某河道水閘除險加固中施工組織設計探析

李 華

(江西省大余縣水利局，江西 大余 341500)

1 工程概況

某河道治理工程中河上一水閘需進行除險加固，水閘包括上游連接段、閘室段和下游連接段3部分。水閘運行近40年來，建筑物老化失修，長期帶病運行，不能達到設計標準，閘門在汛期泄洪時不能完全開啟，影響河道行洪安全。如果行洪不及時，就會造成上游洪水漫堤，威脅沿河兩岸人民群眾的生命財產(chǎn)安全。該除險加固工程為原水閘拆除重建，主要建設內(nèi)容包括重建閘室、上下游連接段，更換閘門、啟閉機，增設檢修閘門及其起吊設備，更換電氣設備及觀測設施，重建閘上交通橋，閘后渡槽，上游右岸泵站以及防汛倉庫及圍墻，重建后方可充分發(fā)揮水閘的灌溉及生態(tài)環(huán)境等效益，保障當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

2 施工條件分析

2.1 地層條件

該擬建工程位于繞陽河上，場區(qū)位于遼河三角洲沖積平原，由第四系(Q4)全新統(tǒng)海陸交互相沉積物組成，地貌單一，地勢起伏較大，最大高差約5.0m左右。根據(jù)鉆探揭露土層，從上到下為：

黏土①層，灰黑、灰黃色。呈稍濕-飽和，可塑-軟塑狀態(tài)，具中等-高壓縮性，局部層間夾游淤泥質黏土，層厚1.9-3.0m，層底埋深1.9-3.0m?？辈靾龅貎?nèi)分布較廣。

粉質黏土②層，黃褐色-灰色，呈可塑狀態(tài)，局部為硬塑狀態(tài)，多數(shù)具中等壓縮性，黃褐色粉質黏土含鐵質結核，狀態(tài)較好，此層土土質不均，含黏土薄層并含粉土、粉砂及淤泥質黏土透鏡體及薄層，層位不穩(wěn)定，變化較大。層厚0.60-5.75m，層底埋深2.3-8.0m

粉土③層，黃褐色-灰色，呈中密-密實狀態(tài)，局部層間夾有黏土，層厚0.4-3.8m，層底埋深6.40-10.0m。分布較普遍。

黏土(3-1)層，為夾層，灰色，可塑-硬塑狀態(tài)，具中壓縮性，在鉆孔RR01有揭露，最大厚度2.0m。

細砂④層，灰色-灰白色，飽和，呈中密-密實狀態(tài)，主要礦物是石英及長石本次勘察未穿透此層，最大揭露厚度為17.0m?？辈靾龅仄毡榉植?。

黏土(4-1)層，黃色，灰色，呈可塑狀態(tài)，為透鏡體，僅揭露于鉆孔RR04，厚度0.4-0.7m。

粉土(4-2)層，中密-密實狀態(tài)，為夾層，僅揭露于鉆孔RL04，厚度為0.5-4.0m。

黏土①層，承載力110-120KPa；粉質黏土②層，承載力115-120kPa；粉土③層，承載力120-140kPa；細砂④層，承載力160kPa。

從以上地層分布可知，閘基各土層具有一定的承載力。

2.2 水文地質

該場地范圍內(nèi)地表水主要為繞陽河河水,地下水類型為第四系孔隙水，主要是大氣降水、河水入滲補給，蒸發(fā)為主要排泄方式。水位隨季節(jié)變化。依據(jù)室內(nèi)試驗結果，該場地土層滲透系數(shù)K=2.29×10-6-9.56×10-6cm/s，見表1。

