牡丹江市橡膠壩改建工程施工導流設計剖析

崔曉陽，張善志

(1.牡丹江市城區水土保持辦公室，黑龍江牡丹江157000;2.牡丹江市水務科學研究院，黑龍江牡丹江157000)

1 工程項目概況

橡膠壩改建工程在牡丹江干流上，位于牡丹江左岸堤防樁號10+375處，距江濱公園約3 km，控制流域面積22 720 km2。

樞紐主體工程由17孔攔河閘組成。閘室上游設10 m寬的檢修橋，兩岸上、下游以弧型翼墻與岸坡連接。

施工現場對外交通現有201國道、301國道等高等級公路與其它地區公路構成交通網絡，對外交通十分便利。

閘址區江段內沒有通航、過木要求，但要滿足下游牡丹江市城市供水、取水要求(Q=30 m3/s)，兩期施工分別采用明渠導流和攔河閘導流。

2 施工自然條件

牡丹江市區地處溫帶，屬大陸性濕潤季風氣候區，春季干旱多風，夏季炎熱多雨，秋季降溫急驟，冬季嚴寒干燥而漫長。根據牡丹江市氣象資料統計，多年平均氣溫3.5℃，夏季最高氣溫37.5℃，冬季最低氣溫-35.1℃。冬季自10月中旬至來年4月中旬達6個月之久。

根據流域內各主要水文氣象站的觀測成果分析，多年平均蒸發量在850～1 300 mm。相對濕度年內變化最小月份在4月，為56% ～61%，最大月份在7—8月，為80%以上，年平均值為70% ～73%。

流域內冬季多西風和西北風，夏季多西南和東南風。年內最大風速達20 m/s，平均風速為2.6 m/s。

流域內多年平均無霜日期為126 d左右。凍土深度為1.5～2.5 m，3—4月份凍土深度最大。多年平均最大凍深1.8 m。結冰期為11月中旬至翌年4月中旬，長達5個月之久，平均冰凍厚度1.0 m，最大冰厚1.18 m。

3 施工導流、截流

3.1 導流標準

根據《水利水電施工組織設計規范》(SD338—89)第2.2.1條中表2.2.1導流建筑物標準，導流建筑物為Ⅳ級，根據第2.2.12條表2.2.2中導流建筑物洪水標準劃分，施工洪水重現期為10～20 a，結合本工程特點，選用10 a一遇的施工洪水重現期。

根據牡丹江水文站洪峰流量頻率分析成果，按面積指數換算求得工程地點處的施工洪水成果，見表1。

表1 施工期洪水成果表 m3/s

3.2 導流方式

主體工程施工分為2部分:①左岸9孔攔河閘的施工;②右岸8孔攔河閘的施工。

主體工程施工導流方式采用分2段2期土石圍堰導流。一期工程為明渠導流，修建左岸九孔攔河閘，右岸河道明渠導流，2008年10月初開始修建一期圍堰及一期工程，2009年7月一期工程完工;二期工程采用攔河閘導流，修建右岸八孔攔河閘，2009年8月開始修建二期圍堰及二期工程，2010年6月末二期工程完工。

3.3 導流建筑物設計

圍堰主要由塊石、石碴、黏土、土工膜及無紡布等填筑而成，圍堰防滲采用黏土心墻與土工膜。

一期及二期圍堰頂寬4.5 m，迎水側邊坡1∶2.0，背水側邊坡1∶1.5。圍堰用碎石、礫石做為戧堤，黏土心墻與土工膜防滲，無紡布反濾，詳見施工圍堰橫斷面圖。圍堰外采用拋石防護，圍堰用的碎石一部分在下崴子碎石料場買料，另一部分礫石用基坑開挖的砂石料。

