李樹(shù)青，曹洪凱

（沈陽(yáng)市渾北灌區(qū)管理處，遼寧 沈陽(yáng) 110035）

1 工程概況

干河子攔河壩位于沈陽(yáng)市東陵大橋以上約3 km處渾河左叉上，攔河壩為實(shí)用堰型溢流式混凝土殼壩，壩殼厚0.50 m，內(nèi)部充填砂礫料，壩長(zhǎng)360 m，分為12個(gè)壩段，每段壩長(zhǎng)30 m，長(zhǎng)年過(guò)流。

干河子壩工程按洪水重現(xiàn)期30年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，按100年一遇標(biāo)準(zhǔn)校核。干河子壩設(shè)計(jì)流量為2625 m3/s。消力池屬干河子壩主體工程，按照干河子壩設(shè)計(jì)流量進(jìn)行消能工程設(shè)計(jì)。工程等別為III等，建筑物級(jí)別為3級(jí)。該次設(shè)計(jì)，消力池始端設(shè)2 m寬平臺(tái)與一級(jí)消力池挑坎銜接，然后接1∶3坡比17.10 m長(zhǎng)斜坡段。消力池水平段長(zhǎng)21 m，池深1.5 m，厚度0.8 m，基礎(chǔ)為20 cm素混凝土和15 cm砂墊層。海漫采用60 cm厚土工格柵塊石結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為10 cm碎石墊層和10 cm砂墊層。兩岸連接處設(shè)毛石混凝土擋土墻。主要工程量為混凝土，總量為1.67萬(wàn)m3；原海漫塊石利用40%，其余外購(gòu)。

2 施工導(dǎo)流設(shè)計(jì)

與干河子攔河壩位于同一主河道、同一斷面上的樞紐工程有渾北攔河壩，以及渾北攔河壩北側(cè)的沖砂閘、進(jìn)水閘。渾北攔河壩長(zhǎng)290 m，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，100年一遇洪水校核，壩頂高程與干河子攔河壩相同為52.60 m，兩壩之間由鳥(niǎo)島連接。沖砂閘閘孔尺寸為6孔×寬3 m×高2 m，按照50年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，100年一遇標(biāo)準(zhǔn)校核。設(shè)計(jì)與校核流量分別232 m3/s、518 m3/s。進(jìn)水閘設(shè)計(jì)流量為48 m3/s，閘孔尺寸為6孔×寬2 m×高2 m。

根據(jù)《干河子壩船閘工程施工導(dǎo)流方案研究》論文中施工期設(shè)計(jì)洪水、導(dǎo)流方案選擇比較的計(jì)算成果，最大洪峰為337 m3/s（p=10%）。施工導(dǎo)流采用一壩兩閘方式，即渾北攔河壩、沖砂閘、進(jìn)水閘共同承擔(dān)導(dǎo)流任務(wù)。3座閘壩總泄量為Q=445 m3/s＞337 m3/s，滿足導(dǎo)流要求。

3 施工降水方案的研究

3.1 地質(zhì)條件

消力池修復(fù)工程場(chǎng)地內(nèi)，地下水初見(jiàn)水位埋深0.4～0.6 m，穩(wěn)定水位在0.2～0.5 m。上部為雜填土，厚度為0.2～0.3 m，物理力學(xué)性質(zhì)差，呈強(qiáng)透水性；中間層為圓礫石，埋深淺，最大揭露深度達(dá)11.5 m，分布連續(xù)，力學(xué)性質(zhì)較好，呈強(qiáng)透水性，其中的孔隙水是地下水的主要來(lái)源；底部是強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，密實(shí)度高，力學(xué)性質(zhì)較好，屬中等透水。因此，從工期要求和基礎(chǔ)開(kāi)挖的投資角度兩方面考慮，消力池修復(fù)工程基礎(chǔ)應(yīng)坐落在中間層圓礫石上。由此造成施工降水將成為制約該工程能否按計(jì)劃完成的決定因素。

3.2 滲透系數(shù)和基坑滲水量

1）滲透系數(shù)的確定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)中間層圓礫石抽水試驗(yàn)，測(cè)得滲透系數(shù)K=77.5 m/d，室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)得滲透系數(shù)K=84.6 m/d。由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是在河床內(nèi)，受地表水影響較大，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的精度有較大影響，因此選用室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果K=84.6 m/d為準(zhǔn)。

