范 煌

(中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430060)

隨著城市水系治理理念的完善，城市水利向著生態(tài)景觀化方向不斷發(fā)展，目前的生態(tài)河道中，攔河閘壩類型多種多樣，因其在營(yíng)造寬闊的景觀水面功能基礎(chǔ)上兼具良好的防洪能力而得到大量應(yīng)用。攔河閘壩的施工一般需要施工導(dǎo)流，受水文氣象條件等不確定性因素影響，施工周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高，規(guī)模較大的攔河閘壩甚至需要跨年度施工，而城市河道治理項(xiàng)目往往有多個(gè)攔河閘壩同步實(shí)施，如何針對(duì)各個(gè)攔河閘壩結(jié)構(gòu)特點(diǎn)因地制宜地采取合適的施工導(dǎo)流方案，又能將各施工方案有機(jī)結(jié)合，是城市河道治理項(xiàng)目面臨的問(wèn)題。

1 工程概況

1.1 攔河閘壩工程概況

某城區(qū)河道生態(tài)治理項(xiàng)目位于湖北省，雋水河為該城區(qū)主要的行洪通道，而鐵柱港為雋水河的主要支流，通過(guò)新建攔河閘及生態(tài)堤岸來(lái)改善水系生態(tài)環(huán)境，提高城區(qū)防洪保障能力。該項(xiàng)目布置攔河閘壩3座，其中雋水河下游段布置鋼壩閘樞紐1座，鐵柱港上游段布置攔河閘2座，壩型分別為橡膠壩及重力式固定壩，具體見(jiàn)圖1。

圖1 攔河閘壩工程布置圖

1)雋水河鋼壩閘樞紐。位于雋水河下游河道樁號(hào)JSK1+084 m處，主要由鋼壩閘和電站廠房?jī)刹糠纸M成，主要功能是蓄水及發(fā)電。鋼壩閘樞紐壩軸線總長(zhǎng)206.84 m，其中鋼壩閘段長(zhǎng)168.62 m，電站廠房段長(zhǎng)38.22 m。鋼壩閘共布置3跨，單跨凈寬47.00 m，閘室擋水高度4.7 m。電站廠房為河床式廠房，3臺(tái)軸流定槳式機(jī)組并排布置，裝機(jī)容量為3×300 kW?；炷翝仓考s2.84萬(wàn)m3。

2)鐵柱港橡膠壩。位于鐵柱港上游河道樁號(hào)TZK3+609 m處，為充水式橡膠壩，壩軸線總長(zhǎng)90.0 m，由右側(cè)85.0 m長(zhǎng)橡膠壩段以及左側(cè)5.0 m長(zhǎng)放空閘段組成，橡膠壩段采用單跨布置，擋水高度3.7 m?；炷翝仓考s0.67萬(wàn)m3。

3)鐵柱港固定壩。位于鐵柱港上游河道樁號(hào)TZK3+125 m處，為重力式固定壩，壩體采用C30埋石混凝土現(xiàn)澆，壩軸線總長(zhǎng)125 m，分6個(gè)壩段，壩身?yè)跛叨?.0 m。混凝土澆筑量約0.67萬(wàn)m3。

1.2 施工期導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)通城水文站1959～2013年的徑流統(tǒng)計(jì)結(jié)果，流域水量最少的時(shí)段為10月～次年2月。徑流年內(nèi)分布不均，年徑流多集中在3～9月份，徑流量占全年的80.3%，枯水期10月～次年2月的徑流量?jī)H占全年的19.7%，流域徑流的年內(nèi)分配變化較大。

攔河閘壩施工選擇在枯水期進(jìn)行，由于本項(xiàng)目11月份才具備進(jìn)入施工準(zhǔn)備期的條件，綜合考慮攔河閘壩規(guī)模，將11月至次年3月作為第一個(gè)施工導(dǎo)流時(shí)段。導(dǎo)流建筑物均為5級(jí)，相應(yīng)土石類導(dǎo)流建筑物導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)在重現(xiàn)期5～10年一遇范圍選擇，考慮到攔河閘建筑物的重要性，且兩種標(biāo)準(zhǔn)流量差別不大(約19%)，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)采用施工期重現(xiàn)期10年一遇[1]。攔河閘導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及施工期的洪水成果見(jiàn)表1。

