陳志闊（上海建工一建集團(tuán)有限公司，上海 200120）

本工程位于都江堰金馬河城我河段，河床砂卵石豐富，且枯水期水位較低，故采用土石圍堰較為合理。土石圍堰在現(xiàn)代水利工程施工中較為常用，它能充分利用當(dāng)?shù)夭牧希瑢?duì)基礎(chǔ)適應(yīng)性強(qiáng)，施工工藝簡(jiǎn)單[1]。但對(duì)于不同的河流而言，其施工的內(nèi)容及方法卻不盡相同，本工程的二期導(dǎo)流及圍堰施工及優(yōu)化為以后相似工程施工提供了借鑒。

1 工程概況

攔河閘工程導(dǎo)流建筑物的級(jí)別為 4 級(jí)。堤防工程導(dǎo)流建筑物的級(jí)別為 5 級(jí)。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選擇 11—4 月 5 a 一遇洪水。攔河閘工程施工圍堰分兩期工程，一期工程在左岸河灘部分修筑上、下游及縱向土石圍堰，形成左岸施工基坑，進(jìn)行攔河閘施工，由束窄后的 河床過流。汛期利用已建攔河閘和右岸河床過流。二期工程利用已建混凝土縱向圍堰，在右岸河灘部分修建上、下游橫向土石圍堰，形成右岸施工基坑，進(jìn)行攔河閘施工，利用已建成的攔河閘過流。

攔河閘工程二期上、下游圍堰軸線長(zhǎng)度分別為 199.0 m 和197.0 m，堰頂高程分別為 693.8 m 和 691.8 m，最大高度約 5.0 m，頂寬均為 5.0 m，迎、背水側(cè)邊坡均為 1.0∶2.0，堰體填料為砂卵石料?？v向圍堰與攔河閘混凝土導(dǎo)墻結(jié) 合，并向上、下游延伸?；炷量v向圍堰全長(zhǎng) 193.0 m，共分為2 段，上縱段長(zhǎng) 73.0 m， 下縱段長(zhǎng) 120.0 m。上、下縱段堰頂高程分別為 697.5 m 和 692.0 m，底高程 683.5 m。在一期土石圍堰保護(hù)下施工。二期圍堰平面圖如圖 1 所示。

圖1 二期圍堰平面圖

2 施工導(dǎo)流及圍堰的主要內(nèi)容

2.1 施工截流

2.1.1 導(dǎo)流、截留方式選擇

樞紐工程主要建筑物為攔河閘，閘址處河床寬淺，河道中部為江心洲，兩側(cè)為主河槽，河道兩岸為堤防。右岸房屋較少，左岸房屋較多。導(dǎo)流方式研究中，曾研究過一次斷流，右岸開設(shè)明渠的導(dǎo)流方式，因?qū)Я髅髑こ塘亢筒疬w量太大，放棄明渠導(dǎo)流方式，重點(diǎn)研究采用分期導(dǎo)流方案。都江堰市降水年內(nèi)分配極為不均，雨量集中在 6—9 月，這四個(gè)月的雨量約占年降雨量的 70.2 %。通過分析比較 11—4 月及 10—5 月兩個(gè)時(shí)段，圍堰工程量相差不大，因主體工程量較大，為盡量延長(zhǎng)攔河閘施工時(shí)段，采用 10—5 月圍堰擋水施工，前期通過束窄河床、后期通過已建攔河閘導(dǎo)流的分期導(dǎo)流方式

綜合考慮河道流量、橫向?qū)挾却笮?、施工便捷性及?jīng)濟(jì)可行性等因素，由于立堵法截流無需架設(shè)浮橋或棧橋，簡(jiǎn)化了截流準(zhǔn)備工作，因而贏得了時(shí)間，節(jié)約了投資，因此本工程優(yōu)先采用立堵截流的方法施工。

