18涌東閘橋重建工程施工導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)分析

馬農(nóng)樂(lè)

（上海東南工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司，上海 200434）

18涌東閘橋重建工程施工導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)分析

馬農(nóng)樂(lè)

（上海東南工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司，上海 200434）

結(jié)合廣東省南沙區(qū)18涌東閘橋拆除重建工程地質(zhì)條件及農(nóng)漁業(yè)要求，對(duì)老閘拆除重建施工導(dǎo)流方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。目前18涌東閘橋工程已經(jīng)建設(shè)完成，實(shí)踐證明：該方案提高了內(nèi)涌換水的保證率，確保了工程順利施工及施工期河涌?jī)蓚?cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖及蓮藕塘種植水體鹽度要求。

施工導(dǎo)流；導(dǎo)流建筑物；流量分析；水體交換

在江河上建造水利水電工程往往需要修筑圍堰擋水，利用導(dǎo)流泄水建筑物過(guò)流，創(chuàng)造干地施工條件。本文結(jié)合廣東省南沙區(qū)18涌東閘橋拆除重建工程施工導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)實(shí)例，在對(duì)工程建設(shè)條件進(jìn)行深入分析，充分考慮18涌東閘橋施工期間河涌?jī)蓚?cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖及蓮藕塘種植水體交換鹽度要求，提出技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理的施工導(dǎo)流方案。

1 工程概況

18涌東閘橋工程隸屬于南沙區(qū)萬(wàn)頃沙聯(lián)圍，該區(qū)內(nèi)全部是人工圍墾河網(wǎng)平原。東北接蕉門(mén)水道出海，西南匯入洪奇瀝水道，圍內(nèi)集水面積120.59km2，河涌共39條，相互連通，總長(zhǎng)159.3km。其中1～21涌呈東西走向，兩端均有水閘控制。本工程位于南沙區(qū)萬(wàn)頃沙聯(lián)圩境內(nèi)18涌東涌口，距離河口120m左右。18涌東閘橋?yàn)?孔拱橋，閘室布置在閘橋中孔，閘室為單孔，凈寬16m，閘室長(zhǎng)26m，為鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)。閘室兩側(cè)分別為兩孔連接拱橋，凈跨分別為15m和14m。閘橋兩側(cè)與現(xiàn)有堤防直接相連。

2 工程地質(zhì)條件

工程場(chǎng)地屬于珠江三角洲沖積平原地貌單元江河出海口地帶，區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，河涌較多。閘址右岸為直立式漿砌石護(hù)岸，左岸為新建直立式混凝土護(hù)岸，堤防內(nèi)側(cè)為濕地公園、農(nóng)田和候鳥(niǎo)保護(hù)區(qū)。根據(jù)鉆孔揭露，本工程場(chǎng)地土層從上至下地層可分為6個(gè)主要層次：①層填土；②層淤泥；③1層粉質(zhì)粘土；③1夾層中砂；③2中細(xì)砂；③3層粉質(zhì)粘土；④層含礫中粗砂；⑤層砂卵礫石。主要土層物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表

3 施工導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)

3.1 導(dǎo)流工程的必要性

新建18涌東閘橋施工須在外江、內(nèi)涌側(cè)修建圍堰，攔斷河涌，確?；痈傻厥┕l件，圍堰阻礙原有河涌水體交換。雖然已建18涌西閘能滿(mǎn)足東閘橋施工期間涌?jī)?nèi)水體交換流量要求，但是由于18涌東西兩端鹽度有所不同，且內(nèi)涌換水是否及時(shí)將影響到東閘橋附近兩側(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖及蓮藕塘種植的鹽度要求。為提高18涌換水的保證率，充分保證工程施工期間附近的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全，在18涌東閘施工過(guò)程中，還需設(shè)置導(dǎo)流泄水建筑物進(jìn)行涌?jī)?nèi)水體交換。