表1 攔河閘導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及11月～次年3月施工期的洪水成果表

2 施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)要點(diǎn)

鑒于本項(xiàng)目攔河閘壩類型各異，土建工程量及機(jī)電設(shè)備安裝要求相差大，且部分閘壩相距較近使得導(dǎo)流建筑物施工互有影響，設(shè)計(jì)在摸清各類閘壩施工特點(diǎn)基礎(chǔ)上，因地制宜地針對(duì)各閘壩地形地質(zhì)條件及導(dǎo)流方案相互關(guān)系進(jìn)行綜合分析，確定最佳的施工導(dǎo)流方案。其中，施工導(dǎo)流方式、導(dǎo)流建筑物布置、導(dǎo)流施工組織調(diào)度、圍堰結(jié)構(gòu)型式是施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，本文對(duì)以上要點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)明扼要地闡述和分析。

2.1 施工導(dǎo)流方式的確定

一般攔河閘壩施工導(dǎo)流傾向于采用一次攔斷河床圍堰導(dǎo)流方式，此方式有利于加快施工進(jìn)度，縮短工期[2]，對(duì)于本項(xiàng)目，此種導(dǎo)流方式需在基坑邊開(kāi)挖導(dǎo)流明渠，涉及河道沿岸的臨時(shí)征地。對(duì)于閘址處河寬較大，兩岸用地受限無(wú)法布置導(dǎo)流建筑物的情況則考慮采用河床內(nèi)分期圍堰導(dǎo)流。除閘址地形條件，施工工期需要及閘型特殊要求也是影響施工導(dǎo)流方式的關(guān)鍵因素，其分析表見(jiàn)表2。

表2 攔河閘導(dǎo)流方式關(guān)鍵影響因素分析表

2.2 導(dǎo)流建筑物布置

3座攔河閘壩的導(dǎo)流建筑物按河床內(nèi)分期圍堰導(dǎo)流及一次攔斷河床圍堰明渠導(dǎo)流兩種導(dǎo)流方式區(qū)分，分期圍堰導(dǎo)流建筑物布置要點(diǎn)是確定各施工期主體工程施工內(nèi)容及相應(yīng)導(dǎo)流圍堰的布置，而一次攔斷河床圍堰明渠導(dǎo)流建筑物要點(diǎn)是導(dǎo)流明渠斷面的確定，分別論述如下。

2.2.1 分期圍堰導(dǎo)流建筑物布置

影響分期圍堰導(dǎo)流建筑物布置的因素一般是多方面的，而關(guān)鍵因素為閘址河道地形條件及攔河閘壩布置，分期圍堰導(dǎo)流建筑物布置原則見(jiàn)表3。

表3 分期圍堰導(dǎo)流建筑物布置原則分析表

參照以上布置原則，對(duì)雋水河鋼壩閘樞紐及鐵柱港固定壩的導(dǎo)流布置進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

1)雋水河鋼壩閘樞紐。鋼壩閘樞紐兩期導(dǎo)流圍堰分別在連續(xù)的兩個(gè)枯水期。電站廠房位于河床右側(cè)，現(xiàn)狀河床左側(cè)為河槽，一期導(dǎo)流施工右岸鋼壩段1及電站廠房，利用左側(cè)河槽導(dǎo)流；二期導(dǎo)流施工左側(cè)鋼壩段1及鋼壩段2，二期縱向圍堰與一期已實(shí)施的3號(hào)啟閉機(jī)室閘墩連接，利用一期已施工完成的鋼壩段1進(jìn)行導(dǎo)流。鋼壩閘樞紐分期導(dǎo)流布置如圖2所示。