2.1.2 截流水力計(jì)算

截流水力計(jì)算是不穩(wěn)定流，因來流變化較小，可近似按穩(wěn)定流計(jì)算，在截流過程中，分流量、龍口流量、龍口寬度和形狀是變化的。

截流水力計(jì)算內(nèi)容，包括截流過程中立堵預(yù)進(jìn)占的龍口水力特性(流速、水位變化)合龍過程中隨著龍口寬度及戧堤高度的變化，上、下游水位落差，泄水建筑物的分流量、龍口泄流量、龍口單寬流量、單寬功率及龍口流速的變化。

（1）截流設(shè)計(jì)流量。在截流過程中，河道來流量，也就是截流設(shè)計(jì)流量，將分別經(jīng)由龍口、5 孔攔河閘及戧堤的滲漏下泄，并有一部分?jǐn)r蓄在閘前河道中。截流過程中，因庫(kù)容不大，攔蓄在河道中的水量可以忽略不計(jì)，由于立堵截流，可忽略經(jīng)由戧堤滲漏的水量。

故截流時(shí)的水量平衡方程如式（1）所示，

式中：Q0—截流設(shè)計(jì)流量，m3/s；

Q1—分水建筑物的泄流量，m3/s；

Q2—龍口的泄流量，m3/s；

Q3—上游河槽中的調(diào)蓄流量，m3/s；

Q4—戧堤滲透流量，m3/s。

當(dāng)Q3＋Q4不計(jì)算，Q0=Q1＋Q2。

由于《初步設(shè)計(jì)報(bào)告》資料已算出截流設(shè)計(jì)流量，則Q0選取 112 m3/s。

（2）戧堤預(yù)進(jìn)占階段水力計(jì)算和預(yù)留龍口寬度確定。①戧堤預(yù)進(jìn)占階段水力計(jì)算。

戧堤預(yù)進(jìn)占階段是指形成龍口前的進(jìn)占階段,即對(duì)應(yīng)于分流建筑物過水前的進(jìn)占階段。其水力計(jì)算按河床窄束計(jì)算。②預(yù)留龍口寬度確定。一般要求龍口流速 ≤2.5～3.5 m/s，水面比降 ≤3‰，水深 ≥2～3 m，初步設(shè)計(jì)可估算龍口流速。當(dāng)龍口寬度較小時(shí)（＜50 m 時(shí)）龍口最大流速可取1.2～1.3 倍龍口平均流速。

2.1.3 立堵截流水力計(jì)算

龍口泄流水力計(jì)算，為無坎寬頂堰泄流，按堰流計(jì)算。不考慮截流水力其他因素。

由于一期左岸上游橫向圍堰未完全拆除，經(jīng)實(shí)測(cè)高程為691.0 m，在二期橫向圍堰填筑前一期左岸上游橫向殘余圍堰拆除至 690.0 m 高程，確保左岸 5 孔閘正常分流，減小二期截流施工難度。

（1）龍口流速計(jì)算。當(dāng)上游水面與一期殘余圍堰頂同一高程時(shí)，上游水面高程為 690.00 m，即水深為 1.0 m。根據(jù)此來計(jì)算出此時(shí)龍口寬度，如式（2）所示。

式中：ε—側(cè)向收縮系數(shù)，此時(shí)下游水位未影響出流取 1.0；

σS—淹沒系數(shù)，取 0.84；

m—流量系數(shù)取 0.35；

H—水深取 1.0 m。計(jì)算出龍口寬度B=90 m，反算流速V=1.25 m/s。當(dāng)二期圍堰繼續(xù)填筑時(shí)，若上游水面高程為 690.50 m，即水深為 1.5 m。根據(jù)式（2）來計(jì)算出此時(shí)龍口寬度。

一期上游橫向殘余圍堰長(zhǎng)約 148.5 m，圍堰堰上水深H=0.5 m。計(jì)算出一期橫向殘余圍堰堰上流量Q1=32.23 m3/s，故Q2=Q-Q1=112-32.23=79.77 m3/s。

