金鄉(xiāng)縣曹莊橡膠壩施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

周春華

（金鄉(xiāng)縣水務(wù)局水利事業(yè)發(fā)展中心，山東 金鄉(xiāng) 272000）

曹莊橡膠壩位于金鄉(xiāng)縣司馬鎮(zhèn)曹莊村南，東魚(yú)河中下游干流樁號(hào)42+000處，是金鄉(xiāng)縣南部回灌補(bǔ)源工程的渠首水源工程。該工程于1994年6 月建成投入運(yùn)行，控制補(bǔ)源面積295 km2，年最大供水量6 000 萬(wàn)m3。橡膠壩工程總寬為195 m，共3孔，單孔凈跨64 m，凈高3.5 m。曹莊橡膠壩工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級(jí)別為2 級(jí)。

橡膠壩運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，存在安全隱患，經(jīng)鑒定為四類病險(xiǎn)水閘。本次按照原有規(guī)模和建筑物級(jí)別進(jìn)行拆除重建，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)按照50 年一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)5 年一遇進(jìn)行復(fù)核。河道5 年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量為1 122 m3/s，洪水位為38.82 m，50 年一遇設(shè)計(jì)洪水洪峰流量為2 838 m3/s，洪水位為41.88 m。重建曹莊橡膠壩位于東魚(yú)河主河槽內(nèi)，現(xiàn)狀河道內(nèi)常年有水，工程施工需要設(shè)置導(dǎo)流設(shè)施。為保證項(xiàng)目施工安全，同時(shí)為了有效降低施工臨時(shí)導(dǎo)流工程投資，主河槽內(nèi)項(xiàng)目施工安排在非汛期枯水時(shí)段。

1 工程地質(zhì)條件

擬重建曹莊橡膠壩位于東魚(yú)河下游，東魚(yú)河為人工開(kāi)挖河流，水面寬闊，約200 m，橡膠壩上游場(chǎng)區(qū)附近河道底高程33.96～35.57 m，曹莊橋橋基附近河底高程較低，橡膠壩上游河底總體高程為北部河底高程高于南部河底高程。下游河道場(chǎng)區(qū)附近底高程29.72～34.04 m，分布有許多小島，受磚廠挖土影響，下游南岸附近遍布深坑。場(chǎng)區(qū)位于沖積平原亞區(qū)，勘探深度內(nèi)揭露地層主要為第四系全新統(tǒng)沖積堆積層及第四系上更新統(tǒng)沖積洪積堆積層。主河槽分布的①層淤泥質(zhì)壤土，呈流塑狀態(tài)，建議清除表層土，圍堰地基座于②層黏土上，該層地基承載力特征值建議采用90 kPa，圍堰地基存在滲流穩(wěn)定性問(wèn)題，必須采取工程措施。橡膠壩處河道右岸漫灘寬闊，無(wú)建筑物，導(dǎo)流明渠可設(shè)置在河右岸灘地上。右岸灘地揭露地層自上而下為砂壤土、①層淤泥質(zhì)壤土、②層黏土，渠底位于①層淤泥質(zhì)壤土中，渠坡主要由砂壤土組成，砂壤土岸坡穩(wěn)定性及抗沖刷能力較差，導(dǎo)流明渠邊坡建議值1∶1.50。允許不沖刷流速建議值：①層淤泥質(zhì)壤土0.30 m/s，砂壤土0.35 m/s。

2 施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

2.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)流量

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014）、《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）的規(guī)定，結(jié)合金鄉(xiāng)縣實(shí)際情況，曹莊橡膠壩工程規(guī)模為中型，主要建筑物級(jí)別為2 級(jí)。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017），曹莊橡膠壩施工臨時(shí)建筑物為4級(jí)，土石結(jié)構(gòu)建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為20～10年，曹莊橡膠壩施工導(dǎo)流期設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用10 年一遇。根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容、工期安排和現(xiàn)有施工技術(shù)水平，橡膠壩施工導(dǎo)流期選為10 月至次年4 月。根據(jù)分期導(dǎo)流、分期施工方案，導(dǎo)流時(shí)段分為10 月至12 月和次年2 月至4 月兩個(gè)時(shí)段。經(jīng)計(jì)算，曹莊橡膠壩導(dǎo)流設(shè)計(jì)流量，10 月至12 月為60.5 m3/s，2 月至4 月為18.8 m3/s。

2.2 施工導(dǎo)流方案

現(xiàn)狀橡膠壩壩址上游引水閘工況為橡膠壩擋水抬高水位后引水，本項(xiàng)目施工需要塌壩放水，施工期間河道水位不滿足引水閘引水要求，故橡膠壩施工期間上游設(shè)計(jì)來(lái)水全部需要利用東魚(yú)河及施工導(dǎo)流設(shè)施下泄。