表1 滲透系數(shù)及滲透性評價

2.3 水文氣象

繞陽河流域屬季風大陸性氣候，春季干旱多風，夏季炎熱多雨，冬季寒冷少雨，流域多年平均降水量450-655mm，年際間分配及不均勻，豐水年最大為821.6mm，枯水年最小為411.6mm。年內(nèi)分配主要集中在汛期，占全年的70%左右，多年平均蒸發(fā)量1612.69mm，年最大蒸發(fā)量可達1758.7mm。最低年蒸發(fā)量為1461.3mm，流域內(nèi)多年平均氣溫9.4℃左右，最高達35.2℃，最低為-28.2℃。流域內(nèi)春夏季多西南風，冬季多西北風。最大風速可達20.3m/s。

2.4 建材供應

本縣建筑市場貨源充足，工程所需鋼材、木材、柴油、汽油均可在盤山縣內(nèi)主要建材市場購買。

2.5 施工交通

工程區(qū)交通運輸方便，國道省道貫穿其中，道路車輛可滿足施工要求，場區(qū)臨時道路可利用上下游圍堰，路基用拖拉機壓實，路面用建筑垃圾壓實。導流溝開挖土方可用做臨時施工道路，施工期間所用的材料、機械和生活物資均可由上述道路運達工地。

2.6 施工用電/用水

工程施工主要用電負荷為場區(qū)照明、施工排水、機械修配、混凝土與砂漿拌制、鋼木加工以及生活區(qū)用電等施工用電。施工用電可結合永久工程供電設計，該水閘緊鄰務閘管所，施工用電可由閘管所接引10千伏輸電線路，永久工程供電擬在此高壓線接線，施工前可提前架設永久供電線路至工地，然后通過臨時變配電設施向各用電點供電。為滿足混凝土澆筑、施工排水等不間斷用電要求，還需配置一定數(shù)量的柴油發(fā)電機組作為備用供電設施。

據(jù)水質分析結果，饒陽河水質較好，施工用水可直接引用河槽內(nèi)的地表水經(jīng)沉淀過濾后采用，或通過打機井抽取地下水解決。生活用水可從閘管理所解決。

3 施工導流

水閘位于繞陽河上，河道常年有水，為確保水閘工程的安全施工，必須做好施工導流工作。

3.1 導流標準

所建水閘工程等級Ⅲ等，規(guī)模中型，相關建筑物級別為3級，次要建筑物為4級。根據(jù)《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》(SL303-2017)的規(guī)定，確定本工程主要建筑物的導流建筑物級別為5級，同時考慮到擋水圍堰采用當?shù)赝亮咸钪?，因此，確定導流建筑物洪水重現(xiàn)期為5年。

3.2 導流時段及流量

1)導流時段

根據(jù)水文氣象資料，本區(qū)降水主要集中在汛期6月-9月，約占全年降雨量的70%，汛期徑流占全年徑流量的80%以上。為降低導流建筑物規(guī)模，減少臨時工程投資，同時確保工程安全度汛，本工程施工時段安排于非汛期的10月至次年4月，施工時長7個月。

2)導流流量

根據(jù)當?shù)氐慕涤曩Y料和饒陽河河道的流量資料，經(jīng)水文計算，水閘處非汛期(10月—次年5月)，5a一遇洪峰流量為16.4m3/s。

3.3 導流方式

根據(jù)水閘的工程規(guī)模和工程量，主體工程可以在一個非汛期內(nèi)完成，采用一次攔斷河床圍堰導流方式。本次從距閘上游100m左右處開挖左堤，新修導流明渠，將上游來水通過導流明渠引入圍堰下部河道內(nèi)。施工擬采用全段圍堰法導流，即在基坑上、下游主河槽內(nèi)填筑擋水圍堰，一次攔斷河水，河道上游來水通過新挖導流明渠導入下游河道[1]。

3.4 導流建筑物施工

1)導流明渠施工

導流明渠底寬約2.0m，邊坡1:2，渠底坡降1/5000，渠深6.0m。按明渠均勻流公式核算后，新開挖的明渠能夠滿足非汛期5年一遇16.4m3/s導流流量的過流要求，渠內(nèi)設計水深2.9m。

