游春香

（福建省水投勘測設計有限公司，福州 350001）

1 工程概況

西堤水閘位于福清市江鏡鎮(zhèn)柯嶼墾區(qū)西堤，柯嶼墾區(qū)由柯嶼島及東、西兩段海堤圍墾形成，兩堤各設1座水閘，共9孔，總凈寬69m，其中東堤水閘凈寬9m， 西堤水閘凈寬60m， 西堤水閘承擔墾區(qū)防洪（潮）、排水和納潮的主要任務。 工程位置如圖1。

圖1 工程位置示意圖

本次除險加固工程主要建設內容： ①拆除重建水閘閘室；②新增內外港消能防沖設施；③內外港翼墻護岸加固；④閘門及啟閉設備更換；⑤拆除重建生產用房和啟閉房； ⑥完善工程觀測及自動化控制系統(tǒng)。

本次除險加固水閘閘室拆除重建后仍為分離式閘室， 孔數與凈寬保持不變， 總凈寬60m， 閘室長18m，底板面高程降至-3.00m，閘室高9m，閘室兩側設減壓空箱； 內外港消能防沖設施由消力池和海漫組成， 消力池采用下挖式結構， 池深1m， 池面高程-4.00m， 兩側翼墻為衡重式結構， 擋墻墻身高4～9m，內外海漫采用水下模袋混凝土結構。

2 水文地質條件

逕溪流域洪水主要由4—6月的鋒面雨和7—10月的臺風暴雨形成，4—9月雨量占全年的80%。 鋒面雨洪峰低但洪水范圍廣、洪水量大、持續(xù)時間長，往往形成多峰型洪水； 平均每年有2～3次臺風影響，臺風暴雨歷時短、雨量集中、強度大、來勢猛，為造成本地區(qū)洪澇災害主要原因。

工程地處興化灣，潮汐特征為規(guī)則的半日潮，灣內平均潮差由灣口向灣頂逐漸增大，潮型為“兩高兩低”，多年平均潮位差可達8m。

閘址施工期不同時段洪水及潮位特性如表1。

表1 水閘閘址各時段洪水成果與潮位特性

工程區(qū)內出露地層自上而下分別為： 人工填土層（Q4s）、第四系沖積海積層（Q4al）和侏羅系赤水組凝灰熔巖（J3ch2）。 其中，水閘閘室基礎與外圍堰堰基坐落在強～微風化凝灰熔巖上，物理力學性質與抗?jié)B穩(wěn)定性好； 水閘內圍堰堰基坐落在粉質黏土及全風化凝灰熔巖，表層粉質黏土為微透水性，下部基巖風化層為弱～中等透水巖體，物理力學性質與抗?jié)B穩(wěn)定性較好。

3 導流標準與方案比選

西堤水閘為Ⅱ等大（2）型工程，主要建筑物為2級，導流建筑物的級別選定為4級，采用10年一遇洪水重現期標準。

本工程施工期為12個月， 施工期間需正常納潮保證墾區(qū)海水養(yǎng)殖區(qū)水體交換的需求， 并要求于次年6月份前完成主體工程并具備防洪（潮）能力，水閘閘室拆除重建和新增內外消能防沖設施作為主體工程主要建設內容，土石方及混凝土澆筑工程量較大，是控制本工程進度的關鍵項目， 施工導流方式的選擇將直接影響主體工程施工實施進度與工程效益發(fā)揮，是本工程需解決的一個主要技術難點。

本工程外港潮位高，閘址坐落裸露基巖，水閘閘址兩岸無開闊灘地，且靠近高速路基，同時省道沿線西堤穿越， 因而除利用東、 西堤水閘自身閘孔導流外，無成洞或新開明渠等導流條件。施工導流方式采用分期圍堰導流方式和一次攔斷河床圍堰導流方式進行綜合分析比選。

若采用分期施工， 將不可避免地跨越汛期施工，導流時段為全年期，分兩期實施。 經設計洪水遭遇外港多年平均高潮位的最不利組合對上游洪水進行蓄排澇調洪計算以及納潮能力計算，采用西堤水閘2孔閘門及東堤水閘3孔閘門全開進行導流可滿足施工期內泄洪與納潮功能需求。 分期導流方案一期圍堰自3#孔向內外延伸布置，圍右岸3孔，由左側2邊孔及東堤水閘全開導流；二期圍堰自已建4#孔向內外延伸布置，圍左岸3孔，由已建右岸2邊孔及東堤水閘全開導流。 受圍堰高度與閘孔寬度限制，縱向圍堰不宜采用坡式圍堰型式，需采用直立式圍堰， 考慮到堰基坐落基巖且施工期潮位落差大，常規(guī)混凝土或漿砌石圍堰施工困難且造價高昂，分期導流方案縱向圍堰采用雙排鋼板樁內填砂圍堰，橫向圍堰采用上下游外側充灌砂條袋壓載護坡，中心吹填砂圍堰。

