引江濟(jì)淮杭埠河倒虹吸施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)研究

於陽(yáng)寶 王南江

一、概述

1.工程概況

引江濟(jì)淮工程過(guò)巢湖小合分線渠道在進(jìn)口白山樞紐處連接引江濟(jì)巢線，在出口通過(guò)派河口泵站進(jìn)入江淮溝通線，設(shè)計(jì)輸水流量300m3/s，采用倒虹吸穿越杭埠河。倒虹吸位于距杭埠河入巢湖口1.6km處的杭埠河左側(cè)，進(jìn)口設(shè)計(jì)水位5.75m，出水設(shè)計(jì)水位5.35m。

倒虹吸主要包括倒虹吸涵洞、進(jìn)口檢修閘、出口檢修閘等。倒虹吸洞身為C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共10孔，單孔孔口尺寸為5.5m×4.5m（寬×高），順?biāo)鞣较蚩傞L(zhǎng)415m。倒虹吸處杭埠河改線河道設(shè)計(jì)底高程1.8～2.6m，底寬221.6～226.4m，兩側(cè)邊坡1∶3，改線河道左、右側(cè)新修堤防擋水。

工程等別為Ⅰ等，倒虹吸洞身、進(jìn)出口檢修閘等主要建筑物級(jí)別為1級(jí)，進(jìn)出口翼墻次要建筑物級(jí)別為3級(jí)，改線河道左、右側(cè)堤防級(jí)別為1級(jí)。

2.地形條件

倒虹吸附近杭埠河河道底高程3.0～3.5m，底寬約230m，河道左、右側(cè)堤防頂高程13.0～13.6m，頂寬分別為25m和12m，倒虹吸涵身段位于左堤堤后，屬濱湖聯(lián)圩圩區(qū)，地貌類型為沿湖平原圩區(qū)，地形較平坦，地面高程一般5.0～6.8m。

3.地質(zhì)條件

杭埠河河道兩側(cè)堤防以中、重粉質(zhì)壤土為主，施工場(chǎng)地范圍內(nèi)分布有⑤2層中細(xì)砂夾粗砂、小礫石，該層為強(qiáng)透水層，層頂高程-3.2～-7.43m，已揭露最大厚度17.60m，最深層底高程-22.88m；⑤2層以上主要為輕～重粉質(zhì)壤土層，⑤2層以下為含礫粘土層，均為相對(duì)不透水層。⑤2層中地下水類型為孔隙承壓水，與杭埠河的水力聯(lián)系較弱，主要受遠(yuǎn)端大氣降水及地表徑流補(bǔ)給，地下水位在5.5m左右。

4.施工期水文條件

倒虹吸處杭埠河河道100年一遇和10年一遇設(shè)計(jì)水位分別為11.46m和9.7m ，5年一遇10月平均水位和平均流量分別為7.59m和32m3/s，枯水時(shí)段10年一遇水位和流量見表1。

5.施工進(jìn)度計(jì)劃

杭埠河倒虹吸工程計(jì)劃在2019年10月開工，2022年4月完工，總工期43個(gè)月，跨4個(gè)枯水期五個(gè)年度。

主體工程自2018年12月開始基坑開挖，2020年4月完成倒虹吸基坑回填與護(hù)砌， 9月完成改線河道開挖，10月進(jìn)行改線右堤老河道段截流，2021年4月改線右堤老河道段填筑至度汛斷面，11月中旬填筑完成，主體工程工期共35.5個(gè)月。

二、施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

1.施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

杭埠河倒虹吸主要建筑物級(jí)別為1級(jí)，對(duì)應(yīng)的導(dǎo)流建筑物級(jí)別為4級(jí)，導(dǎo)流建筑物采用土石結(jié)構(gòu)，考慮到工程緊靠的巢湖湖區(qū)調(diào)蓄庫(kù)容大，基坑上游來(lái)水下泄通道暢通，導(dǎo)流洪水重現(xiàn)期選為10年。

倒虹吸建設(shè)期間杭埠河河道兩岸防洪堤防度汛標(biāo)準(zhǔn)按100年一遇水位設(shè)計(jì)。

2.導(dǎo)流方式

倒虹吸涵身和出口段距杭埠河現(xiàn)狀左堤（LO）較遠(yuǎn)，施工時(shí)不影響LO段堤防防洪功能；倒虹吸進(jìn)口檢修閘靠近LO段堤防，基坑開挖時(shí)對(duì)LO2段堤防進(jìn)行內(nèi)側(cè)削坡，形成頂寬15m、內(nèi)坡1：3的臨時(shí)斷面擋水，上游來(lái)水仍通過(guò)現(xiàn)狀河道下泄至巢湖。