圍堰填筑采用2 m3挖掘機挖裝，10 t自卸汽車運輸，拖拉機壓實。圍堰拆除施工采用2 m挖掘機挖裝，10 t自卸汽車運輸至棄料場或填筑利用。

兩期施工分別采用明渠導流、攔河閘導流。圍堰外部采用拋石防護，排冰不影響。施工圍堰特性見表2，圍堰橫斷面尺寸見圖1。

圖1 一期(二期)圍堰橫斷面圖

3.4 導流工程施工

3.4.1 施工工序

采用上、下游兩單戧堤同時向縱向圍堰立堵式進占，進占工序為兩路車隊同時從上、下游向縱向圍堰進占，龍口設在縱向圍堰上。土石圍堰防滲采用黏土心墻和土工膜。圍堰中部為黏土心墻，心墻外迎水側鋪設土工膜防滲，背水側鋪設無紡布，土工膜及無紡布外為15 cm厚的砂礫石墊層，兩側為碎石戧堤，最外側拋填大塊石。上、下游圍堰裹頭處，要加強防沖措施，采用鋼筋籠石體防護堰腳，做好圍堰閉氣及抗沖刷處理。

一期圍堰施工計劃在2008年10月初開始進行，龍口合攏時段計劃選在10月末，戧堤進占時導流設計流量選用(P=20%)1 024 m3/s，而堰頂高程及防護標準按(P=10%)1 347 m3/s來確定。筑堤碎石料在距施工現場13.4 km處的下崴子石場購買，塊石在距現場30 km處的樺林石場購買。二期圍堰施工計劃在2009年8月開始進行，龍口合攏時段計劃選在2009年9月，戧堤進占時導流設計流量選用(P=20%)1 024 m3/s，而堰頂高程及防護標準按 (P=10%)1 347 m3/s來確定。

如果戧堤進占過程中，設計導流流量超過(P=20%)1 024 m3/s，施工時可參照施工預案。

表2 施工導流圍堰特性表

3.4.2 圍堰拆除

圍堰拆除可由縱向圍堰原龍口處開始拆除，由2臺鉤機同時在龍口兩側倒退開挖，先開挖戧堤部分，而后開挖拋石部分，邊開挖邊運至岸肩，用于平臺填筑。本著就近利用，盡量減少工程投資的原則，棄渣場布置在敖東砂場。

3.4.3 合理進行料源的時空平衡

為確保施工強度，節省運距，基本按“上游備料運至上游圍堰，下游備料運至下游圍堰”的原則進行平衡，并盡量利用現有備料，減少新開采備料量。將各堤頭需要的各種填料細化到每一天，每一個料場。確定備料量時，根據不同的料種在不同填筑部位的流失情況、備料轉運的損失情況、堰體填料壓實方與堆存松散方的比例關系，采用不同的備料系數。堰體填筑部分考慮10%損耗量，非龍口段考慮10%流失量，龍口段考慮20%流失量，在充分考慮截流風險的前提下，戧堤備料系數取1.8，堰體填筑料取1.3～1.5。

3.4.4 確保龍口段拋投強度

設備選型:優先選用大容量、高效率、機動性好的設備。挖裝主要選用2 m3的挖掘設備，大石選用1.8 m3反鏟和正鏟挖裝機械(啟吊力F＞2t)，鋼筋石籠可采用汽車吊吊裝。推運主要選用大馬力的推土機。

3.4.5 戧堤堤頭車輛行駛線路布置

預先做好合攏拋投車輛行車線路規劃。考慮堤頂寬4.5 m，行車道較窄，在一定距離處可設置回車加寬段。拋投車輛在上、下游兩戧堤堤頭同時進占，以加快圍堰進占的速度。為減少倒車距離，加快拋填速度，在戧堤堤頭布置2個卸料點，戧堤上、下游側各1個。另外，根據不同部位填料的要求，要采用不同的進占方式。圍堰迎水坡在需要拋投大塊石時，按規劃調譴專用汽車設備在圍堰靠上游側拋填大塊石、石串，戧堤進占可由(32 t、20 t)汽車按規劃路線拋填中小石、石渣。

3.4.6 施工預案

3.4.6.1 超設計流量施工預案

若圍堰進占或合攏時期，流量持續居高不下，圍堰導流流量超過1 024 m3/s，及時采用拋填大塊石、石串或塊石籠等應急措施，增加拋投料的重量以滿足抗沖要求。施工可采取如下措施:

1)將若干塊重量大的四面體在堤頭部位穿入30 mm鋼絲繩，用卡扣卡緊形成混凝土四面體串，再用1～2臺大型推土機同時推至江中，以減少龍口合攏時期拋投料的流失量。

2)增大迎水面戧堤挑角拋投塊石、鋼筋籠石體或石串的重量。

3.4.6.2 提前截流預案

若河流流量較小(低于設計截流流量1 024 m3/s)，并且根據水情預報流量亦低于1 024 m3/s時，可以考慮加快非龍口段進占速度，提前完成非龍口段施工，隨后，進行龍口段進占，將合攏時間適當提前，以便為后續施工提供充足的施工時間。

3.5 基坑排水

排水包括初期排水和經常性排水。初期排水按圍堰閉氣后的基坑積水量、抽水過程中圍堰及基坑滲水量、堰身及基坑覆蓋層中的含水量以及可能的降水量四部分計算;經常性排水包括圍堰及基坑滲水、降水及混凝土養護用的廢水等。

3.5.1 初期排水

排水流量計算公式為:

(土石圍堰基坑水位下降速度不宜 ＞0.5～0.8 m/d)。

式中:V為基坑的積水體積，m3;T為初期排水時間(此次T=5 d)，s;η為經驗系數，主要與圍堰種類、防滲措施、地基情況、排水時間等因素有關，一般取η=3～6，當覆蓋層較厚，滲透系數較大時取上限。(此次取η=4)

一期圍堰基坑初期排水體積為23 999 m3，排水強度選用8 00 m3/h(0.222 m3/s)進行水泵選型。初期排水時間約5 d完成;二期圍堰基坑初期排水體積為 35 798 m3，排 水 強 度 選 用 1 193 m3/h(0.331 m3/s)進行水泵選型。初期排水時間約為5 d完成。

3.5.2 基坑經常性排水按圍堰滲透量計算

經防滲閉氣后的壩體滲水量很小，滲流量采用壩基滲流計算公式:

式中:q為每米圍堰滲入基坑的滲透流量，m3/s;K為圍堰與透水層的平均滲透系數，m/d;H為上游水深，m;T為透水層厚度，m;N為系數值;L為圍堰底寬，m。

經計算，一期圍堰的經常性排水流量 Q =393 m3/h(0.11 m3/s)，水泵選型:7臺 SLS125-125A，單臺電動機功率為11 kW，其中2臺作為備用泵。

二期圍堰的經常性排水流量為Q=619 m3/h(0.17 m3/s)，水泵選型:9臺 SLS 125-125A，單臺電動機功率為11 kW，其中2臺作為備用泵。

基坑內經常性排水采用排水縱溝和集水井結合的方式，每側圍堰排水縱溝布置3個集水井，由排水溝將水匯入集水井中抽水。縱溝在圍堰內坡腳外0.3 m，溝底寬0.3 m，溝深0.6 m，縱坡坡降≥2/1000。集水井布置在建筑物輪廓線以外較低處，距建筑物外緣的距離＞2.0 m。

3.6 施工期通航與過木、排冰要求

閘址區江段內沒有通航、過木要求，施工期不影響下游牡丹江市城市供水要求流量(Q=30 m3/s)，排冰期經調查河段的開江方式、流冰時段、流冰數量及最大的冰塊尺寸等冰情資料后，確定排冰不影響。(輔助措施:可在開江前在上游冰面撒砂，5m×5m將冰分塊，控制冰塊的大小)。

4 結語

施工導流設計是水利水電施工組織設計的中心環節，也是編制施工總進度計劃的主要依據，在水利工程建設中起著關鍵型作用。正確選擇施工導流方案不僅對降低工程造價、縮短工期、提高工程質量和施工安全具有重大意義，而且也影響到壩址、壩型及樞紐布置方案的選擇。橡膠壩改建工程施工導流設計中充分考慮因地制宜、因材設計的原則，結合當地具體情況全面考慮投資、工期、水力學條件等方面的因素，最終確定施工導流方案。目前工程按照施工導流設計方案實施，工程進展順利。

［1］牡丹江市水利勘測設計研究院.黑龍江省牡丹江市橡膠壩改建工程初步設計報告書［R］.牡丹江:牡丹江市水利勘測設計研究院，2008.

［2］水利電力部水利水電建設總局.水利水電工程施工組織設計手冊［S］.北京:中國水利水電出版社，1996.