游埠樞紐工程圍堰結(jié)構優(yōu)化及效果分析

傅夏冰，金遠征，任海平

（1.浙江省金華市水利水電工程質(zhì)量與安全監(jiān)督站，321000，金華；2.中國水利水電第十二工程局有限公司，310000，杭州）

一、工程概述

衢江游埠樞紐工程位于錢塘江支流衢江下游段蘭溪市境內(nèi)，是錢塘江中上游衢江航運梯級開發(fā)規(guī)劃中的第5級，閘址以上集水面積10 919 km2，設計洪水50年一遇標準，最大下泄流量13 470 m3/s。工程以航運、發(fā)電為主，結(jié)合水環(huán)境改善和灌溉等綜合開發(fā)利用。主要建筑物船閘、24孔泄洪閘、電站廠房從左到右依次布置，電站裝機容量為4×4.0MW，多年平均發(fā)電量為6 475萬kWh。

樞紐閘址處河床寬約480 m，主河槽位于左岸，右岸為較開闊的漫灘，一般高出水面1.0～3.0 m，河床上部覆蓋層多為粉土，基巖巖質(zhì)為泥質(zhì)粉砂巖。

二、施工導流方案

衢江游埠樞紐工程總工期為40個月，由于電站廠房、船閘工程量大，工期任務緊，需全年同時施工。因此根據(jù)衢江汛期洪峰流量大的特性，設計采用三段式施工導流方案：非汛期右岸電站廠房、右側(cè)10孔泄洪閘及左岸船閘同時施工，由左側(cè)束窄河床（寬 120 m）導流；汛期 5年一遇洪水（相應洪峰流量為8 150 m3/s）標準以下，由左側(cè)束窄河床及右側(cè)10孔泄洪閘基坑（共計290 m）聯(lián)合導流；汛期5年一遇洪水標準以上，全河段過流。據(jù)此設計理念，施工期廠房、船閘圍堰的防洪標準為汛期5年一遇 （相應洪峰流量為8 150 m3/s），堰頂高程37.5 m，廠房圍堰前水位36.9 m；泄洪閘圍堰的防洪標準為非汛期5年一遇（相應洪峰流量為3 800 m3/s），堰頂高程35.2m，泄洪閘圍堰前水位34.6m，汛期圍堰頂降至高程32.8m，以利過流。

三、現(xiàn)狀及存在的問題

衢江游埠樞紐工程泄洪閘基坑圍堰按工期計劃非汛期擋水、汛期過流，設計推薦圍堰結(jié)構形式為頂寬4.0 m，迎水側(cè)邊坡 1∶2，基礎采用高噴防滲墻，堰身以砂礫石填筑，采用斜坡土工膜防滲，迎水面防滲墻平臺以下采用80 cm厚的拋石護腳，防滲墻平臺以上采用40 cm厚的塊石理砌。為滿足汛期過水要求，在防滲墻平臺以下及圍堰背水面采用混凝土護頂及護坡，同時在圍堰背水側(cè)堰腳以及圍堰堰身設置拋石和鋼筋籠填塊石等防沖措施對堰腳和堰身進行保護。泄洪閘圍堰設計堰體結(jié)構見圖1。

衢江游埠樞紐工程施工隊伍2014年9月進場后，發(fā)現(xiàn)按設計推薦圍堰結(jié)構施工存在較大問題：

①設計推薦砂礫石填筑外加混凝土面板過流保護的泄洪閘圍堰需填筑砂礫石16.8萬m3、防滲土工膜0.47 萬 m2、拋石護腳 1.01 萬 m3、高噴防滲墻0.52萬m2、混凝土澆筑0.49萬m3，圍堰概算造價約為1 400萬元。總體上結(jié)構復雜，施工工序多，經(jīng)濟性不足。

②實際施工現(xiàn)場砂礫石儲量與招標文件提供數(shù)據(jù)嚴重不符，因長期盜采，河床部分已基本無砂礫石，岸灘部分可開采的砂礫石有限，且主要留用做混凝土拌合骨料，圍堰填筑材料大部分需外購。

③施工現(xiàn)場進出道路建設受限于政策處理問題，短時間難以解決完成，大型運輸車輛通行依靠附近鄉(xiāng)村公路，周邊百姓多次阻攔，無法組織大規(guī)模、高強度外購填筑料運輸。