杭埠河改線河道貫通后、改線右堤老河道段（RN1、RN3）封堵前，通過(guò)改線左堤（LN）擋水保護(hù)濱湖聯(lián)圩，通過(guò)進(jìn)口檢修閘四周的現(xiàn)狀左堤（LO2）和新建右堤（RN2）擋水防止杭埠河洪水通過(guò)檢修閘進(jìn)入濱湖聯(lián)圩。

改線右堤老河道段（RN1、RN3）封堵在杭埠河改線河道完成后進(jìn)行，施工時(shí)上游來(lái)水通過(guò)改線河道下泄，RN1、RN3段改線堤防通過(guò)迎水側(cè)圍堰擋水施工。

3.改線右堤老河道封堵圍堰設(shè)計(jì)

（1）老河道圍堰設(shè)計(jì)

老河道封堵圍堰總長(zhǎng)度約1.1km，圍堰擋水時(shí)段為2020年11月～2021年4月，設(shè)計(jì)水位為7.7m。受場(chǎng)地條件約束，封堵圍堰作為老河道段改線右堤的一部分，且緊靠改線杭埠河河道和航道。

為避免圍堰侵占改線杭埠河河道行洪和通航斷面，防止圍堰上部堤防發(fā)生較大變形而影響防洪安全，需對(duì)圍堰水下填筑邊坡、填筑后的沉降量進(jìn)行控制?？紤]到土圍堰水下填筑邊坡較緩，且土體松散，難以達(dá)到上述要求，封堵圍堰水下部分?jǐn)M采用砂卵石填筑。

高程8.0m以下圍堰迎水側(cè)自下而上依次為砂卵石戧堤、卵礫石過(guò)渡層、復(fù)合土工膜和拋石防護(hù)，過(guò)渡層和拋石迎水側(cè)邊坡分別為1∶2.5和1∶3，頂部水平寬度均為2m，底部水平寬度均為5.5m；高程8.0m以上采用粘性土加高形成圍堰，圍堰頂高程10.0m，內(nèi)外邊坡1∶2，頂寬6m。圍堰水上部分分層鋪料并碾壓，壓實(shí)度不小于0.91，圍堰背水坡在老河槽初期排水完成后選用推土機(jī)進(jìn)行平整和碾壓。

表1 倒虹吸處杭埠河河道枯水期10年一遇水位、流量匯總表

砂礫石戧堤采用高壓擺噴截滲墻防滲，墻頂高程8.5m，墻底高程2.0m（進(jìn)入重粉質(zhì)壤土層1.0m）。

（2）老河道截流設(shè)計(jì)

老河道截流安排在2020年10月改線河道施工完成后進(jìn)行，截流設(shè)計(jì)水位和流量采用5年一遇10月平均水位和平均流量。截流設(shè)計(jì)水位為7.59m，截流戧堤頂高程取8.0m，頂寬12.0m。

截流采用戧堤法，上下游兩道戧堤同時(shí)進(jìn)占，戧堤填筑采用平堵和立堵法相結(jié)合，先采用泥駁運(yùn)輸砂卵石料將戧堤填筑至高程6m左右，再自右向左采用立堵法將戧堤填筑至高程8.0m，并形成寬約10m的龍口。截流設(shè)計(jì)流量為32m3/s，根據(jù)截流水力計(jì)算，戧堤裹頭處最大流速0.02m/s，龍口設(shè)計(jì)最大流速0.1m/s。

截流材料粒徑采用下式計(jì)算：

式中：d—石塊化引為球體的當(dāng)量直徑，m；

g—重力加速度，9.8m/s2；

γs、γ—分別為塊石容重和水的容重，t/m3；

v—計(jì)算流速，m/s；

K—穩(wěn)定系數(shù)，此處取1.2。

經(jīng)計(jì)算，戧堤和龍口處最小粒徑分別為0.02mm和0.6mm。根據(jù)圍堰設(shè)計(jì)要求，戧堤選用砂礫石進(jìn)占，裹頭采用卵礫石防護(hù)，龍口段戧堤采用卵礫石填筑。

戧堤采用平堵法填筑時(shí)，填筑料水中自由下沉高度不宜大于1.0m，防止土料發(fā)生粗細(xì)顆粒分離，影響后期高壓擺噴截滲墻的施工質(zhì)量。

三、結(jié)語(yǔ)

（1）杭埠河倒虹吸充分利用了現(xiàn)有的地形條件進(jìn)行施工導(dǎo)流布置，在進(jìn)度上保證新、老杭埠河河道有一條暢通，降低了導(dǎo)截流難度。

（2）老河道圍堰作為封堵段堤防的一部分，圍堰水下部分選用水下填筑邊坡較易控制、自然固結(jié)能力較強(qiáng)的砂卵石填筑，確保河道順利截流，避免對(duì)改線杭埠河河道和航道的影響，減小圍堰后期沉降■