導流明渠進口設在攔河閘上游左岸100m左右處的灘地上，進口底高程為21.0m；導流明渠出口設在攔河閘下游左岸170m左右處的灘地上，出口底高程為20.3m；導流明渠長295m，灘地平均高程27m，平均挖深6.0m，共開挖土方2.48萬m3。采用1m3挖掘機開挖，開挖土方一部分用作圍堰的填筑，剩余堆放導流明渠兩側。導流布置詳見施工平面布置圖。

2)施工圍堰設計

圍堰頂高程按下式確定：

H=h+hw+δ

(1)

式中：H為圍堰堰頂高程，m；h為圍堰堰前水位，進口底高程21.0m+設計水深1.6m=22.6m；hw為波浪爬高，m；δ為圍堰的安全超高，m。根據(jù)《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》(SL303-2017)規(guī)定，圍堰超高為0.5m。

施工圍堰堰前最大擋水位為22.6m，按上式計算圍堰頂高程應為23.1m?？紤]施工期間，圍堰作為臨時道路，現(xiàn)狀閘上游堤頂高程約27m左右，下游堤頂高程約29m左右，為與兩岸堤頂?shù)缆枫暯樱紤]一定坡比，確定上游圍堰堰頂高程為24.5m，圍堰長53m；下游圍堰高程25.0m，圍堰長75m。

考慮到施工期間兩岸交通要求，上下游圍堰頂寬確定為5m，邊坡1∶2.0，圍堰迎水面采用復合土工膜防滲，為增強防滲效果，復合膜自堰腳向外水平延伸3m，膜上采用編織袋裝土護砌(厚0.5m)。圍堰水上部分采用74kw推土機推運整平，拖拉機壓實。工程完畢后拆除圍堰，采用1m3挖掘機配8t自卸車挖運拆除，拆除的土方7677m3用于料場取土坑及導流明渠的回填[2]。施工圍堰平面布置見圖1，圍堰設計橫斷面見圖2。上、下游圍堰工程量見表2。

3.5 基坑排水

基坑施工排水包括初期排水和經(jīng)常性排水。

1)初期排水

圍堰填筑時上游圍堰首先合龍，擋住上游來水，基坑內(nèi)的水可自排進入下游河道，待基坑內(nèi)河水基本排干后，再將下游圍堰合龍，基坑內(nèi)剩余的積水較少。初期排水可通過離心泵抽排至基坑外的河道內(nèi)，施工采用5臺8時(5kW)離心泵排水。

2)經(jīng)常性排水

水閘基坑位于主河槽內(nèi)，基坑開挖底高程為19.2m，施工期間滲水量較大，為保證工程順利進行，需做好施工排水工作。

圖1 施工圍堰平面布置圖

圖2 圍堰設計橫斷面圖

表2 圍堰工程量統(tǒng)計表

經(jīng)常性排水主要包括滲水、降水及施工廢水等其他途徑來水。根據(jù)施工降水范圍及場地布置要求設縱橫向排水溝和集水坑，在上游圍堰內(nèi)側設縱橫向排水溝，排水溝深度0.5m,寬度1m。上游鋪蓋外側下游防沖槽處刨挖集水坑，坑面積為3m×4m，坑底高程低于基坑最低開挖高程1.0m，匯集井點水。打砂管井降地下水，砂管井直徑30cm，井深15-25m，間距10m，單機潛水泵功率5kW，認真做好砂管井的反濾填料和竣工后排水井的回填工作[3]。經(jīng)常性排水自當年10月上旬開始運行，至次年4月下旬結束，運行時間約7個月。

4 結論及建議

該閘主要以蓄水灌溉為主，兼顧生態(tài)環(huán)境等綜合利用，對水閘進行安全鑒定認為該閘運用指標無法到達設計標準，工程存在嚴重安全問題，需拆除重建。為充分發(fā)揮水閘的灌溉及生態(tài)環(huán)境等效益，保障當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，實施水閘除險加固工程是非常必要的，工程于2019年完工，能夠確保2020年的灌溉用水和生態(tài)用水。