2）基坑滲水量計(jì)算?；訚B水量包括干河子壩上游壩基滲漏量和消力池基礎(chǔ)開(kāi)挖圓礫石層的涌水量。由于消力池前后兩處齒墻埋深最大，底高程為40.0 m。為確保消力池全段施工無(wú)地下水影響，水位高程應(yīng)降至39.0 m處。

根據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》，壩基日滲漏量計(jì)算公式：

式中：q——壩基單寬滲漏量，m3/d；H——壩上下游水位差，H=8.4 m；M——水位降深，M=5.7 m；K——滲透系數(shù)，K=84.6 m；L——壩基寬度，L=28.0 m。

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》，基坑日涌水量計(jì)算公式：

式中：Q2——基坑總涌水量，m3/d；K——滲透系數(shù)，，k=84.6m/d；H——潛水含水土層厚度，H=11.5 m；S——基坑水位降深，S=5.7 m；b——基坑距岸邊地表水距離，b=111 m；r0——矩形基坑等效半徑，r=0.29 m；（a+b）=116.80 m，（a，b 分別為場(chǎng)地的長(zhǎng)和寬，360，42.8）

Q=Q1+Q2=8.43 m3/d，折合成排水流量：0.9757 m3/s

3.3 方案比選

3.3.1 方案一：井點(diǎn)降水

1）上、下游圍堰高程。為確保施工期干河子壩安全穩(wěn)定，采用上下游圍堰工程封閉施工。依據(jù)施工期設(shè)計(jì)洪水成果，上游最大來(lái)水量Q=337 m3/s，得壩前水位為53.20 m?？紤]安全超高及波浪爬高，確定上游圍堰頂高程為54.20 m；施工期內(nèi)下游王家灣橡膠壩蓄水，新改造的王家灣壩頂高程45.50 m，考慮壩頂溢流、安全超高及波浪爬高，下游圍堰頂高程確定為46.50 m。

2）圍堰工程量。根據(jù)該工程特點(diǎn)，按投資經(jīng)濟(jì)、取材方便的原則，圍堰型式采用斜坡鋪設(shè)土工膜防滲的砂礫石圍堰，土工膜采用兩布一膜。考慮施工交通等需要，上游圍堰頂寬7 m，內(nèi)外邊坡1∶2.0，總長(zhǎng)度為 382 m；下游圍堰頂寬5 m，邊坡1∶2.0，總長(zhǎng)度為365 m。圍堰土方工程量為51773 m3。

3）井點(diǎn)降水方案。施工期水位高程為43.9 m，水位高程應(yīng)降至39.0 m，降低地下水4.9 m。由于消力池基礎(chǔ)為圓礫石，滲透系數(shù)大，需采用鋼管井降水，集水井結(jié)合排水溝槽的方法降排水。按照環(huán)形布置尺寸為2 m×2 m的23眼集水井，間距20 m。鋼管井直徑為0.5 m，井深10 m。經(jīng)計(jì)算單井抽水量為1980 m3/d，總抽水量為4.55萬(wàn)m3/d，大于基坑涌水量，滿足施工要求。

3.3.2 方案二：利用潛水軸流泵站實(shí)施溝槽明排

1）圍堰工程。利用干河子壩本身作為上游圍堰。在壩體頂部堆砌填土編織袋，高度為1.6 m，寬為0.5 m，長(zhǎng)為360 m。工程量為288 m3。下游圍堰采用方案一設(shè)計(jì)，工程量為17210 m3。

2）利用潛水軸流泵站實(shí)施溝槽明排方案。

①集水坑設(shè)計(jì)。降低地下水4.9 m，確定設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度為5.4 m。集水坑平面尺寸為50 m×50 m，按1∶2坡度降深，形成排水漏斗。順壩體方向，分左、中、右布置相同的3個(gè)集水坑，土方開(kāi)挖量為26783 m3。