3.2 導(dǎo)流建筑物的確定

工程區(qū)兩側(cè)分布有大量農(nóng)田，主要以魚(yú)塘、藕塘為主，無(wú)論魚(yú)塘或是藕塘都需要定時(shí)與內(nèi)涌換水，而且漁業(yè)用水還需要一定的咸度，基于此最終決定采用臨時(shí)穿堤閘加明渠的施工導(dǎo)流方案。在18涌東北側(cè)距內(nèi)涌堤堤腳約12m位置平行內(nèi)涌堤方向開(kāi)挖明渠，為滿(mǎn)足內(nèi)涌側(cè)堤頂交通要求，內(nèi)涌側(cè)修建臨時(shí)穿堤箱涵連通內(nèi)涌，外江側(cè)修建臨時(shí)穿堤閘與外江連通，最后通過(guò)已建18涌西閘及穿堤臨時(shí)閘聯(lián)合調(diào)度控制內(nèi)涌、魚(yú)塘、藕田水位。

本方案中，外江側(cè)通過(guò)臨時(shí)穿堤閘來(lái)控制內(nèi)外江水位，方便、靈活；內(nèi)涌側(cè)通過(guò)箱涵連接，可滿(mǎn)足上部交通要求；通過(guò)明渠進(jìn)行導(dǎo)流換水，較大的過(guò)水?dāng)嗝婵商峁┳銐虻膿Q水量，另外明渠過(guò)流便于魚(yú)塘、藕塘與內(nèi)外涌水體交換、保證魚(yú)塘用水的鹽度要求。

3.3 施工導(dǎo)流流量分析計(jì)算

3.3.1 鹽度分析

對(duì)表2鹽度測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，同一時(shí)段內(nèi)，18涌東側(cè)鹽度略高于18涌西側(cè)。

表2 18涌鹽度測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比表 ％

3.3.2 河涌換水計(jì)算

根據(jù)水閘日常管理慣例，無(wú)天文大潮時(shí)，河涌?jī)蓚?cè)閘門(mén)常開(kāi)，從常遇型潮位過(guò)程線（見(jiàn)圖1）可知：每天潮位在-0.69～0.63m之間變化，對(duì)照表3河涌水位容積關(guān)系，18涌在一個(gè)漲潮歷時(shí)之內(nèi)可實(shí)現(xiàn)換水約73.61萬(wàn)m3。

表3 河涌水位與容積關(guān)系

18涌東閘橋開(kāi)始建設(shè)的同時(shí)，18涌西閘已經(jīng)建設(shè)完成并可投入使用，西水閘凈寬在16m設(shè)計(jì)孔口寬度下，上下游水頭差為0.1m時(shí)，過(guò)閘流量可達(dá)83.6m3/s，在1天兩個(gè)漲潮歷時(shí)10h之內(nèi)，以西閘設(shè)計(jì)流量均勻可換水300萬(wàn)m3，遠(yuǎn)大于整個(gè)18涌需換水量73.61萬(wàn)m3，僅靠西閘便可實(shí)現(xiàn)全涌換水，換水率可達(dá)100％，但是考慮到18涌東西兩端鹽度有所不同，且內(nèi)涌換水是否及時(shí)將影響到河涌?jī)蓚?cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖及蓮藕塘種植。為保證18涌換水的鹽度要求，在18涌東閘橋施工過(guò)程中，需另擬建導(dǎo)流明渠節(jié)制閘進(jìn)行換水，設(shè)計(jì)導(dǎo)流流量為15.35m3/s。

圖1 常遇型潮型潮位過(guò)程圖

3.4 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)與布置

3.4.1 導(dǎo)流泄水建筑物布置

（1）臨時(shí)穿堤閘設(shè)計(jì)

臨時(shí)穿堤閘設(shè)計(jì)流量為15.35m3/s，閘室為單孔，凈寬3.00m，閘室長(zhǎng)5.00m，閘室采用整體混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，閘底板高程為-1.50m，閘頂高程4.50m，在閘室兩側(cè)分別設(shè)計(jì)1.50m寬的截水板，閘進(jìn)出水口均設(shè)置5m拋石防沖帶。水閘外江側(cè)、內(nèi)涌側(cè)均設(shè)懸臂式漿砌塊石八字翼墻保護(hù)外江堤水閘口處堤腳，翼墻基礎(chǔ)采用木樁加拋石擠淤處理。為減小起吊重量，降低起吊設(shè)備投資，閘門(mén)設(shè)計(jì)采用疊梁閘門(mén)，簡(jiǎn)易啟閉機(jī)進(jìn)行起吊。