④設計泄洪閘圍堰使用期限包括兩個枯水期和一個汛期，汛期10孔泄洪閘停止施工，圍堰有堰頂過流的要求。因此泄洪閘主要施工時間為兩個枯水期，施工工期較短，按照施工組織設計及關鍵路線分析、進度計劃安排，泄洪閘應在2015年4月汛期開始前完成基坑開挖驗收、閘基及下游消力池基礎混凝土的澆筑等作業(yè)，以滿足汛期基坑過水的要求，該部分工作施工工期計劃需130個工作日。按照設計推薦的泄洪閘圍堰結(jié)構形式，防滲及防沖保護措施較為復雜，導致圍堰施工工期較長且難以壓縮，估算填筑工作施工工期為100個工作日，則需要的總工期為230個工作日，從2014年9月15日—2015年4月15日汛期前，扣除春節(jié)放假10天，有效施工時間不到200個工作日，遠少于圍堰加基坑的合計施工工期（230天）。若按照設計方案進行圍堰填筑，將影響基坑的大規(guī)模開挖及基坑內(nèi)基礎混凝土澆筑，導致無法按照預定計劃完成施工任務，基坑汛期過流形勢將十分嚴峻。

圖1 設計推薦圍堰結(jié)構斷面

圖2 調(diào)整優(yōu)化后的圍堰斷面

⑤河床及岸灘清理開挖的棄料多為泥質(zhì)粉砂巖，估算有19萬m3，除圍堰填筑外基本無其他可利用途徑，棄料臨時堆放及外運既占用施工場地又增加工程造價，需妥善解決。

綜上所述，設計推薦的泄洪閘圍堰方案在工程進度、工程投資、現(xiàn)場施工組織方面都存在一定問題，因此對圍堰結(jié)構形式進行優(yōu)化設計勢在必行。

四、圍堰結(jié)構優(yōu)化及實施過程

1.圍堰結(jié)構優(yōu)化

綜合導流方案、施工要求及現(xiàn)場實際情況，游埠樞紐工程圍堰實施方案應滿足以下條件：①圍堰筑堰材料應盡量采用閘址區(qū)現(xiàn)有材料；②堰型、堰體結(jié)構設計要滿足快速施工要求；③圍堰的防滲、穩(wěn)定、抗沖刷、堰體過流結(jié)構要求可靠、可控；④圍堰的堰型、堰體結(jié)構設計應充分考慮方便汛后恢復擋水防滲功能；⑤圍堰布置滿足基坑建筑物基礎開挖、施工機械及施工道路布置要求。

具體調(diào)整思路如下：經(jīng)多方案比較后決定拆分圍堰擋水、過流功能，先利用閘基開挖料進行土石圍堰的施工，高程達到非汛期擋水的要求（35.2 m）后，在擋水圍堰后進行過流圍堰的施工，并同時進行基坑開挖作業(yè)，解決工程需要圍堰快速形成、基坑盡早開挖的難題。通過調(diào)整圍堰結(jié)構，改變圍堰對筑堰材料要求的方法，達到就近使用閘址區(qū)現(xiàn)有當?shù)夭牧系哪康摹ｉl址區(qū)地表覆蓋有豐富的粉質(zhì)黏土，試驗滲透系數(shù) 1.2×10-4cm/s，適宜作為堰體的防滲材料。閘址區(qū)基巖為泥質(zhì)砂巖，其開挖料適宜作為堰體填筑材料。

調(diào)整后的圍堰方案為：原砂礫石堰體、混凝土高噴防滲結(jié)構變更為泥質(zhì)砂巖堰體、粉質(zhì)黏土心墻防滲結(jié)構。原拋石、鋼筋籠填塊石護坡，堰頂包覆混凝土層過流圍堰結(jié)構形式，變更為采用CSG貧膠渣礫料碾壓混凝土重力擋墻結(jié)構形式，過流圍堰堰高5.3 m，堰頂寬度2.5 m。為了減少洪水過流初期對基坑的沖刷影響，在上下游各預留一個充水口，洪水結(jié)束后通過充水口排水，減少基坑抽排水量，加快基坑復工速度。調(diào)整后的圍堰結(jié)構斷面示意圖見圖2。

