流方案。目前工程按照施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)方案實(shí)施，工程進(jìn)展順利。

［1］牡丹江市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.黑龍江省牡丹江市橡膠壩改建工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)［R］.牡丹江:牡丹江市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2008.

［2］水利電力部水利水電建設(shè)總局.水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1996.