圖2 雋水河鋼壩閘樞紐分期導(dǎo)流布置圖

2)鐵柱港固定壩。鐵柱港固定壩在一個(gè)枯水期內(nèi)實(shí)施兩期導(dǎo)流圍堰?，F(xiàn)狀河床右側(cè)為淺灘，左側(cè)河槽，安排一期導(dǎo)流施工右側(cè)淺灘上的3個(gè)壩段，利用現(xiàn)狀左側(cè)河槽導(dǎo)流；二期導(dǎo)流施工左側(cè)3個(gè)壩段，利用一期已施工完成的3個(gè)壩段進(jìn)行導(dǎo)流，由于固定壩沒(méi)有閘墩，二期圍堰是跨過(guò)一期已實(shí)施壩段的。鐵柱港固定壩分期導(dǎo)流布置如圖3所示。

圖3 鐵柱港固定壩分期導(dǎo)流布置圖

2.2.2 一次攔斷河床圍堰明渠導(dǎo)流建筑物布置

明渠導(dǎo)流建筑物布置的要點(diǎn)是明渠斷面的確定，明渠斷面面積降低，相應(yīng)上游圍堰高度加高，明渠內(nèi)水流流速加大，需從造價(jià)、水流沖刷影響等方面分析。鐵柱港橡膠壩在一個(gè)枯水期內(nèi)實(shí)施，右岸導(dǎo)流明渠長(zhǎng)249.0 m，渠底高程與同上下游現(xiàn)狀河底，現(xiàn)狀右岸地面高程較高具備放坡開(kāi)挖的條件，渠底原狀土層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。開(kāi)挖明渠擬采用梯形斷面的型式，兩側(cè)邊坡坡比1∶2，在暫不考慮其他攔河閘壩施工導(dǎo)流影響的前提下，對(duì)渠寬10、15、20 m三種斷面方案進(jìn)行綜合比較，具體詳見(jiàn)表4。

表4 導(dǎo)流明渠斷面方案比較表

由表4可知，10 m渠寬方案造價(jià)最省，15 m渠寬方案造價(jià)次之，約超過(guò)方案一3.7%，20.0 m渠寬方案造價(jià)最高，超過(guò)方案一15.7%，從造價(jià)方面來(lái)看，方案一與方案二是接近的。由于過(guò)流面積的減少，方案一較方案二最大流速急劇增長(zhǎng)，超過(guò)一般巖層能承受的抗沖流速，考慮到導(dǎo)流明渠為臨時(shí)工程，洪水位以下岸坡采用袋裝砂進(jìn)行防護(hù)，而渠底為強(qiáng)風(fēng)化巖層維持原狀，從工程安全角度看，兩個(gè)方案中選取15.0 m底寬明渠方案更為合理，施工期如渠底遭洪水沖刷，可在洪水過(guò)后采用袋裝砂對(duì)沖坑進(jìn)行回填[3]。鐵柱港橡膠壩明渠導(dǎo)流布置如圖4所示。

圖4 鐵柱港橡膠壩明渠導(dǎo)流布置圖

2.3 攔河閘工程施工組織調(diào)度

攔河閘壩工程施工導(dǎo)流方案初步擬定后，對(duì)各座攔河閘壩施工之間關(guān)聯(lián)性進(jìn)行分析[4]，確定攔河閘壩工程的施工組織調(diào)度方案。該項(xiàng)目3座攔河閘壩中，雋水河鋼壩閘樞紐與其他2座攔河閘壩位于不同河道，且無(wú)上下游關(guān)系，施工互不干擾，可在兩個(gè)枯水期內(nèi)獨(dú)立進(jìn)行施工。對(duì)布置于鐵柱港上游的橡膠壩及固定壩，壩軸線之間相距484 m，而導(dǎo)流圍堰之間最小間距320 m，如果導(dǎo)流時(shí)段均定在第一個(gè)枯水期，下游固定壩導(dǎo)流圍堰的建設(shè)會(huì)束窄河床，從而抬高了上游橡膠壩壩址處的施工期設(shè)計(jì)水位，需加高橡膠壩上下游導(dǎo)流圍堰堰頂高程；如果將2座攔河閘壩施工導(dǎo)流時(shí)段安排在兩個(gè)枯水期，先行施工上游的橡膠壩，則可以避免以上問(wèn)題，有效降低圍堰規(guī)模，鐵柱港橡膠壩及固定壩施工時(shí)段分析見(jiàn)表5。

