麥樹鋒

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院,廣東 廣州 510635)

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廣東省山區(qū)中小河流治理工程的施工導流設(shè)計

麥樹鋒

(廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院,廣東 廣州 510635)

以2015年度《廣東省山區(qū)五市中小河流治理工程》初步設(shè)計和施工圖設(shè)計為基礎(chǔ)資料,結(jié)合廣東省山區(qū)中小河流治理工程的特點以及水文氣象、地質(zhì)條件,對工程的施工導流標準、導流時段、導流方式和圍堰設(shè)計進行探討和總結(jié),可為同類型的中小河流設(shè)計提供參考。

洪水標準;施工導流;圍堰設(shè)計;防滲措施

1 廣東省山區(qū)中小河流治理工程的特點

1.1 工程特點

廣東省山區(qū)中小河流整治的主要建設(shè)內(nèi)容為河道清淤疏浚、護岸固腳加固、攔河(跨河)建筑物的新建或重建、堤防填筑,施工項目相對簡單[1]。由于建設(shè)線路長、建設(shè)內(nèi)容分散,且部分河段位置偏僻、人跡罕至,部分河段兩岸地形陡峭,施工條件較差；另外,由于工程投資的限制,需制定合理的施工組織設(shè)計方案,尤其是施工導流設(shè)計方案。需施工導流措施的水工建筑物斷面見圖1～4。

圖1 護岸固腳加固示意(單位：mm)

圖2 新建(重建)攔河建筑物示意(單位：mm)

圖3 新建(重建)跨河建筑物示意(單位：mm)

圖4 堤防填筑示意(單位：mm)

1.2 水文特點

山區(qū)中小河流洪水主要由暴雨形成,洪水發(fā)生的時間和地區(qū)分布與暴雨一致。由于山區(qū)坡高谷深起伏大,溪河密集,洪水匯流快,流速大,洪峰猛漲暴落,從降雨到洪水災(zāi)害形成歷時短,一般只有幾小時,短則不到1 h,很少達到或者超過24 h。其特點是突發(fā)性、短歷時、高強度。此外,中小河流多數(shù)地處山丘區(qū),地形復雜,起伏大,開闊平地少。

2 施工導流標準及時段

2.1 概述

施工期可能遇到的頻率洪水是一個隨機事機,如果導流標準太低,則不能保證工程施工安全；反之,則使導流工程規(guī)模過大,不僅增加導流費用,而且可能因其規(guī)模太大以致無法按期完成,造成工程施工的被動局面。因此,導流標準的確定,應(yīng)結(jié)合風險度分析,使所選標準合理、切合實際。

山區(qū)河流治理工程一般為Ⅳ等和Ⅴ等小型工程,永久建筑物為4級和5 級。按照水利行業(yè)標準《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》(SL 303—2004)的規(guī)定,施工導流建筑物為5級,相應(yīng)土石導流建筑物的洪水重現(xiàn)期為5～10 a。

臨時工程保護對象的不同,其導流時段也不同,但中小河流整治項目一般安排在枯水期進行。根據(jù)堤防、攔河(跨河)建筑物的工程量、施工期來水量大小,并結(jié)合導流工程的投資控制,導流時段可在10月至翌年4月期間選擇。

按照中小河流的治理原則,鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口密集區(qū)主體工程的防洪標準取10～20年一遇；村莊人口密集區(qū)主體工程的防洪標準取5～10年一遇；農(nóng)田則因地制宜,按照5年一遇以下防洪標準或不設(shè)防考慮。如果將導流建筑物的設(shè)計標準定得比主體工程的防洪標準還高,顯然不太合理。在本次廣東省中小河流治理工程施工組織設(shè)計的編制過程中,結(jié)合現(xiàn)場查勘以及計算分析,我們對導流標準以及導流時段進行了靈活處理,從2015年度已施工的項目來看,設(shè)計基本滿足施工要求。

2.2 護岸固腳加固項目的施工導流標準及時段

護岸固腳結(jié)構(gòu)一般采用硬質(zhì)護岸固腳形式,比如混凝土和漿砌石結(jié)構(gòu),有時需在臨時圍堰的保護下方可進行干地施工,這就涉及到臨時圍堰的導流標準問題。按照相應(yīng)規(guī)范規(guī)定,土石導流建筑物洪水重現(xiàn)期最小為5年一遇,而中小河流部分河段的主體工程可以低于5年一遇或者不設(shè)防,如果將圍堰導流標準定得比主體工程的標準還高,明顯不合理。根據(jù)水文計算,大部分河流的施工期(一般為枯水期)5年一遇洪水流量比全年2年一遇洪水流量還要大,而部分農(nóng)田在遭遇2年一遇全年洪水時已被淹,故將導流標準選為枯水期5年一遇不切合實際。根據(jù)廣東省中小河流治理工程的實際情況,施工導流標準采用枯水期多年平均洪水標準。施工期內(nèi)若預報有頻率洪水,可以提前撤離基坑內(nèi)的人員、施工機械,允許基坑淹沒過水,損失可以有效控制。