CSG貧膠渣礫料碾壓混凝土主要設計指標：渣礫料采用岸灘開挖的砂礫料，每方混凝土摻加P.O42.5水泥和Ⅱ級粉煤灰各50 kg，水灰比1.0，容重按照不小于2 200 kg/m3控制，振動壓實指標VC值按照5S控制，施工分層不大于40 cm。

2.施工過程

2014年9月中旬，圍堰開始填筑。施工時對河道基礎進行清理后，先填筑粉質(zhì)黏土心墻，閉氣抽水后開挖泥質(zhì)砂巖料填筑堰體。填筑初期發(fā)現(xiàn)粉質(zhì)黏土在水中浸泡后，工作面濕陷泥濘，施工車輛無法通行。為了加快圍堰進占速度，局部調(diào)整了施工方案，先利用場內(nèi)建筑棄料、廢棄砂礫石、開挖基巖料填筑一條簡易施工道路后，再填筑粉質(zhì)黏土心墻?；鶐r料開挖充分利用河道水流不深、表層風化基巖料可以采用大功率挖掘機開挖的特性，快速鏟挖后就近堆放形成簡易施工道路。

至10月4日，初期基坑封閉并完成閉氣，開始基坑初期排水?；优潘瓿珊箝_始大規(guī)?；娱_挖，基坑開挖基巖料就近上堰形成堰體，粉質(zhì)黏土及時跟進，至10月30日擋水圍堰全部形成。

CSG貧膠渣礫料碾壓混凝土過流圍堰于11月9日開始施工，受現(xiàn)場施工布置影響，過流圍堰分階段形成，至2015年2月14日全部完成。2015年3月1日，一期基坑內(nèi)的預設施工任務已經(jīng)全部完成。

五、效果分析

1.防滲效果分析

從整個泄洪閘擋水圍堰的使用過程來看，圍堰基坑內(nèi)沒有可見滲水點。圍堰的施工質(zhì)量良好，粉質(zhì)黏土心墻防滲效果良好。

2.進度分析

因采用防滲材料直接填筑堰體，取消高耗時的高噴防滲結(jié)構，圍堰從9月14日開始填筑到10月30日擋水圍堰完成僅用時45日，比招標投標階段計劃的100日節(jié)約有效工期55日，為下一步基坑開挖、泄洪閘基礎混凝土澆筑提供了較為充足的施工時間，確保在汛期前完成基坑內(nèi)預設施工任務。

表1 圍堰經(jīng)濟性分析表

3.經(jīng)濟性分析

圍堰料采用壩址區(qū)現(xiàn)有當?shù)夭牧希?jié)約了施工成本；取消高成本的高噴防滲墻，簡化過流防護結(jié)構，縮短了施工時間，降低了施工造價。根據(jù)施工成本動態(tài)控制管理，綜合比較實際值與計劃值，整體圍堰施工成本降低約30%，節(jié)約成本近330萬元，具體指標見表1。

4.現(xiàn)場施工組織

由于開挖料能就近上壩筑堰，施工機械能全面鋪開，利于現(xiàn)場施工組織，便于快速施工。2015年3月1日一期基坑內(nèi)的預設施工任務全部完成，擋水圍堰上部開始拆除，土料又可就近翻運用于廠房圍堰加高及廠房縱向圍堰填筑，大大提高了現(xiàn)場開挖料的重復利用。

5.過流效果分析

CSG貧膠渣礫料碾壓混凝土為重力式結(jié)構，汛期過流安全可控，因已在汛期前完成擋水土石圍堰的降高工作，加上洪水前基坑內(nèi)及時預充水保護，過流后基坑內(nèi)清理工作也較為簡單。

六、結(jié) 論

衢江游埠樞紐項目在施工條件變化的情況下，能夠因時、因地制宜選擇合適的圍堰堰型，創(chuàng)新性采取獨立的圍堰擋水、過流結(jié)構，便于簡潔、有效、快速施工，實現(xiàn)了全部筑堰材料取自閘址區(qū)當?shù)夭牧稀⑷∠叱杀靖吆臅r的高噴防滲墻結(jié)構、節(jié)約巨大的施工成本、縮短兩個半月工期的良好效果，為第一個枯水期項目順利施工打下了堅實基礎。

本工程位于浙中丘陵盆地中部低山平原地區(qū)，目前國內(nèi)在類似地區(qū)、類似條件下修建的和潛在修建的類似水利、航運項目眾多。工程采取的圍堰實施方案可以給同類工程提供有益借鑒。