表5 鐵柱港橡膠壩及固定壩施工時(shí)段比較表

2.4 圍堰結(jié)構(gòu)型式

常見(jiàn)的圍堰型式有土石圍堰、混凝土圍堰及鋼板樁圍堰等，其中土石圍堰能充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，?duì)地基適應(yīng)性強(qiáng)，工藝簡(jiǎn)單，有條件情況下一般優(yōu)先采用[5]。土圍堰應(yīng)考慮其防滲性能，本工程場(chǎng)地周邊粘土土料豐富，且生態(tài)堤岸工程尚需粘土料筑堤，擬將臨時(shí)工程與該項(xiàng)目堤岸工程的土料進(jìn)行結(jié)合，3座攔河閘壩均利用粘土筑堰，堰型為粘土均質(zhì)堰，在施工導(dǎo)流完成后將土圍堰拆除，圍堰水上部分直接開(kāi)挖，水下部分可采用機(jī)械倒退法挖運(yùn)[6]，拆除的粘土料用作該項(xiàng)目堤岸工程的回填料。粘土均質(zhì)導(dǎo)流圍堰斷面圖見(jiàn)圖5。

圖5 粘土均質(zhì)導(dǎo)流圍堰斷面圖

導(dǎo)流圍堰堰頂寬取4.0 m，臨水側(cè)邊坡1∶2，基坑側(cè)邊坡1∶2.5，臨水側(cè)設(shè)0.6 m厚袋裝土以防沖刷。粘土圍堰堰身具有良好的防滲性，但3座圍堰建基面均有不超過(guò)1.5 m厚的礫砂層，下伏強(qiáng)風(fēng)化至中風(fēng)化花崗巖層，礫砂層為強(qiáng)透水層但埋深不大，在堰前設(shè)穿透礫砂層的粘土防滲槽，并在迎水側(cè)全坡面鋪設(shè)單層土工膜，粘土防滲槽可在河道低水位時(shí)段筑子堰進(jìn)行圍護(hù)施工。

3 結(jié) 語(yǔ)

1)大型河道治理項(xiàng)目中攔河閘閘型及數(shù)量多，各攔河閘施工導(dǎo)流方案應(yīng)綜合統(tǒng)籌制定，設(shè)計(jì)在摸清各類閘壩施工特點(diǎn)基礎(chǔ)上，因地制宜地針對(duì)各閘壩地形地質(zhì)條件及導(dǎo)流方案相互關(guān)系進(jìn)行綜合分析。抓住施工導(dǎo)流方式、導(dǎo)流建筑物布置、導(dǎo)流施工組織調(diào)度、圍堰結(jié)構(gòu)型式等設(shè)計(jì)要點(diǎn)，是解決復(fù)雜攔河閘壩工程施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2)分析多個(gè)攔河閘工程施工導(dǎo)流方案之間的關(guān)聯(lián)性，選定最優(yōu)的施工順序。合理的施工組織調(diào)度可在不延誤施工總工期的前提下降低施工導(dǎo)流建筑物工程量，節(jié)省成本。

3)攔河閘施工導(dǎo)流圍堰筑堰材料考慮與整個(gè)項(xiàng)目永久工程材料的結(jié)合，本項(xiàng)目中圍堰采用粘土料作為筑堰材料，在滿足堰身的防滲需要的同時(shí)，圍堰拆除后可再用作該生態(tài)堤岸工程的填料，合理的圍堰型式在提高圍堰安全性的同時(shí)在一定程度上節(jié)省了施工成本。