（2）臨時(shí)穿堤箱涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)流明渠現(xiàn)狀灘地高程為-1.5m，臨時(shí)穿堤箱涵底板高程也確定為-1.5m，箱涵長(zhǎng)為9.70m，寬4.00m，高3m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，箱涵底板、邊墻厚0.50m，頂板厚0.40m。墊層采用C10混凝土，厚0.10m，下設(shè)碎石墊層厚0.50m，基礎(chǔ)采用松木樁處理，松木樁直徑0.10m，樁長(zhǎng)6m，間距0.30m。

（3）施工導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)

施工導(dǎo)流明渠沿內(nèi)涌堤線布置，為節(jié)約工程量、減少投資，一側(cè)利用內(nèi)涌堤擋水，另一側(cè)新筑擋水堤。堤內(nèi)現(xiàn)狀灘面高程約-1.5m，根據(jù)導(dǎo)流明渠節(jié)制閘水流量計(jì)算，導(dǎo)流明渠底高程采用現(xiàn)狀灘面高程滿(mǎn)足要求。導(dǎo)流明渠擋水堤采用結(jié)構(gòu)整體性好的充泥管袋型式，明渠堤頂采用外江控制水位1.2m控制，加安全超高0.5m，頂高程取1.7m。

導(dǎo)流建筑物布置見(jiàn)圖2。

圖2 導(dǎo)流建筑物布置圖

3.4.2 內(nèi)、外涌圍堰設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本工程主要建筑物等級(jí)為1級(jí)，次要建筑物等級(jí)為3級(jí)，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2 004）規(guī)定，施工圍堰確定為4級(jí)建筑物，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為重現(xiàn)期10～20年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)工程建筑物的布置，并考慮其施工工期、規(guī)模、保護(hù)對(duì)象以及失事后果等因素后，將洪水標(biāo)準(zhǔn)選定為全年20年一遇，相應(yīng)的外江水位為2.38m，內(nèi)涌水位可通過(guò)內(nèi)河河網(wǎng)調(diào)節(jié)，水位取內(nèi)河設(shè)計(jì)高水位1.1m。外江側(cè)圍堰考慮波浪爬高及安全超高后，圍堰頂高程取3.40m，內(nèi)涌圍堰頂高程取1.6m。

（2）圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圍堰堰型需充分考慮堰基基礎(chǔ)淤泥層（厚約13～16m）該土層地基承載力和抗剪強(qiáng)度低、抗沖刷能力差的特征。經(jīng)過(guò)圍堰結(jié)構(gòu)比選，內(nèi)、外江側(cè)圍堰均采用充泥管袋圍堰結(jié)構(gòu)型式。

內(nèi)涌側(cè)圍堰堰頂高程1.6m，頂寬3m，迎水側(cè)邊坡1∶2.5，背水側(cè)邊坡1∶2.5，迎水側(cè)坡面設(shè)置一層防滲土工膜、150mm袋裝碎石護(hù)坡，迎水側(cè)采用拋石擠淤護(hù)腳，基坑側(cè)在-0.5m高程設(shè)置寬10m的中粗砂護(hù)道，坡面采用防老化土工布及袋裝碎石條護(hù)坡。

內(nèi)涌側(cè)圍堰典型斷面見(jiàn)圖3。

圖3 內(nèi)涌側(cè)圍堰典型斷面圖

外江側(cè)圍堰堰頂高程3.40m，頂寬3m，迎水側(cè)邊坡1∶2.5，背水側(cè)邊坡1∶2.5，迎水側(cè)坡面設(shè)置一層防滲土工膜、150mm袋裝碎石護(hù)坡，基坑側(cè)在0.5m高程設(shè)置寬30m的中粗砂護(hù)道，坡面采用防老化土工布及袋裝碎石條護(hù)坡，迎水側(cè)堤腳采用拋石擠淤及護(hù)腳。