計(jì)算出龍口寬度B=33.5 m，反算流速V=1.6 m/s。

同理，根據(jù)上述堰流公式，經(jīng)水力學(xué)計(jì)算如表 1 所示。

表1 截流水力計(jì)算結(jié)果

由表 1 可知，上游水深 H=2.15 m 時(shí)，二期過流為 0 ，所有流量均從一期橫向殘余圍堰過流，最大流速 1.86 m/s。

（2）龍口寬度與流量關(guān)系曲線如圖 2 所示。

圖2 龍口寬度與流量關(guān)系曲線

2.1.4 截流材料的選擇、尺寸和數(shù)量

截流材料的選擇：一般立堵截流的護(hù)底長(zhǎng)度與龍口水躍特性有關(guān)，軸線下游護(hù)底長(zhǎng)度可按水深的 3～4 倍取值，軸線以上可按最大水深的兩倍取值。龍口護(hù)底是一種保護(hù)覆蓋層免受沖刷，降低截流難度，提高拋投料穩(wěn)定性及防止戧堤端部坍塌的行之有效的措施。

本次截流龍口形成于上游橫向圍堰與左隔墻交接段，由于右岸主河槽砂卵石堆積成層較穩(wěn)定，且一期工程度汛前，已按設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谏嫌巫蟾魤τ覀?cè)底部設(shè)置 8.5 m 寬度鉛絲石籠防護(hù)，可不考慮預(yù)拋?zhàn)o(hù)底。

設(shè)計(jì)要求拋填體為混凝土四面體，但由于四面體需要預(yù)制，需要大面積場(chǎng)地，且混凝土養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性較差，并不適合本工程。鑒于金馬河河床砂卵石豐富，決定改為同等體積的鉛絲石籠（規(guī)格 2 m×1 m×1 m）為拋填材料。其經(jīng)過鋼筋加工場(chǎng)焊接，在拋填位置附近裝填卵石后就可進(jìn)行拋填，既經(jīng)濟(jì)又高效，為最佳方案選擇。

截流材料的尺寸：按上述龍口水力學(xué)計(jì)算最不利流速考慮，即龍口寬 2 m左右時(shí)，截流材料的尺寸取決于龍口的流速。拋投材料的抗沖流速，根據(jù)茲巴什公式，其計(jì)算公式為:

式中：d—石塊化引為球狀的當(dāng)量粒徑，m；

rs—石塊密度，一般石塊 = 2.25 t/m3；

r—水的密度，取 1.0 t/m3；

g—重力加速度 9.8 m/s2；

k—穩(wěn)定系數(shù)，取 K=1.0；

v—計(jì)算流速，通常計(jì)算流速可取龍口平均流速；

V=1.86×1.3=2.42m/s。

公式中求出d應(yīng)乘以 1.2～1.5 安全系數(shù)。

經(jīng)公式計(jì)算得出：d=0.24 m，1.5 d≈0.36 m。

龍口寬 2 m 左右時(shí)，為最不利流速，可考慮將拋投體 2個(gè)串聯(lián)起來拋投，以滿足龍口流速 2.42 m/s 情況。

截流材料數(shù)量：立堵截流時(shí)，最大粒徑材料數(shù)量，按困難我段拋投總量的1/3計(jì)算。在實(shí)際工程使用特殊材料數(shù)量，約占合龍段總工程量的 10%～30%，一般15%～20%，不利條件可達(dá) 30%，若按最終合龍段統(tǒng)計(jì)，特殊材料所占比例約為60%。

二期截流戧堤總拋填量：V=15.0×7.9×(5.0 ＋36.6)/2=328.64 m3

最大粒徑拋填量約 110.0 m3，按每個(gè)混凝土立方體為1.0 m3計(jì)，則需預(yù)制 82 個(gè)單列體。

采用鋼筋石籠（規(guī)格 2 m×1 m×1 m）作為拋填體，拋填體折算為鋼筋石籠，需 55 個(gè)。當(dāng)水力條件十分不利時(shí)，可將兩個(gè)鋼筋石籠串連拋投，同時(shí)考慮拋投時(shí)鋼筋石籠的損壞及富余系數(shù) 1.5，則鋼筋石籠 1.5×55≈83 個(gè)。