若采用一次攔斷河床施工，在僅有東堤水閘導流的條件下勢必無法全年期施工，擬考慮枯水期一次攔斷圍堰導流方案。 逕溪流域來水集中在4—9月，占全年的80%，為主汛期，導流時段擬定為10—3月， 時段內主要完成圍堰填筑拆除及閘室下部結構、內外港消力池和翼墻等主要建筑物施工及水工閘門安裝調試。 結合到枯水期上游來水量少，墾區(qū)海水養(yǎng)殖區(qū)納潮換水量少的特點，經最不利組合調洪計算與納潮能力計算， 利用東堤水閘3孔閘門進行導流可滿足功能需求。 本方案圍堰采用常規(guī)土石圍堰。

兩個方案調洪計算與技術經濟比較如表2～表3。

表2 導流方案蓄排澇調洪計算結果

表3 施工導流方案技術經濟比選

以上兩種方案技術上均可行，在施工程序復雜程度、施工程序和周期、對舊閘室拆除方案、對主體工程影響、對外交通及臨時工程投資方面上，采用枯水期一次攔斷圍堰導流方案均具有較大優(yōu)勢， 但該方案在一個枯水期內主體工程工作量較大，存在一定風險，對施工工藝優(yōu)化，施工計劃安排，以及人、機、材銜接等施工管理方面提出了更高的要求。經綜合分析，結合現場實際情況，確定采用枯水期一次攔斷圍堰導流方案。

4 導流程序

墾區(qū)內港正常蓄水位0.00m，最大可調庫容約2800萬m3，導流時段10至次年3月，通過東堤水閘導流。上游來水時，當期間內港水位低于或等于外港潮水位，東堤水閘閘門關閉，當內港水位高于外港潮水位，東堤水閘閘門全開泄水， 洪潮遭遇工況經對比P=10%洪水遭遇外港多年平均高潮位過程線及多年平均洪水遭遇外港P=10%潮位過程線兩種組合， 取設計洪水遭遇外海多年平均高潮位的不利組合， 經24h洪水蓄排澇調洪計算，內港最大滯水時段10h，新增來水720萬m3，對應洪水位1.30m；納潮時，選用對納潮不利的潮型，內港水位從-0.50m起調，在一個漲潮過程中，通過東堤水閘3孔全開進水，內水位上升至正常蓄水位時停止納潮，在兩次落潮過程中放水； 遭遇外海高潮位時， 東堤水閘關閉，通過東西兩堤及外圍堰閉合擋潮。

5 導流建筑物設計

內外圍堰均布置于水閘內外消力池外側， 外圍堰軸線布置距離閘址約37m，軸線長度為87m，內圍堰軸線布置由左岸空地避讓沖坑延伸至內港右岸，軸線長度為144m。

圍堰建筑物級別為4級， 均采用梯形不過水圍堰。內圍堰擋水位采用內港設計洪水位，堰頂設計高程為2.25m，為兼顧兩岸通行縱坡，圍堰填筑面高程2.20m，兩側利用1m高袋裝土堆高作為防浪墻兼通行防護。外圍堰擋水位采用外港設計高潮水位，堰頂設計高程為6.40m，圍堰填筑面高程5.20m，堰頂設袋裝土防浪兼攔擋。

為加快施工，內外堰體均就近采購黏土填筑，內外圍堰迎水側邊坡坡比均為1∶2， 坡面設0.5m厚袋裝土壓載防滲土工膜，背水側邊坡坡比均為1∶1.5，坡面設1m厚砂包壓載導滲。為提高內圍堰抗滑穩(wěn)定，迎水側-7.00m高程設5m寬拋石護腳平臺。 為提高外圍堰抗滑抗?jié)B穩(wěn)定，內外邊坡高程1.50m處設3m寬壓載平臺，迎水側-2.00m高程設5m寬拋石護腳平臺?？紤]到外圍堰基礎主要為強～微風化凝灰熔巖，為提高填筑土料同基巖接觸面的抗?jié)B強度， 堰基與基巖結合處回填0.5m厚1∶8水泥土防滲。