2.2.1 方案比選

跨河建筑物常用導(dǎo)流方案有分期導(dǎo)流、全斷面圍堰+明渠導(dǎo)流?，F(xiàn)狀橡膠壩底板高程34.7 m。壩址兩岸均為灘地和堤防，灘地高程約38.8 m，高于橡膠壩底板4.1 m，為滿足導(dǎo)流要求，明渠開(kāi)挖斷面較大，明渠開(kāi)挖工程量較大，占地范圍大，故本項(xiàng)目不宜開(kāi)挖導(dǎo)流明渠泄流?，F(xiàn)狀東魚(yú)河主河槽較寬，約190 m，現(xiàn)狀橡膠壩為3 孔壩段，每孔64 m，滿足分期施工導(dǎo)流布置要求。全斷面圍堰+明渠導(dǎo)流方案，橡膠壩基坑施工不受導(dǎo)流影響，可連續(xù)施工，但明渠工程量較大，占地范圍大；分期導(dǎo)流方案相較于全斷面圍堰+明渠導(dǎo)流方案基坑內(nèi)施工干擾較多，施工效率略低，但通過(guò)合理組織、調(diào)配，可滿足項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度要求。故本項(xiàng)目采用分期導(dǎo)流方式施工。

2.2.2 方案編制

1）橡膠壩。根據(jù)本次除險(xiǎn)加固工程施工項(xiàng)目?jī)?nèi)容和規(guī)模以及工程的具體布置情況，分期施工導(dǎo)流具體安排為：汛后10 月在左側(cè)河槽內(nèi)填筑一期上、下游圍堰及縱向圍堰，完成左岸橡膠壩段拆除重建施工，利用原橡膠壩右側(cè)未封閉的壩段導(dǎo)流，調(diào)算導(dǎo)流分期內(nèi)上游最高水位；二期填筑上下游圍堰及縱向圍堰，施工右岸基坑內(nèi)壩段，利用新建的橡膠壩左岸一孔壩段泄流，調(diào)算導(dǎo)流期內(nèi)上游最高水位。

2）料場(chǎng)取土。根據(jù)本次工程設(shè)計(jì)，橡膠壩換填、回填土方缺料從橡膠壩上游河道內(nèi)挖取，根據(jù)施工期水文條件，河道內(nèi)取土擬采用開(kāi)挖先導(dǎo)溝匯集河槽內(nèi)明水并下泄，同時(shí)在取土區(qū)外側(cè)預(yù)留土埂并相機(jī)采用水泵及時(shí)排除取土坑內(nèi)滲水，以滿足水上取土施工條件。

2.3 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)

2.3.1 堰型選擇

在確保建筑物安全可靠和保證施工進(jìn)度的前題下，按照力求經(jīng)濟(jì)、就地取材、施工和拆除方便的原則，結(jié)合圍堰處水流情況，確定本工程一期上、下游圍堰、縱向圍堰采用土圍堰+編織袋防沖型式；二期上、下游圍堰采用土石圍堰+編織袋防沖型式，橡膠壩鋪蓋、消力池及海漫段縱向圍堰采用編織袋裝土+漿砌磚復(fù)合型式，其余部位縱向圍堰采用土石圍堰+編織袋防沖型式。

2.3.2 圍堰布置

為滿足工程施工、臨時(shí)施工道路的布置和圍堰工程的維護(hù)等要求，并考慮到永久建筑物上游地形條件，確定圍堰布置情況。一期施工圍堰上游圍堰位于原橡膠壩軸線上游約70 m處，線形布置，縱向圍堰從原橡膠壩中間一孔壩段開(kāi)始分別向上、下游方向與上下游圍堰連接，下游圍堰位于原橡膠壩下游約80 m處，線型布置；二期上游圍堰位于原橡膠壩軸線上游約65 m處，線形布置，一側(cè)接河道右岸，一側(cè)接縱向圍堰，縱向圍堰從新建橡膠壩中墩向上下游分別與上下游圍堰連接，軸線長(zhǎng)140 m；二期下游圍堰位于原橡膠壩下游約80 m 處。一期、二期下游圍堰長(zhǎng)度不需要封閉相應(yīng)的分期施工基坑，僅確保各分期內(nèi)水流匯入壩址下游大坑即可。

2.3.3 圍堰斷面設(shè)計(jì)

1）圍堰頂高程。堰頂高程為為設(shè)計(jì)擋水位加波浪高度和安全加高。經(jīng)計(jì)算，一期上游圍堰圍堰頂高程36.2 m，最大堰高1.8 m；下游圍堰頂高程35.82 m，圍堰處現(xiàn)狀地面高程34.5 m，最大堰高1.32 m。二期上游圍堰頂高程35.87 m，圍堰基礎(chǔ)底面高程34.0～35.1 mm，堰高1.1 m；下游圍堰堰頂高程35.75 m，最大高度1.6 m。