外江側(cè)圍堰典型斷面見(jiàn)圖4。

（3）圍堰穩(wěn)定計(jì)算

圍堰穩(wěn)定按最不利工況進(jìn)行計(jì)算。

內(nèi)涌側(cè)圍堰穩(wěn)定計(jì)算工況組合為：圍堰填筑完成后，內(nèi)涌側(cè)高水位1.1m，基坑側(cè)無(wú)水，堰頂考慮人行荷載5 kPa的工況。

外江側(cè)圍堰穩(wěn)定計(jì)算工況組合為：圍堰填筑完成后，外江側(cè)全年20年一遇高水位2.38m，基坑側(cè)無(wú)水，堰頂考慮人行荷載5 kPa的工況。

穩(wěn)定分析計(jì)算采用瑞典條分法，計(jì)算公式為：

圖4 外江側(cè)圍堰典型斷面圖

計(jì)算過(guò)程中忽略滲透水壓力和孔隙水壓力作用，水壓力按總應(yīng)力法考慮。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，內(nèi)涌側(cè)圍堰整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.235＞1.05，外江側(cè)圍堰整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.077＞1.05，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，表明圍堰設(shè)計(jì)斷面是安全的。

3.4.3 導(dǎo)流泄水建筑物運(yùn)行及調(diào)度

內(nèi)涌水位的控制主要由18涌西閘和臨時(shí)穿堤閘控制。因此，對(duì)于本工程的運(yùn)行管理而言，西閘及臨時(shí)穿堤閘的聯(lián)合調(diào)度較為重要，日常潮位情況時(shí)，西閘及臨時(shí)穿堤閘兩側(cè)閘門(mén)全開(kāi)，根據(jù)河涌換水計(jì)算分析，換水量遠(yuǎn)大于需換水量要求，可滿(mǎn)足換水需求。根據(jù)鹽度分析和日常潮位分析，河涌流向?yàn)閺奈髦翓|，含鹽度西低東高，兩側(cè)閘門(mén)全開(kāi)時(shí)，西側(cè)引入大量鹽度較低水體可充分稀釋河涌水體，降低西側(cè)鹽度至日常水平。

為進(jìn)一步確保導(dǎo)流工程的安全，潮位高于1.50m或遇天文大潮（多年平均年高潮位1.89m）和風(fēng)暴潮預(yù)警時(shí)，西閘及臨時(shí)穿堤閘閘門(mén)均應(yīng)關(guān)閉，同時(shí)應(yīng)做好防汛預(yù)案，備齊防汛物資。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以廣東省南沙區(qū)18涌東閘橋拆除重建工程施工導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)為例，在對(duì)工程建設(shè)條件進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，提出的施工導(dǎo)流布置方案，提高了內(nèi)涌換水的保證率，確保了工程施工期間，河涌?jī)蓚?cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖及蓮藕塘種植水體鹽度要求。目前18涌東閘橋工程已經(jīng)建設(shè)完成，實(shí)踐證明本工程確定的施工導(dǎo)流方案是合適的，設(shè)計(jì)成果可為類(lèi)似工程施工導(dǎo)流方案設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

（責(zé)任編輯：周 群）

Construction diversion design of 18-Yong east gate bridge reconstruction project

MA Nong-le
（Shanghai Southeast Engineering Consulting Co.，Ltd.，Shanghai 200434，China）

For 18-Yong east gate bridge dismantling and reconstruction project located in Nansha District of Guang?dong Province，construction diversion scheme was designed according to the engineering geological conditions and requirements of agriculture and fishery.The project had been completed.As shown by practice，with the designed scheme，the guarantee ratio of inner stream water body exchange increase；construction was carried smoothly；sa?linity of water bodies on both sides met the requirements for aquaculture and lotus pond planting during construc?tion perid.

Construction diversion；diversion structure；flow analysis；exchange of water body

TV551.1

B

1003-1510（2016）05-0063-04

2016-07-06

馬農(nóng)樂(lè)（1980-），男，河北行唐人，上海東南工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司工程師，碩士，主要從事科學(xué)研究、水利規(guī)劃、技術(shù)咨詢(xún)等工作。