光山縣龍山大閘導(dǎo)流工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用

□諶永強(qiáng)

（河南省水利第二工程局）

光山縣龍山大閘導(dǎo)流工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用

□諶永強(qiáng)

（河南省水利第二工程局）

水利工程中的導(dǎo)流工程是整個(gè)水利工程能夠順利實(shí)施的重要保證，導(dǎo)流圍堰、導(dǎo)流建筑物的設(shè)計(jì)關(guān)系到整個(gè)施工節(jié)點(diǎn)目標(biāo)能否順利實(shí)現(xiàn)，同時(shí)導(dǎo)流工程也是整個(gè)工程在汛期內(nèi)安全的重要保證，文章結(jié)合光山縣龍山大閘工程實(shí)例，介紹了工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)過(guò)程及實(shí)際應(yīng)用過(guò)程，以期為今后類似工程導(dǎo)流設(shè)計(jì)施工提供相關(guān)的技術(shù)參考。

龍山大閘；導(dǎo)流工程；導(dǎo)流設(shè)計(jì)

0 引言

光山縣龍山大閘坐落在淮河支流潢河上，位于光山縣城西南約7 km的槐店鄉(xiāng)珠山村，是一座防洪、灌溉、供水、發(fā)電等綜合利用的水利樞紐工程。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，設(shè)計(jì)洪水位57.79 m，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇，校核洪水位58.12 m。該地區(qū)最小年降水量為620.60 mm，最大年降水量為1 660.20 mm，降雨集中在6-9月份，最大一般發(fā)生在7月份，一次洪水歷時(shí)一般在24 h左右，平均徑流深為400～500 mm。

1 導(dǎo)流要求

圍堰要利于排水，不應(yīng)過(guò)多壓縮流水?dāng)嗝妫悦廑账^(guò)高；圍堰內(nèi)要滿足基礎(chǔ)施工的尺寸要求；堰身尺寸斷面要保證有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，基坑開(kāi)挖后圍堰不發(fā)生破裂、滑動(dòng)或傾覆；采取有效措施防止?jié)B漏，減少排水工作，對(duì)圍堰外圍邊坡的沖刷進(jìn)行防護(hù)。

2 導(dǎo)流設(shè)計(jì)

2.1 上游導(dǎo)流設(shè)計(jì)

2.1.1 斷面設(shè)計(jì)

龍山大閘圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇，此標(biāo)準(zhǔn)下施工期閘上水位為55.16 m。故設(shè)計(jì)如下：上游采用均質(zhì)土圍堰，由于上游圍堰填高超過(guò)5 m，故頂寬設(shè)計(jì)5 m，頂部高程為56.16 m，水位高程55.16 m。兩側(cè)水下邊坡為1：5，水上邊坡為1：3，迎水側(cè)設(shè)0.30 m厚編織袋裝土壓蓋土工膜（150 g/m2～0.30 mm～150 g/ m2）防護(hù)，編織袋防護(hù)高程為55.16 m。土工膜起底防護(hù)至頂，頂部預(yù)留1 m寬度，并用長(zhǎng)1 m、直徑6 cm的木樁固定，木樁間距2 m，距堰肩0.50 m，土工膜頂端埋入堰體30 cm，背水面設(shè)0.60 m厚編織袋防護(hù)，防護(hù)高度為2 m。

2.1.2 位置選址

圍堰位置靠上游，距離鋪蓋段約85 m?，F(xiàn)場(chǎng)情況，左岸地勢(shì)平坦，右岸在漿砌石翼墻上游，能與山體直接結(jié)合，提高圍堰的穩(wěn)定性和安全系數(shù)，為上游鋪蓋段和閘室段提供較大工作面，有利于施工進(jìn)度安排。

2.1.3 防滲設(shè)計(jì)

圍堰處水面寬度200 m左右，水深4.10～7.70 m，地層由人工填土、中細(xì)砂和安山巖組成，圍堰基礎(chǔ)左岸約150 m范圍內(nèi)位于砂層（alQ4）中，右岸50 m范圍內(nèi)位于強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化安山巖中，砂層結(jié)構(gòu)較疏松，具中等～強(qiáng)透水性，抗沖刷、抗?jié)B透能力較差。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，上游左、右岸各一條老河道，其中右岸50 m范圍內(nèi)河道較窄，水流較急。為確保上游圍堰穩(wěn)定，對(duì)圍堰基礎(chǔ)和部分堰體設(shè)單排高壓旋噴套接截滲墻，截滲墻底部入巖0.50 m，平均頂部高程為54.16 m，樁徑1.00 m，孔距0.95 m。

2.2 下游圍堰設(shè)計(jì)

2.2.1 斷面設(shè)計(jì)

下游水位高程47 m時(shí)滿足設(shè)計(jì)過(guò)流要求。由于下游圍堰是珠山村鄉(xiāng)村交通及施工主干道，車(chē)量及人流量較大，結(jié)合文明施工要求，故設(shè)計(jì)如下：下游采用均質(zhì)土圍堰，設(shè)計(jì)頂寬8 m，兩側(cè)各50 cm路肩，頂部高程為48.30 m（碎石路面30 cm厚），水位高程47.00 m，兩側(cè)邊坡為1：3。圍堰兩側(cè)安裝防護(hù)柱，柱斷面尺寸15 cm×15 cm，長(zhǎng)2 m，間距2 m，埋入路肩50 cm深，外漏部分刷紅白相間漆。