2）圍堰斷面。土石圍堰斷面型式為梯型，上下游坡度均為1∶2.5，堰頂寬度定為4.0 m。編織袋裝砂+漿砌磚復(fù)合圍堰型式，為0.4 m 厚漿砌磚直墻，墻后為編織袋裝砂加固體，編織袋裝砂加固體頂寬0.5 m，外側(cè)邊坡1∶1。

3）護(hù)坡與防滲。為防止庫(kù)內(nèi)風(fēng)浪沖刷影響土石圍堰安全，在土石圍堰迎水面需進(jìn)行防沖加固，采用袋裝砂（0.5 m 厚）護(hù)砌迎水坡；同時(shí)由于圍堰填筑料滲透系數(shù)不大，防滲利用圍堰填筑土料。

4）穩(wěn)定計(jì)算。滲流穩(wěn)定計(jì)算工況分為設(shè)計(jì)洪水位、水位驟降，計(jì)算斷面選取最大堰高斷面。經(jīng)計(jì)算，圍堰背水側(cè)出逸點(diǎn)為堰腳上0.01 m。圍堰堰體內(nèi)水力坡降很小，背水坡堰腳處最大滲透坡降值大于允許滲透坡降，為了防止圍堰發(fā)生滲透破壞，需在背水坡的堰腳處采取防護(hù)措施，本工程采用編織袋裝土護(hù)腳。各種工況下的壩坡計(jì)算抗滑安全系數(shù)計(jì)算得出，施工圍堰邊坡穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求。

2.4 導(dǎo)流工程施工

2.4.1 圍堰施工

施工圍堰布置于現(xiàn)狀東魚(yú)河主河槽內(nèi)，不計(jì)臨時(shí)占地。橡膠壩施工圍堰填筑土料從壩址上、下游河灘地取土。一期土石圍堰土料從壩址下游灘地臨時(shí)征地取料，采用挖掘機(jī)開(kāi)挖自卸車運(yùn)200 m；二期土石圍堰土料利用一期圍堰拆除料、不足部分從下游河灘地取土，采用挖掘機(jī)開(kāi)挖自卸車運(yùn)100 m 填筑圍堰。圍堰壓實(shí)采用拖拉機(jī)。圍堰拆除采用挖掘機(jī)配自卸汽車外運(yùn)至棄土區(qū)，運(yùn)距800 m。圍堰借土取土前需要提前剝離取土區(qū)表層耕植土并臨時(shí)堆存，取土區(qū)開(kāi)挖深度3.0 m，取土坑邊坡1∶2；經(jīng)計(jì)算，需剝離表土708 m3（厚度按0.4 m 剝離），采用推土機(jī)施工，推運(yùn)距離20 m，挖掘機(jī)攏土堆存，剝離的表土堆高2.5 m，邊坡1∶1。圍堰拆除后拆除料運(yùn)回取土位置回填，上部利用剝離的表土覆蓋。圍堰取土需臨時(shí)征地0.2 hm2，占用期10 個(gè)月。

2.4.2 施工基坑排水

1）初期排水。橡膠壩下游圍堰填筑前可通過(guò)河床自然排除基坑內(nèi)的大部分明水。下游圍堰填筑完畢后基坑內(nèi)少量淤水可以使用2.2 kW 潛水泵進(jìn)行抽排。

2）經(jīng)常性排水。橡膠壩施工時(shí)在基坑封閉后沿圍堰背水側(cè)堰腳開(kāi)挖一圈截滲溝集水，間隔30 m布置集水坑，坑內(nèi)設(shè)2.2 kW 潛水泵，將截滲溝內(nèi)滲水抽排至基坑外河道內(nèi)。同時(shí)為保證基坑內(nèi)干地施工條件，還需要在基坑內(nèi)布置降水管井，提前排水降低基坑內(nèi)地下水水位。降水井間距40 m，梅花樁布置，需布設(shè)50眼，井深10 m，排水時(shí)間為60 d。

3 結(jié)語(yǔ)

水利工程施工導(dǎo)流方案由于受現(xiàn)場(chǎng)施工條件限制因素較多，對(duì)施工成本、質(zhì)量、安全和進(jìn)度存在不同程度的影響，只有通過(guò)各種邊界條件進(jìn)行綜合分析判斷，才能選定相對(duì)合理的工程布置方案。但在施工組織設(shè)計(jì)工程布置中，應(yīng)以保證工程安全為主且有利于開(kāi)展施工活動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目施工綜合效益的最大化。