2.1.5 截流填筑

二期圍堰龍口位置設(shè)于右岸上游橫向圍堰與左隔墻交接段，預(yù)留龍口寬度約 33.5 m。

戧堤施工過程中，首先用挖掘機(jī)把底部松散的砂卵石清理至較為密實(shí)處，堰體基底面低于原河床流水面 1.0 m 以下。戧堤由右向左單向立堵法進(jìn)占，上游水深約為 2.15 m，戧堤高程按照 692.0 m 控制（即厚度 3.0 m），利用橫向圍堰右端的施工道路將圍堰填筑所需的砂卵石料運(yùn)至岸邊從右向左進(jìn)占填筑。戧堤高出水面后，再由 D120 推土機(jī)攤鋪，13.5 t 振動(dòng)碾壓實(shí)。

合龍時(shí)，隨著龍口束窄，流速增大，先用大塊石至龍口位置平行拋投，預(yù)抬龍口高程，當(dāng)左岸已建 5 孔閘與龍口共同泄流時(shí)，再用自卸汽車背運(yùn)大粒徑塊石向上游作挑角拋投，超前進(jìn)占，同時(shí)在過水?dāng)嗝孀鞴^逐漸推進(jìn)，再用推土機(jī)和挖掘機(jī)將備好的直徑 ＞0.36 m 的大塊石、鋼筋石籠（2 m×1 m×1 m）集中拋投，增大投拋料的穩(wěn)定性，減少塊料流失，加大截流施工強(qiáng)度，加快施工速度，直至合龍成功。

2.1.6 截流閉氣

截流完成后，一般采用設(shè)置反濾層的鋪設(shè)方法進(jìn)行閉氣施工，在戧堤迎水面拋投級(jí)配砂卵石，然后再在砂卵石層上面拋填較細(xì)的砂或粘土，直至基本堵死滲透為止。在拋投料物時(shí)，使之各拋填物穩(wěn)定、均勻。

二期上下游橫向圍堰采用水平防滲方式，即在堰體上游坡及堰前鋪設(shè)復(fù)合土工膜，復(fù)合土工膜水平延伸 15 m。

在上下游橫向圍堰與左隔墻交接處，復(fù)合土工膜按設(shè)計(jì)圖紙鋪設(shè)并翻邊至左隔墻垂直面 0.3 m 高，采用 50 mm×50 mm 角鋼，用 φ 6 mm 膨脹螺栓固定于墻面，保證其防滲效果。

下游圍堰截流合龍后，上下游即進(jìn)行圍堰加高、加寬至設(shè)計(jì)高程。

2.2 圍堰填筑及防滲施工

2.2.1 圍堰填筑

二期橫向圍堰采用砂卵石填筑，下游橫向圍堰滯后于上游圍堰施工。填筑砂卵石擬采用4 臺(tái) 1.6 m3液壓反鏟挖機(jī)裝車，12～16 臺(tái) 12 t 自卸汽車運(yùn)至上、下游圍堰填筑我，D120 推土機(jī)沿橫向圍堰設(shè)計(jì)軸線向水中推料進(jìn)占，由推土機(jī)平場(chǎng)，13.5 t 振動(dòng)碾根據(jù)一期通過試驗(yàn)確定的碾壓參數(shù)分層壓實(shí) 8 遍?，F(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)結(jié)論參數(shù)如表 2 所示。

表2 現(xiàn)場(chǎng)碾壓試驗(yàn)結(jié)論參數(shù)表

2.2.2 復(fù)合土工膜防滲施工

復(fù)合土工膜施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→河道平整→下墊層鋪填→復(fù)合土工膜鋪設(shè)→復(fù)合土工膜拼接→質(zhì)量檢驗(yàn)→上墊層鋪填→鉛絲籠卵石鋪填→驗(yàn)收。