②排水溝槽設(shè)計(jì)。以齒墻底高程40.0 m為排水溝槽底高程，長(zhǎng)為51 m，寬為2 m，按0.2%坡降設(shè)計(jì)。消力池上游齒槽攔截壩基滲水，通過(guò)排水溝槽，導(dǎo)入下游集水坑。

③泵站設(shè)計(jì)。根據(jù)基坑總滲水量0.9757 m3/s，設(shè)計(jì)泵站為2臺(tái)400型和1臺(tái)350型潛水軸流泵，組合排水流量為1.1 m3/s，滿足排水要求。泵站揚(yáng)程基本滿足開(kāi)挖深度要求。潛水軸流泵站設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

3.3.3 圍堰工程量比較

消力池圍堰工程量見(jiàn)表2。

根據(jù)干河子壩消力池圍堰工程量表對(duì)比，方案二比方案一節(jié)省投資294542元，并且可利用集水坑開(kāi)挖土方17210 m3用于下游圍堰筑堤，土方利用率顯著提高，減小運(yùn)距，提高效率，可以大大縮短臨時(shí)工程工期。但是，方案二壩前有較大的水頭壓力，在壩基滲流和大面積基坑降水作用下，對(duì)大壩的安全穩(wěn)定帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

表1 潛水軸流泵站設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 干河子壩消力池圍堰工程量表

3.3.4 降排水工程比較

降排水工程量，見(jiàn)表3。

表3 干河子壩消力池降排水工程量表

根據(jù)干河子壩消力池降排水工程量表對(duì)比，方案二比方案一節(jié)省投資188714元。方案二的泵站運(yùn)行費(fèi)用與方案一運(yùn)行費(fèi)用大體相當(dāng) ，即節(jié)省了排水井投資，而且又可以提前實(shí)施基坑排水，大大縮短臨時(shí)工程工期。

4 結(jié)論和措施

1）干河子攔河壩二級(jí)消力池受2010年主汛期洪水長(zhǎng)時(shí)間、大流量、持續(xù)沖刷，導(dǎo)致二級(jí)消力池底部進(jìn)水，加上冬季壩上未過(guò)流，嚴(yán)寒凍脹嚴(yán)重破壞。由于壩基滲水量和消力池基礎(chǔ)涌水量大，施工降水成為制約消力池應(yīng)急修復(fù)工程的關(guān)鍵影響因素。在兩種方案都滿足施工降水要求的情況下，井點(diǎn)降水方案更有利于保護(hù)干河子攔河壩的安全穩(wěn)定。但是，受資金限制，方案二比方案一節(jié)省投資483256元。按技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理的原則，且充分考慮工期限制這個(gè)必要條件，選用利用潛水軸流泵站實(shí)施溝槽明排方案。

2）由于施工期干河子壩前有水，再加上5.4 m深、50 m×50 m大型集水坑開(kāi)挖和施工降排水，每個(gè)集水坑周?chē)乃怀事┒窢罘植?，形成近大遠(yuǎn)小的曲面形狀。減小了基礎(chǔ)中地下水對(duì)干河子壩及一級(jí)消力池的浮托力，同時(shí)孔隙水從土中排出，河床基礎(chǔ)變形，易引起干河子壩下游的地基沉降。由于消力池建造過(guò)程中又會(huì)引起再壓縮沉降，最終導(dǎo)致干河子壩沉降破壞。因此，為確保干河子壩安全，施工期間在每個(gè)壩段壩頂、壩底、一級(jí)消力池下游齒墻頂，共布設(shè)36個(gè)觀測(cè)點(diǎn)、12個(gè)觀測(cè)斷面，實(shí)施二等水準(zhǔn)沉降觀測(cè)，評(píng)估對(duì)壩體和一級(jí)消力池的沉降影響，為判斷是否需要對(duì)原建筑進(jìn)行修繕、搶險(xiǎn)提供依據(jù)。目前，經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，干河子壩工程均安全無(wú)恙。

［1］曹洪凱，朱映光，董芮民.干河子壩船閘工程施工導(dǎo)流方案研究［J］.東北水利水電,2010（8）.

［2］沈陽(yáng)市水利建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院.渾北灌區(qū)渠首干河子攔河壩水毀修復(fù)工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.沈陽(yáng)：2011，3.

［3］工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007，2.

［4］JGJ120—99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.