2.3 新建(重建)攔河(跨河)建筑物的施工導流標準及時段

在山區(qū)中小河流治理中,攔河(跨河)建筑物如水陂、格柵壩、過水橋等,規(guī)模及投資均較小,按照規(guī)范要求,其導流標準最小為5年一遇。考慮到山區(qū)河流枯水期流量小、水深較淺、主體工程施工僅需1—2個月工期的特點,故施工導流標準采用枯水期多年平均洪水標準。

2.4 新建(加固)堤防填筑項目的施工導流標準及時段

新建或加固堤防因其涉及到土方填筑碾壓,對土方填筑的含水率和干密度控制尤為重要,故一般不允許基坑浸泡或過水。故新建或加固堤防導流標準均要求按規(guī)范執(zhí)行,設(shè)計采用枯水期5年一遇洪水標準。

3 施工導流方式

3.1 護岸固腳加固項目的施工導流方式

針對廣東省山區(qū)中小河流治理工程,其施工導流方式還有以下特點：

1) 山區(qū)中小河流治理工程均安排在枯水期施工,枯水期內(nèi)的大多數(shù)河流水深較淺,水深約為0.3～0.5 m。在進行河道永久斷面設(shè)計時,可考慮與導流建筑物相結(jié)合。對于河面較寬的河道,可以設(shè)置主河槽,在邊灘預留二級平臺,利用河水歸槽的特點降低水位,以減少圍堰斷面尺寸或取消岸邊圍堰,為河岸固腳或護岸提供有利的施工條件[3-4]。

2) 縱向圍堰填筑料可直接利用基坑的開挖料。

3) 根據(jù)已實施項目的設(shè)計、施工經(jīng)驗,河寬10 m以上的,需在左右岸各各布置一道圍堰。河寬10 m以內(nèi)的,僅需在河道中間部位布置一道縱向圍堰,縱向圍堰為左右岸共用,一側(cè)護岸固腳加固項目先行實工,完工后進行另一側(cè)的施工。

3.2 新建(重建)攔河(跨河)建筑物的施工導流方式

1) 明渠導流：擬建的攔河(跨河)建筑物比如水陂或格柵壩,對于岸坡平緩或一岸具有較寬的臺地或埡口的,首選明渠導流,其施工速度快,對建筑物的干擾小,且最為經(jīng)濟,此方法在中小河流治理工程中使用最廣,也最實用,但因其涉及到征地問題,需要參建各方協(xié)調(diào)好與地方的關(guān)系。

2) 分期導流：對于河面較寬的河流,兩岸地勢高于河床,可采用左右岸分期圍堰法施工。一期圍堰圍護一岸、利用束窄后的原河床泄流；二期圍堰圍護另一岸、利用已建部分的預留孔洞泄流。

3) 涵管導流：以郁南縣磨面坑中小河流治理工程的新建水陂為例,該水陂擬建位置河道陜窄,兩岸山體陡峭,無法進行明渠導流,若采用隧洞導流將大大增加臨時施工導流費用。

該項目采用一期左岸橫向圍堰1次攔斷河道上下游,通過預埋在右岸灘地的砼管進行導流,對左岸連接壩段和河床中部泄水段進行施工。二期填筑右岸灘地圍堰、利用河床中部的陂頭預留泄水孔進行導流,進行右岸壩段的施工。

需注意是,涵管導流僅適用于導流流量較小的河流,因涵管管徑以及布置數(shù)量的限制,在山區(qū)河流中若暴發(fā)洪水,將難滿足導流要求,屆時將淹沒基坑,對工程造成一定的危害及經(jīng)濟損失,需謹慎使用。

3.3 新建(加固)堤防填筑項目的施工導流方式

新建(加固)堤防填筑基本采用常規(guī)導流方式,即分期分段在河岸邊布置縱向圍堰擋水,利用束窄后的原河床導流,導流示意見圖5。對于堤圍內(nèi)排水,大多利用新建或已有排水涵進行排泄,排水涵過流能力應(yīng)滿足設(shè)計要求。

圖5 堤防填筑導流示意(單位：mm)

4 圍堰設(shè)計

4.1 護岸固腳加固項目的施工圍堰

考慮到山區(qū)中小河流治理工程導流建筑物的經(jīng)濟性和材料獲取的便捷性,選擇土石圍堰。

對于河岸混凝土、漿砌石固腳項目等施工需臨時圍堰的河段,施工期水深較淺,可利用土方開挖料填筑形成縱向土圍堰,圍堰高度比枯水期水位高0.5～0.8 m即可滿足施工,為節(jié)約投資,堰6頂寬取0.8～1 m,兩側(cè)邊坡1∶1,如圖6所示。

