顧永明

（江蘇省水利建設(shè)工程有限公司 揚(yáng)州 225002）

1 引言

河道截流是水利水電工程施工導(dǎo)流項(xiàng)目的主要分部之一，也是工程施工關(guān)鍵線路中的控制性項(xiàng)目。因在截流施工過程中存在多種不確定因素和隨機(jī)因素，截流施工過程本身存在著很強(qiáng)的風(fēng)險(xiǎn)性。在沿海潮汐河道中實(shí)施截流施工，受海水漲落潮的影響，在河道內(nèi)定時(shí)形成正反向水流沖刷河床，因此進(jìn)行截流施工的難度更大。本文結(jié)合新沭河治理三洋港樞紐中泓封堵施工實(shí)例，研究了沿海潮汐漲落條件下截流的水力學(xué)特性，提出了截流施工優(yōu)化方案，并對各階段的施工要點(diǎn)作了深入的探討分析。

2 工程概述

2.1 工程簡介

新沭河治理三洋港擋潮閘樞紐是治淮19項(xiàng)骨干工程之一，位于新沭河臨?？冢?3孔總凈寬495m的擋潮閘、3孔總凈寬18m的排水閘及上、下游引河擴(kuò)挖工程組成。工程主體分三期完成，施工安排在每年的非汛期進(jìn)行，汛期正常行洪，需要導(dǎo)流的時(shí)間為每年的10月至次年的5月。根據(jù)主體工程布置及現(xiàn)場地形條件，新沭河中泓左岸工程施工期間，在建筑物周圍筑圍堰擋水，利用新沭河中泓導(dǎo)流，在新沭河中泓截流前完成建筑物水下工程施工，且挖通三洋港閘右半幅引河，具備通水條件，至汛前拆除圍堰；右岸公路路基施工期間，在其上、下游筑圍堰截?cái)嘈裸鸷又秀?，保護(hù)其干地施工，利用已挖通的三洋港閘右半幅引河導(dǎo)流。

2.2 截流河道水流概況

3 截流壩壩址選擇

截流壩壩址選擇考慮的因素：（1）河道兩側(cè)地塊開闊、平坦，有足夠的場地堆放填筑料；（2）有已成型施工道路與外界相通；（3）截流時(shí)水流的沖刷對建筑物的安全運(yùn)行影響最?。唬?）結(jié)合后續(xù)施工要求。經(jīng)綜合考慮、論證，新沭河中泓封堵截流壩壩址選擇布置于樁號為11+990（左岸）～12+123m（右岸）位置。

4 截流壩斷面設(shè)計(jì)

截流壩斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1、圖2所示。采用進(jìn)占法水中拋填塊石筑成塊石壩，兩岸第一階段塊石壩填筑結(jié)束后，即開始在石壩的兩側(cè)坡面采用兩布一膜覆蓋，結(jié)合兩側(cè)填土保護(hù)中泓兩側(cè)邊坡。截流成功后在截流石壩的下游側(cè)填筑成后戧臺以防滲流。截流石壩總長約180m。

5 截流施工

5.1 施工準(zhǔn)備

圖1 非龍口段截流壩斷面示意圖

圖2 龍口段截流壩斷面示意圖

測量放樣：按照設(shè)計(jì)要求確定截流壩的位置，進(jìn)行現(xiàn)場放樣。

施工便道：在中泓的左、右岸分別修筑至截流壩的施工便道。左岸便道為塊石便道，但由于便道緊鄰排水閘下游護(hù)坡，安排載重30t以內(nèi)的汽車運(yùn)輸。右側(cè)施工便道采用厚度為1.0 m的灰土路基，上鋪50cm厚土夾石，寬度約為8m，能確保重載塊石運(yùn)輸車輛的暢通、安全運(yùn)行。

材料準(zhǔn)備：直接從礦山供應(yīng)塊石到填筑點(diǎn)，兩布一膜約12000m2，編織袋5000只，土工格柵8000m2，包括鐵絲等材料施工前組織進(jìn)場。

塊石備料場：在截流壩左右兩河岸設(shè)置塊石儲料場，儲備充足的合龍備用石料。

施工機(jī)械準(zhǔn)備：800t塊石運(yùn)輸平倉船2艘（自帶挖掘機(jī)），水上交通艇1艘，30～50t汽車24輛，180推土機(jī)2臺，20t吊車2輛。

5.2 截流水力學(xué)計(jì)算

針對該工程實(shí)際情況，運(yùn)用數(shù)模計(jì)算，假定截流時(shí)新建擋潮閘閘門按三種狀態(tài)考慮截流方案。方案一：閘門全開導(dǎo)流、分流；方案二：閘門全關(guān)；方案三：漲潮時(shí)關(guān)閉閘門，落潮時(shí)開啟閘門。

