八里灣船閘入湖口施工關鍵技術探討與應用

劉瑞偉，王成華，王繼堂

(山東黃河東平湖工程局，山東泰安 271000)

1 工程概況

八里灣船閘按照航運工程Ⅱ級通航標準修建，閘室尺寸為230m×23m×5m(閘室長×口門寬×門檻水深)，設計年單項貨物通過能力2120～2440萬t，配套建設大堤交通橋、八里灣公路橋、上下游引航道、防洪堤。工程概算總投資5.08億元，于2012年5月開工建設，計劃2014年底全部完工。

2 施工關鍵點及關鍵技術

八里灣船閘上游引航道與東平湖相連，湖口項目施工是該工程最后關鍵環節。關鍵點之一就是要先具備破東平湖大堤的條件及根據防汛要求選擇合理的破堤時間;二是通過對施工方案的比較及論證，確定水下模袋混凝土施工技術方案，目的是確保工程效益和社會效益，減少水質污染，保證東平湖作為南水北調工程核心保護區域的供水安全，同時降低工程造價。

2.1 東平湖大堤破堤條件及破堤時間選擇

船閘主體項目施工分兩期完成。第一期以二級湖堤作圍堰，施工項目為二級湖堤與上閘首之間的航道兩側新修堤防和船閘主體，待新修堤防及上閘首能關門擋水達到防洪要求時，再破除二級湖堤;第二期施工內容為破除原二級湖堤后，湖口項目所有施工內容。

根據湖區內有關雨量站1951～2000年雨量資料分析統計:多年平均降水量為370.55mm。年降水量多集中在汛期(6～9月)，多年平均汛期降水量為478mm，占多年平均降水量的71.6%。東平湖1991～2010年1～5月的平均水位為40.12m，其中5月水位最低。

破堤應具備兩個基本條件:一是必須使新建上閘首至二級湖堤相連接的東、西防洪大堤填筑高程達到設計防洪水位44.79m以上，且保證防洪堤臨水側混凝土護坡41.22m以下全部襯砌完成;二是新建八里灣船閘上閘首關門擋水達到防洪要求。

綜合相關資料分析，破堤時間選擇在5月10日前完成。這段時間為枯水季節，除了可大大減少水下部分的開挖工作量，保證開挖深度和減少工作難度外，更重要的是保證5月底前完成湖口項目臨水側41.22m以下混凝土護坡全部襯砌完成。而東平湖水庫6月初即進入汛期，泰萊山區降雨通過大汶河過戴村壩入東平湖水庫蓄水。

2.2 施工技術方案的論證與探討

2.2.1 施工圍堰會造成東平湖水質污染

東平湖現狀水質為Ⅲ類。國務院批復的《全國重要江河湖泊水功能區劃》中東平湖所在水功能區的水質目標為Ⅲ類，因此水質目標不能超過Ⅲ類。根據《地下水環境質量標準》(GB 3838—2002)和南水北調東線工程調水水質要求，將山東省南水北調沿線匯水區域劃分為三類控制區:核心保護區域(山東省南水北調東線工程干渠大堤和所流經湖泊大堤內的全部區域)、重點保護區域(核心保護區域向外延伸15km的匯水區域)、一般保護區域(除以上核心保護區域和重點保護區域以外的其他調水沿線匯水區域)。東平湖屬于核心保護區域，所以保證其水質安全尤為重要。

八里灣船閘上游引航道開挖土，不能用于圍堰填筑。主要原因是由于設計開挖高程以上部分的土幾乎為原來的魚塘爛泥及蘆葦腐殖土，含有大量腐殖物，且葦根、雜草非常多，如果填入湖內，將會給東平湖水質造成一定污染。

當前，東線一期工程實現正式通水，黨中央國務院要求著力做好通水后的質量、環保、安全以及各項保障工作，扎實推進后續工程建設，確保清水北送，造福沿線群眾，讓千家萬戶受益。

由此可見，水質問題關系到國計民生，必須重視東平湖水質污染的嚴重性及造成的后果。不能因施工做圍堰將大量的腐殖土帶入東平湖內，致使東平湖水質造成嚴重污染，違反國務院有關規定要求。

2.2.2 施工方案成本比較

方案一:按設計圖紙做施工圍堰，圍堰土方填筑量共10.54萬m3。選擇上游河道開挖土填筑，用土工布及土袋防護，需投資298.94萬元。

方案二:施工圍堰填筑選擇遠調土，參照防洪大堤填筑所用土源，分別來自于梁山縣城東南和東平縣銀山鎮臘山土場，運距均為30km，臨湖側用土工布及土袋防護，共需投資655.87萬元。