圖6 護岸固腳圍堰布置示意(單位：mm)

4.2 新建(重建)攔河(跨河)建筑物的施工圍堰

新建(重建)攔河(跨河)建筑物無論是采用哪種方式導流,均需要修筑臨時圍堰,攔河(跨河)建筑物具有規(guī)模較小,工期短的特點,臨時圍堰的堰頂高程可按枯水期多年平均洪水位加上安全超高值考慮,為便于機械施工,采用土圍堰,堰頂安全超高取值0.5～0.8 m,堰頂寬1.0～3.0 m,兩側(cè)邊坡1∶1.5。

4.3 新建(加固)堤防填筑項目的施工圍堰

按導流標準設(shè)計的圍堰,均按不過水圍堰設(shè)計。水深較深的河流,水上部分的施工應(yīng)采用分層填筑碾壓施工,水下部分宜采用石渣混合料填筑,以減少流失,增強圍堰堰體的穩(wěn)定性。石渣料可利用山區(qū)河流河床上的卵石料。郁南縣南江大灣橋下游側(cè)新建擋墻圍堰即采用這種形式,使用效果較好。

不過水圍堰堰頂高程不應(yīng)低于設(shè)計洪水的靜水位+波浪高度+堰頂安全超高值之和,安全超高值應(yīng)不小于0.5 m。由于山區(qū)河流水文資料不齊全,對施工期洪水流量及水面線的推算精度較差,為安全起見,堰頂高程采用已計算出的設(shè)計洪水靜水位+安全值 1 m(含波浪爬高)考慮。

土石圍堰堰頂寬度至少要滿足車輛上料運輸及其它施工設(shè)備的要求,且不應(yīng)小于3.5 m,堰體迎水側(cè)采用編織土袋護坡,內(nèi)壓土工布,土工布的作用是防止河水將土料帶走。圍堰基礎(chǔ)是否進行防滲處理,要區(qū)分對待,根據(jù)圍堰所保護建筑物的工程量、施工工期、投資、施工期來水量以及基坑淹沒后的損失進行綜合評估。若為砂性土等透水性地基,覆蓋層在1 m左右,則可對其進行換填粘土處理。若為覆蓋層大于1 m、小于5 m的地基,可在圍堰基坑內(nèi)四周開挖排水溝,設(shè)置集水井,利用潛水泵將基坑滲水進行抽排。若為覆蓋層大于5 m的地基,則應(yīng)進行防滲處理,現(xiàn)階段較為成熟的防滲措施主要有高壓擺噴,其防滲效果較好,施工速度快,但造價稍高。

5 結(jié)論

1) 對于需提供干地施工條件的護岸段、擬建的攔河(跨河)建筑物建筑物,如主體工程防洪標準較低,根據(jù)實際情況其施工期洪水設(shè)防標準可低于5年一遇,按枯水期2年一遇考慮。新建(加固)堤防填筑項目的施工洪水按枯水期5年一遇考慮。

2) 對于攔河(跨河)建筑物的施工導流方式,宜優(yōu)先考慮明渠導流,其次為分期導流、涵管導流,隧洞導流一般不作考慮。

3) 結(jié)合山區(qū)河道當?shù)夭牧锨闆r,堰型首選土石圍堰,堰體防滲或?qū)B措施應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況及基坑重要性確定。

[1] 肖國哲. 中小型河流施工導流問題初探[J]. 山西水利，2002(1):41-42．

[2] 盧進和. 山區(qū)小型水利水電工程的施工導流設(shè)計淺析[J]. 水電站設(shè)計, 2007, 23(2):27-28．

[3] 魏才. 施工導流技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2014(6):165．

(本文責任編輯 王瑞蘭)

Construction Diversion Design of Small and Medium River Treatment Project in Guangdong Province

MAI Shufeng

(Guangdong Hydropower Planning & Design Institute，Guangzhou 510635，China)

Based on the data of 2015 “small and medium-sized rivers governance project in mountainous area of Guangdong Province”, combined with Guangdong Province small mountain rivers project characteristics and meteorological and hydrological and geological conditions, preliminary design and construction drawing design, engineering standard of construction diversion, river diversion section, diversion and cofferdam design are discussed and summarized, which can be provided as reference for the same type of small and medium rivers in design.

Flood standard； Construction diversion；Cofferdam design；anti-seepage measure

2016-05-10;

2016-06-14

麥樹鋒(1986),男,本科,工程師,從事水工設(shè)計、水工施工等工作。

TV511

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1008-0112(2016)05-0107-05