上邊界：封閉；下邊界：2010年9月28日實(shí)測潮型過程線；龍口簡化：寬頂堰，底高程-2.0m，邊坡1∶1.6，頂高程2.5m；導(dǎo)流明渠：底寬300m，上游底高程-2.0m，下游底高程-1.0m，邊坡1∶8。

通過計(jì)算，漲潮時(shí)關(guān)閉閘門并不能擋住潮水，反而使龍口流速大大增加，落潮時(shí)打開閘門可使龍口流速大大降低。因此龍口合龍施工時(shí)擬采用方案一，即打開所有閘門，盡量降低龍口最大流速。

此工況下，龍口出現(xiàn)的可能最大平均漲潮流速為4.17m/s，可能最大平均落潮流速為3.77m/s，此時(shí)龍口寬度為38m。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，堤頭最大流速為斷面平均流速的1.3倍，即可能達(dá)到5.42m/s。

龍口寬度與最大漲落潮流速、水位落差關(guān)系見表1。

表1 龍口寬度與最大漲落潮流速、水位落差關(guān)系表

5.3 中泓截流封堵塊石料的選用

結(jié)合該工程上下游出船通道缺口封堵的施工經(jīng)歷，根據(jù)伊茲巴什公式：

式中：V—塊石的極限抗沖流速，m/s；

Ke—穩(wěn)定系數(shù)，當(dāng)墊層塊石小于拋填塊石時(shí)取0.9；

D—塊石直徑，m；

γm—塊石容重，取2.65t/m3；

γ—水容重，取1.03t/m3；

g—重力加速度，取9.8m/s2。

可計(jì)算出各種流速下對應(yīng)的塊石直徑、重量見表2。

表2 塊石選用分類表

塊石進(jìn)場時(shí)，所進(jìn)塊石粒徑根據(jù)不同施工時(shí)段的流速不小于表2所要求的單塊重量（或粒徑），盡量減少沖失量。填筑時(shí)盡量將大塊石拋填至邊坡側(cè)，粒徑相對較小的拋填于中間。

5.4 截流施工流程

因中泓左側(cè)便道臨近排水通道的護(hù)坡，為防止塊石運(yùn)輸車輛通行影響護(hù)坡穩(wěn)定，運(yùn)輸車輛限載30t；30t以上的重型車輛主要從中泓右側(cè)陸路進(jìn)場。截流壩施工流程見圖3。

截流壩填筑總計(jì)需用塊石約77000m3（塊石沖失系數(shù)約為1.2），分3個(gè)階段施工。

（1）第一階段。需用塊石59800m3，其中陸上約24800m3，水上約35000m3。首先河底坡腳位置平拋，塊石由陸路運(yùn)至碼頭后，用汽車將塊石轉(zhuǎn)至800t的平倉船上，運(yùn)輸船到達(dá)指定位置后，用平倉船上的挖掘機(jī)拋填至坡腳。坡腳護(hù)好后，用同樣的方法拋填中泓河道中間部分，水上拋填平鋪河底至-2.0m，非龍口位置順?biāo)飨蜷L約86.4m，龍口位置順?biāo)飨蜷L90.6m，總寬度約180m，同時(shí)左右兩側(cè)從陸路同步拋石防護(hù)岸坡。中間段22.4m長位置填至-4.0m。

圖3 截流壩施工流程圖

（2）第二階段。需用塊石約12900m3，其中陸上約7000m3，水上約5900m3。塊石由水上、左岸、右岸三個(gè)方向同時(shí)拋填。由陸路運(yùn)輸?shù)膲K石，部分從左右兩岸進(jìn)行立堵，至頂高程2.5m；在高潮位時(shí)，部分塊石由水上船拋填龍口兩側(cè)的中間段，至頂高程2.5m（龍口位置除外）。拋填至龍口段時(shí)，全部拋填大塊石護(hù)面，左右兩側(cè)第二階段的石壩填筑長度均約為53m。

（3）第三階段（即合龍階段）。需用塊石4300m3。塊石由陸路從左岸、右岸兩個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行，龍口位置盡量布置在河道中間。

各階段需用塊石量見表3。

因中泓為潮汐河道，為防止?jié)q、落潮水流對拋填堤頭的沖刷，非合龍階段在填筑時(shí)大塊石填于壩上、下游迎水側(cè)形成防沖磯頭，中小塊石與石渣料填于壩心位置。壩頭拋填視穩(wěn)定情況，采用汽車直接拋填，或采用壩頭集料，用山推趕料拋填。中間段由平倉船拋填。非合龍段塊石約72700m3，因受道路及場地的限制，可運(yùn)輸時(shí)間按80%計(jì)，則非合龍階段的塊石日均填筑（運(yùn)輸）量約為1560m3。用30t和50t汽車運(yùn)輸（車輛數(shù)約為1∶1），需約60車次，每車運(yùn)3趟所配車輛滿足要求。