方案三:不做施工圍堰，選擇水下模袋混凝土施工。根據《水利水電工程土工合成材料應用技術規范》(SL/T 225—98)F1.1.1條模袋混凝土抗漂浮所需厚度按下式計算:

式中 c——面板系數;

Hw、Lw——分別為波浪高度、長度，m;

m——邊坡系數;

γC——混凝土有效容重，kN/m3;

γw——水溶重，kN/m3。

經計算，δ≥0.15m，根據東平湖水庫防風浪要求，確定模袋混凝土厚度為δ=0.2m。根據《混凝土結構耐久性設計規范》(GB/T 50476—2008)，參照東平湖水庫堤防防洪工程等級，模袋混凝土選用C25，抗滲標號采用W6，抗凍標號采用F150。

采用模袋混凝土，經計算需3300m3，參考單價約650元/m3，需投資214.5萬元。

綜合分析:方案一施工方便，工藝簡單，就近取土，造價相對較低，但是由于填筑爛泥會造成附近水域水質污染;方案二施工方便，工藝簡單，同樣會對水質造成一定程度的污染，同時造價太高;方案三工藝相對土方填筑較為復雜，但該施工工藝已推廣，造價又相對較低，關鍵是不會造成水質污染，經濟效益和社會效益明顯。經比較，采用方案三。

3 東平湖湖口破堤施工

破堤施工分水上土方開挖和水下土方開挖。首先使用挖掘機配合自卸汽車進行水上土方開挖，開挖至東平湖老湖水位0.5m以上高程預留施工平臺，開挖土方分別運至東西兩側大堤與二級湖堤交界處背水側，進行土方填筑。

水下土方利用水上開挖形成的工作平臺，使用兩臺長臂挖掘機沿出水口縱向中線、左右岸同時進行全斷面開挖，一次開挖到設計高程，配合船只、標尺進行斷面測量并及時進行修正;開挖時從下游逐段向上游推進，利用施工平臺工作面做臨時圍堰，盡量保證無水施工，并及時進行模袋混凝土防護。

進行最后臨時圍堰破除時，在背水面順坡修1m×2m泄水槽，并鋪設土工膜防沖，然后破堤引水緩慢向上游航道注水，并隨水位上升及時對航道兩側進行觀察，防止滑坡等意外情況發生。派專人值守檢查。

待圍堰兩側水位持平后，使用長臂挖掘機左右兩岸同時進行全斷面開挖，對剩余圍堰進行破除。

4 水下模袋混凝土施工

4.1 施工流程

下圖為施工流程圖。

施工流程圖

4.2 水下坡面開挖及平整

模袋混凝土護坡端部及底層用長臂挖機進行開挖及平整，修整基本到位后底層采用在挖機斗上焊2.5m長的槽鋼來回刮動加以整平，確保表面平整度不超過100mm。

4.3 模袋設計及鋪設

根據設計圖確定的模袋混凝土頂高程和底標高，計算出每幅模袋長度，按照計算出來的長度增加3%給模袋供應商。

模袋在水下鋪設時，采取人工鋪設，應邊展邊壓砂石袋或碎石袋。受風浪影響較大的坡面，砂石袋宜用繩索銜接成串，間距一般為1～2m。

4.4 模袋混凝土充填

正式充填前應確保所有模袋呈濕潤狀態才開始施工。充填過程中，灌口操作人員應與泵車司機用對講機保持無障礙聯絡，以便發現問題及時開機、關車。每一只灌口充填完畢，由灌口操作人員和水下施工人員相互配合將軟管緩緩拔出，換至另一只灌口充填。軟管拔出后應快速扎緊灌口以防混凝土溢出。

每一塊模袋充填完畢，換至另一塊模袋重復上述工藝流程1～4步驟繼續充填，直至完成充填施工任務。

4.5 模袋混凝土養護

模袋混凝土在模袋露出水面后適當進行澆水養護，養護時間不小于14d。

5 結語

京杭運河八里灣船閘上游引航道入湖口采用水下模袋混凝土施工，在無施工圍堰的情況下，通過參建各方的共同努力，圓滿地完成了施工任務，積累了寶貴的設計施工經驗，有效避免了東平湖水質污染，保證了南水北調東線東平湖水庫調水安全，同時降低了工程造價，為以后類似工程施工提供了很好的先例。■

［1］ 山東黃河勘測設計研究院．《京杭運河八里灣船閘工程防洪設計施工詳圖報告》［R］．2011.

［2］ 《山東省重點生態功能保護區規劃(2008—2020)》．2009.