（1）復(fù)合土工膜的選擇。復(fù)合土工膜采用兩布一膜，設(shè)計(jì)要求膜厚 ≥0.5 mm，土工布規(guī)格為 250 g/m2，但經(jīng)過一期圍堰試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)施工效果反映，規(guī)格為 250 g/m2的土工布其拉伸斷裂強(qiáng)度（設(shè)計(jì)要求 ≥20 kN/m）及抗穿刺能力較弱，現(xiàn)場(chǎng)鋪貼質(zhì)量合格率較低，容易造成返工現(xiàn)象，對(duì)枯水期有限的水利工程極為不利，后經(jīng)過多規(guī)格品種的土工布現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，決定采用 1 200 g/m3 的土工布為最佳方案。

（2）復(fù)合土工膜的鋪設(shè)及拼接。沿垂直于圍堰軸線方向水平滾鋪，鋪設(shè)應(yīng)在干燥暖和天氣進(jìn)行，并盡量保證鋪設(shè)工作面干地施工。為了便于拼接，防止應(yīng)力集中，復(fù)合土工膜鋪設(shè)采用波浪形松馳方式，富余度約為 1.5%，攤開后及時(shí)拉平、拉開，要求復(fù)合土工膜與坡面吻合平整，無突起褶皺。施工人員應(yīng)穿平底布鞋或軟膠鞋，嚴(yán)禁穿釘鞋，以免踩壞土工膜；施工時(shí)如發(fā)現(xiàn)土工膜損壞，應(yīng)及時(shí)修補(bǔ)。

焊接采用熱熔焊法施工，拼接包括土工布的縫接、土工膜的焊接，為了確保焊接質(zhì)量，由專業(yè)技術(shù)人員采用土工膜專用焊接設(shè)備進(jìn)行。

（3）上下墊層及鉛絲籠卵石鋪填。①上下砂墊層施工。在復(fù)合土工膜下方先均勻鋪填 20 cm 砂墊層，人工鋪設(shè)方格網(wǎng)控制標(biāo)高進(jìn)行找平、拍實(shí)后，再進(jìn)行復(fù)合土工膜的鋪設(shè)。最后在復(fù)合土工膜上人工均勻鋪填 20 cm 砂墊層并找平拍實(shí)。②50～100 cm 鉛絲石籠施工。在上游橫向圍堰水平段、末端鋪設(shè) 50 cm 厚的鉛絲石籠，在上、下游圍堰與隔墻接合加強(qiáng)段處采用 150 cm 厚鉛絲石籠過渡的方式處理。

鉛絲石籠填充物采用卵石，粒徑范圍為150 mm≤D≤300 mm，應(yīng)級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、遇水不易崩解和水解、抗風(fēng)化。卵石料在上、下游河灘地進(jìn)行人工揀選。將鉛絲籠按照要求，順坡堆砌好，人工向鉛絲籠內(nèi)填石料，直至鉛絲籠內(nèi)的石料填滿后，進(jìn)行鉛絲籠的封蓋。

3 施工結(jié)果檢驗(yàn)

設(shè)計(jì)要求圍堰堰身相對(duì)密度 ＜0.60，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，平均相對(duì)密度為 0.70，滿足設(shè)計(jì)要求。按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)其滲水量按照圍堰 10—5 月 10 a 一遇最高水位時(shí)，二期基坑滲漏量應(yīng)＜7 800 m3/d，二期圍堰施工完成后，現(xiàn)場(chǎng)基坑滲流量為4 800 m3/d，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 語

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，越來越多中小型水利工程在西部涌現(xiàn)。雖然圍堰作為水利工程中的臨時(shí)工程，但卻又是最為重要的工程之一，圍堰施工質(zhì)量的好壞直接影響了整個(gè)工程施工的安全性。本工程處于砂卵石豐富河床上，通過就地取材的方式，大大提高了施工導(dǎo)流及圍堰的經(jīng)濟(jì)性。并通過對(duì)相關(guān)材料的優(yōu)化選擇，水力、龍口的安全計(jì)算，大大減小了整個(gè)工程的危險(xiǎn)性，其中相關(guān)的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)可為其他同類工程提供參考。