通過計(jì)算，龍口寬度在40～30m階段是最危險(xiǎn)的階段，最大流速都在4.15m/s左右。根據(jù)實(shí)測資料，漲潮速度快落潮慢，計(jì)劃高潮位時(shí)開始龍口封堵，一個(gè)漲落潮周期即約13小時(shí)內(nèi)完成龍口封堵。左右兩岸同時(shí)進(jìn)占，龍口封堵總量約4300m3，每側(cè)拋填總量約2150m3，每側(cè)的拋填強(qiáng)度約為165m3/h，每側(cè)安排7輛（2輛備用）30t卡車，每小時(shí)每車拋填31m3，即拋填強(qiáng)度約為1車/30min。能夠滿足要求。龍口封堵前在堰頂、備料場儲備約3000m3大塊石，另準(zhǔn)備5m3的塊石鐵絲籠400個(gè)。

土質(zhì)后戧臺布置于石壩的下游側(cè)，后戧臺土方填筑緊隨土石壩合龍后進(jìn)行。填土采用進(jìn)占法，從左右兩側(cè)積土區(qū)取土，向河道中間推進(jìn)。土堰頂寬14m，填土坡比約1∶10，

表3 各階段塊石用量表（單位：m3）

為防止龍口一次合龍不成功，龍口段兩側(cè)及上下游護(hù)底在龍口施工前先采用大塊石護(hù)面，以防沖失。

根據(jù)工程水文資料，春季施工可能遭遇上游洪水。為此采取以下措施以應(yīng)對可能的洪水：

（1）塊石壩填筑時(shí)，盡量將大塊石拋填至邊坡側(cè)，并且上游側(cè)的塊石粒徑相對更大些，粒徑相對較小的拋填于中間。

（2）擋潮閘上下游導(dǎo)流寬度盡量挖寬，以盡量增加通過擋潮閘的流量，減少通過中泓的流量，降低流速。

（3）左岸坡頂和坡底打設(shè)8～10m長木樁，防止拋石時(shí)滑坡而對排水閘帶來安全隱患。拋石前在河底鋪一層強(qiáng)度為120×120kN的土工格柵，以提高塊石壩的穩(wěn)定，降低下沉量，減少拋石量，盡可能地加快施工進(jìn)度。

5.5 施工導(dǎo)流

三洋港樞紐主體工程在非汛期施工，中泓截流安排在汛后實(shí)施，避免影響汛期行洪。由于種種原因，截流在4～6月份實(shí)施，帶來了較大的度汛風(fēng)險(xiǎn)，中泓截流只能一次成功。一旦發(fā)生反復(fù)，不僅會造成嚴(yán)重沖刷現(xiàn)象，更會影響到汛期的行洪安全。

根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃安排，4月底前截流壩填至 -4.0m，5月10日完成2.0m以下塊石填筑。水力數(shù)學(xué)模型計(jì)算，在現(xiàn)有狀況下?lián)醭遍l閘門一直打開對截流壩施工有利。填筑4.0m以下塊石時(shí)的最大流速均小于2.3m/s，填筑4.0～-2.0m時(shí)的可能最大流速均達(dá)4.02m/s以上，因此填筑-4.0m以上塊石時(shí)擋潮閘側(cè)應(yīng)開始導(dǎo)流，以盡量降低流速，減少塊石沖失。

5.6 截流時(shí)機(jī)的選擇

根據(jù)觀測，每個(gè)月的農(nóng)歷初三～初五、十五～十八為高潮位，因此龍口的突擊封堵時(shí)間需避開此時(shí)間段，需合理選擇龍口封堵時(shí)間。

6 結(jié)語

中泓封堵時(shí)因上下游引河施工進(jìn)度慢，新建擋潮閘未能開啟分流，只能在老泓道強(qiáng)行封堵。配備塊石運(yùn)輸船只3艘，龍口兩側(cè)各配備挖掘機(jī)1臺、推土機(jī)1臺、30t運(yùn)輸汽車20輛4.0～-2.0m之間填筑時(shí)時(shí)值高潮位，龍口寬度在80～90m，龍口水流流速最大約為4～5m/s，石壩內(nèi)外側(cè)最大水頭差約2～3m。最后合龍時(shí)龍口寬度約40m，時(shí)值低潮位，龍口的內(nèi)外水頭差約2m，龍口最大流速約為2～3m/s，龍口位置每天的拋填量約3000t，2天時(shí)間合龍，塊石的實(shí)際用量約為理論值的1.2～1.3倍。整個(gè)填筑工期約40天。

在該工程實(shí)踐中，把握住了充分利用潮位、土石方填筑速度迅捷、填料級配合理三個(gè)關(guān)鍵因素，確保了在沿海潮汐漲落條件下一次性截流合龍，為以后類似工程提供了成功的借鑒案例