2.2.2 位置選址

地方村民在下游圍堰附近河道內(nèi)種植了大量樹(shù)木，故圍堰選址有限。根據(jù)初設(shè)方案及現(xiàn)場(chǎng)情況，該圍堰對(duì)應(yīng)龍山大閘樁號(hào)為0+260，中心坐標(biāo)見(jiàn)圖紙。

2.3 導(dǎo)流明渠進(jìn)口圍堰設(shè)計(jì)

根據(jù)初設(shè)方案，導(dǎo)流明渠進(jìn)口圍堰頂部高程53 m，設(shè)計(jì)擋水位52 m，頂寬3 m，水上邊坡為1：3，水下邊坡為1：5，迎水面設(shè)30 cm裝土編織袋防護(hù)至52 m高程。擋水圍堰設(shè)計(jì)指標(biāo)匯總表見(jiàn)表1。

表1 擋水圍堰設(shè)計(jì)指標(biāo)匯總表

2.4 導(dǎo)流明渠設(shè)計(jì)

初設(shè)期北干渠向光山縣城供水，目前城市供水水源地更換為潑河水庫(kù)。初設(shè)期導(dǎo)流明渠下游為河灘地，目前該河灘地被開(kāi)發(fā)成度假村，下游排水通道被填筑成堤，原始地形地貌發(fā)生較大變化，過(guò)水?dāng)嗝娌荒軡M足設(shè)計(jì)要求。因此，結(jié)合實(shí)際情況與厄爾尼諾現(xiàn)象（2014年春汛及秋汛過(guò)流量超過(guò)10 a一遇標(biāo)準(zhǔn)），故設(shè)計(jì)如下：

第一，導(dǎo)流明渠分進(jìn)口段、泄槽段、消力池及出口海幔段，各接縫填塞2 cm厚聚乙烯閉孔泡沫板，下游排水通道增加一個(gè)出水口。第二，進(jìn)口段長(zhǎng)48 m，進(jìn)口底板高程51 m，出口底板高程50.95 m，底寬20 m，底板為30 cm厚C20混凝土護(hù)底，下設(shè)10 cm厚碎石墊層；邊坡為10 cm厚C20混凝土護(hù)坡，坡度1：3，下設(shè)10 cm厚碎石墊層；護(hù)坡高程56 m，左、右岸各設(shè)3 m寬一級(jí)馬道，平臺(tái)以上坡度為1：2。第三，泄槽段長(zhǎng)24 m，坡降1：4，底板為90 cm厚混凝土護(hù)底，下設(shè)10 cm厚碎石墊層，邊坡為10 cm厚C20混凝土護(hù)坡，坡度1：3，與進(jìn)口段和消力池順接，下設(shè)10 cm厚碎石墊層；第四，消力池段長(zhǎng)18.50 m，底板高程45 m，為1.20 m厚C20混凝土護(hù)底，下設(shè)60 cm反濾層，底板凈寬25 m，下游側(cè)設(shè)四排Φ100PVC冒水孔（梅花型布置，孔排距均為2.50 m，距離邊線1.25 m，孔內(nèi)3～4 cm碎石填塞）。消力池兩邊設(shè)重力式漿砌石擋墻，擋墻頂高程47 m，頂寬50 cm，起坡護(hù)砌，邊坡為10 cm厚C20混凝土護(hù)坡，坡度1：3，護(hù)坡頂高程50.50 m，下設(shè)10 cm厚碎石墊層；第五，海幔段長(zhǎng)28 m，底部高程47 m，底寬25 m，為30 cm厚C20混凝土護(hù)底，邊坡為10 cm厚C20混凝土護(hù)坡，坡度1：3，護(hù)坡頂高程50.50 m，下設(shè)10 cm厚碎石墊層。第六，下游段兩側(cè)導(dǎo)堤采用土方填筑，計(jì)劃8月份開(kāi)始下游段明渠施工，大壩此時(shí)仍不能開(kāi)挖，故需從取土場(chǎng)取土。導(dǎo)堤頂寬3 m，內(nèi)坡1：3，外坡1：2，堤頂高程56.00～50.50 m。第七，鋼筋設(shè)計(jì)。根據(jù)初設(shè)方案和《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》：為保證施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，特采用三級(jí)鋼。導(dǎo)流明渠工程等級(jí)為5級(jí)，安全級(jí)別為Ⅲ級(jí)。HRB400鋼筋強(qiáng)度為360 N/mm2其強(qiáng)度應(yīng)不低于95%的保證率。導(dǎo)流明渠鋼筋保護(hù)層為5 cm。鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受力鋼筋最小配筋百分率如表2。