采用《理正巖土系列軟件》進行抗滑與滲流穩(wěn)定有限元分析，經采取一定抗滑抗?jié)B措施后，內外圍堰迎水坡抗滑穩(wěn)定系數1.18～1.27，最大堰坡/堰基滲流出逸比降為0.31～0.50，滿足抗滑與抗?jié)B穩(wěn)定要求。圍堰抗滑抗?jié)B計算如表4。

表4 圍堰抗滑抗?jié)B計算結果

枯水期一次攔斷圍堰導流方案布置如圖2。

圖2 枯水期一次攔斷圍堰導流方案布置

內圍堰典型斷面如圖3，外圍堰典型斷面如圖4。

圖3 內圍堰典型斷面

圖4 外圍堰典型斷面

6 導流建筑物施工與主體工程施工強度分析

圍堰土石方填筑量合計約3.7萬m3， 根據圍堰工作量， 10月初至11月中旬完成圍堰填筑，3月中下旬完成圍堰拆除。 圍堰施工利用落潮時段預進占施工，根據地形條件及施工道路布置，內外圍堰均從岸邊向中間推進，堰體填筑料利用外購料，采用1m3裝載機裝5t自卸汽車運輸， 推土機平料，10t自行式振動碾分層碾壓，分次填筑達到設計斷面，隨后進行防滲土工膜、內外壓載導滲護坡及拋石平臺護腳施工。圍堰填筑形成后基坑初期積水量約400m3， 采用明溝引蓄后通過兩臺潛水泵排出坑外，同時做好滲流量記錄與觀測。

本方案枯水期內主體工程施工期為11月中旬至3月初，共約120d。為保證4月汛前具備閘門臨時吊裝啟閉功能，施工期內至少需完成以下施工內容：閘室拆除及閘墩以下結構重建、新建兩側空箱擋墻、新建內外消能池及兩側翼墻及閘門安裝調試，共涉及土石方開挖量1.76萬m3， 常態(tài)海工混凝土澆筑量0.95萬m3，土石方回填量1.05萬m3。 結合圍堰施工計劃，土石方開挖安排在第一年11月下旬至第一年12月底， 月平均施工強度1.17萬m3/月，混凝土澆筑安排在1月初至3月上旬（含二期混凝土），月平均施工強度0.4萬m3/月，土石方回填安排在第二年3月，月平均施工強度1.05萬m3/月，3月中下旬完成預制交通橋板吊裝與閘門安裝調試。根據地區(qū)同類項目施工經驗，雖然工作量大且需集中配套設備較多， 通過合理施工管理優(yōu)化，施工強度可控。 同時，在實際實施過程中緊密對接地方防汛部門， 根據汛期氣候趨勢分析預測科學研判汛情態(tài)勢， 經主管部門批準后方可適時提早開展圍堰填筑工作，以延長主體施工工期。

7 度汛與應急搶險預案

根據施工進度安排， 工程開工后的10月初至次年3月底為施工臨時度汛期，期間洪水通過東堤水閘3孔全開排出，最大排洪流量111m3/s；次年4月后進入主汛期，汛期洪水可通過東堤水閘3孔全開及西堤水閘2孔全開排出， 其中西堤水閘最大排洪流量423m3/s。 為確保安全度汛，需在次年3月底之前完成水閘閘門及預埋件制作安裝，并保證4月份進入汛期后，至少3孔閘門具備正常啟閉功能，汛期洪水來臨時，使用吊車臨時啟閉閘門，以保證安全度汛，同時做好應急搶險預案。

8 結語

（1）西堤水閘除險加固施工期短，施工期間需保證正常納潮排水運用， 閘址坐落基巖及高潮位的水文地質條件導致全年期分期圍堰導流方案實施周期、難度及投資較大。枯水期一次攔斷圍堰導流方案雖然施工期短， 但良好的地質條件使得水閘閘室及臨時圍堰無需基礎處理， 一定程度上減少了臨時工程與主體工程水下部分施工工程量， 在保證枯水期內納潮運用及工程質量前提下， 進一步使枯水期內一次攔斷河床施工方案成為可能， 在節(jié)省了大量投資之余，提早發(fā)揮了部分工程效益。

（2）工程實施過程中，于次年2月底完成主體工程下部結構，次年3月完成了閘室上部結構及閘門安裝，并通過部分工程提前投入使用驗收，提早了2個月發(fā)揮部分工程效益。 本工程施工導流設計技術總結可供類似工程參考。