截面配筋面積計(jì)算：

式中：As：截面配筋面積；K：結(jié)構(gòu)物安全系數(shù)取1.15；ρmin:最小配筋率為0.40%；b:截面寬度f(wàn)y：鋼筋抗拉設(shè)計(jì)值取360 N/mm2；M：彎矩設(shè)計(jì)值，其計(jì)算公式如下(鋼筋混凝土自重25 kN/m3，其截面線荷載為25×0.90×20=450 kN/m)：

表2 鋼筋混凝土構(gòu)件縱向受力鋼筋最小配筋百分率表

以20m底寬截面計(jì)算配筋面積:

間距250 mm，寬20 m，雙層配筋，需要鋼筋的根數(shù)：

本工程安全系數(shù)取1.20，直徑為16.10 mm，綜上所述，導(dǎo)流明渠泄槽底板縱向鋼筋直徑為18 mm，橫向鋼筋直徑為20 mm；消力池底板縱向鋼筋直徑為20 mm，橫向鋼筋直徑為22 mm。

2.5 新增導(dǎo)流出水口設(shè)計(jì)

導(dǎo)流明渠地形地貌變化較大，現(xiàn)狀出水口不能滿足過(guò)流要求，需增加一個(gè)出水口。出水口設(shè)計(jì)參照導(dǎo)流明渠出口海幔段標(biāo)準(zhǔn)，控制指標(biāo)包括底部高程47 m，底寬≥25 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，目前唯一出水口是下游橋梁及向下通道，其現(xiàn)有條件如下：

底部高程45 m；最小底寬12 m（橋梁下游過(guò)水卡口）；

計(jì)算高度：3 m（不超過(guò)下游圍堰高程）；

Q為流量，A為斷面面積，V為流速，C為謝才系數(shù)，n為粗糙系數(shù)取0.02，b為底寬，m為邊坡系數(shù)取1，R為水利半徑，P為濕周，h為水深，i為坡降取1/1000。

經(jīng)研究在明渠樁號(hào)0+280處新增一出水口，出水口經(jīng)樹(shù)林穿過(guò)景區(qū)道路。施工期間，本道路不僅要滿足過(guò)流條件，還應(yīng)滿足施工機(jī)械、車(chē)輛及行人通行。出水口設(shè)計(jì)最大流量為362-117=245 m3/s。新增出水口涵管內(nèi)徑1.80 m，外徑2.00 m，長(zhǎng)2 m，設(shè)8排，每排4個(gè)。

3 施工方法

3.1 圍堰及導(dǎo)堤施工

根據(jù)初設(shè)，選取北干渠下游左岸王洼村取土場(chǎng)土料，采用分層填筑，填筑過(guò)程中適當(dāng)削坡，填筑完成檢驗(yàn)合格后再進(jìn)行下道工序。上游圍堰填筑完成后進(jìn)行土工膜鋪設(shè)，土工膜整體覆蓋后再用編織袋裝土防護(hù)。下游圍堰碎石層直接填筑，完成后用114 kW推土機(jī)壓實(shí)。

3.2 混凝土澆筑

導(dǎo)流明渠混凝土施工時(shí)，底板采用25 t吊車(chē)配2 m3吊斗送料，入倉(cāng)、振搗安排專人負(fù)責(zé)，確保施工質(zhì)量及安全。護(hù)坡采用定型鋼模板（特制滑模），混凝土由溜槽入倉(cāng)。

3.3 涵管安裝

新增出水口底板及側(cè)墻澆筑完成后開(kāi)始安裝涵管，按照設(shè)計(jì)圖紙一次性安裝到位。采用25 t吊車(chē)吊裝，由人工配合擺放并對(duì)接緊密。擺放完成后兩端用模板封堵，驗(yàn)收合格后用C20混凝土回填，回填時(shí)振搗密實(shí)并控制回填高程，回填完成后進(jìn)行路面施工。

3.4 截滲墻施工

上游圍堰采用單排高壓旋噴套接截滲墻，樁徑1.00 m，孔距0.95 m，墻體搭接厚度≥300 mm。采用P.O.42.5普通硅酸鹽水泥配制漿液，自上而下連續(xù)作業(yè)。滲透系數(shù)≤5×10-6cm/s，鉆孔取樣室內(nèi)試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度≥1.00 MPa。

3.5 場(chǎng)地恢復(fù)

導(dǎo)流工程結(jié)束后開(kāi)始場(chǎng)地恢復(fù)?；炷列杵扑椴鸪?jiān)\(yùn)至指定棄渣場(chǎng)。圍堰及導(dǎo)堤土方盡可能利用，剩余料運(yùn)至指定棄渣場(chǎng)；新增導(dǎo)流口漿砌石及路面恢復(fù)至原狀。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、實(shí)施，該導(dǎo)流工程能保證龍山大閘施工順利進(jìn)行，有效控制施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的安全隱患，確保人員、機(jī)械設(shè)備及工程主體的安全，將可能出現(xiàn)的損失降到最低，為龍山大閘的安全生產(chǎn)和進(jìn)度計(jì)劃的順利實(shí)施提供了保障，確保了總進(jìn)度目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，并為該地區(qū)同類項(xiàng)目導(dǎo)流提供了實(shí)施依據(jù)。

編輯：劉青

TV222

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1673-8853（2017）07-0051-03

2017-05-15