小清河金家堰節制閘施工導流方案比選

張 超 ，栗瑞娟 ，夏 泉

（1.山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250014；2.山東水務招標有限公司，山東 濟南 250014）

金家堰節制閘是小清河干流和分洪道工程防洪調度的控制樞紐，位于桓臺縣馬橋鎮金家村北，干流設計樁號119+850處。該閘共3孔，單孔凈寬10 m，閘室總寬34.4 m，設有3扇10 m×8 m露頂式弧形鋼閘門，采用HQ2×225 kN卷揚式弧門啟閉機。由于建閘時條件有限，加上年久失修，工程存在多方面的安全問題，急需除險加固。

1 導流標準

小清河金家堰節制閘應急除險加固工程為干流控制工程，工程等別為Ⅲ等，節制閘等主要建筑物級別為2級，臨時建筑物級別為4級。導流建筑物級別為4級，其洪水標準采用10年一遇洪水重現期。導流時段定為11月初至次年4月底，導流時段內10年一遇洪峰流量取63.3 m3/s。

2 導流方案設計

2.1 利用新挖導流明渠全斷面導流方案

1）導流明渠：現狀改建后的金家堰節制閘閘址處左右兩岸空地范圍較大，具備開挖導流明渠的基本條件，但均需破堤開挖。小清河左岸隸屬高青縣，土地大多位于小清河分洪道范圍內，便于協調，右岸隸屬桓臺縣，土地多為桓臺縣的基本農田，難以協調，因此，在小清河的左岸開挖導流明渠，河床上下游修筑圍堰。

導流明渠開挖時應離小清河堤腳外側一定的安全距離（按10 m計），確保小清河堤防的安全穩定。導流明渠長約380 m，底寬約20 m，邊坡1∶2，改建后的金家堰節制閘閘址處上游河道河底高程約3.9 m左右，下游河道河底高程約3.6 m左右，小清河左岸堤頂高程約13.6 m左右，堤腳外側空地平均高程約10.0 m左右，導流明渠上游設計進口底高程4.0 m，下游設計出口底高程3.7 m，最大渠深約10 m，根據明渠均勻流計算公式確定導流明渠內水深約2.01 m，流速約1.31 m/s，共計開挖土方11.40萬m3，需臨時占地1.58 hm2，占用期12個月。為了確保渠道的防沖性能，需要對渠道水位以上0.5 m高度范圍以內的渠坡及渠底進出口30 m范圍內進行護砌，采用編織袋裝土護砌，厚約0.5 m。同時為滿足工程施工期間場區內的交通要求，需在導流明渠上架設臨時交通橋1處，考慮到該橋為臨時工程，因此選用鋼板橋結構型式。

2）上下游圍堰：上游圍堰堰頂高程按導流明渠內進口處水位（6.01 m）加安全超高（0.5 m）再加波浪爬高與壅高之和（0.5 m）確定，即上游圍堰堰頂高程為7.01 m，最大堰高3.28 m；下游圍堰頂高程按導流明渠內出口處水位（5.71 m）加安全超高（0.5 m）確定，即下游圍堰堰頂高程為6.21 m，最大堰高2.63 m。圍堰結構型式采用當地的土石圍堰，斷面尺寸為：上游圍堰頂寬4 m，考慮到下游圍堰兼顧兩岸交通要求，堰寬為6 m，上下游圍堰邊坡均采用1∶3，共需填筑圍堰約0.5萬m3。

3）截流：根據施工進度計劃及節制閘所處河道的水文氣象特點，截流時段選擇在截流設計流量相對較小的11月份進行。考慮到改建攔河閘所處河床比較平緩，地質條件相對較好，同時結合國內在截流方面的施工經驗，本工程截流方式采用單戧立堵法，回填料利用導流明渠開挖土方，自左岸向右岸進占施工，截流龍口設在交通條件較好及回填料充足的河床左岸，便于截流施工期間發生險情的搶險。

2.2 利用勝利河、杏花河分流全斷面導流方案設計

在改建金家堰節制閘上游的小清河主河槽內修筑圍堰擋水，利用節制閘上游的勝利河分洪閘將小清河上游來水引至勝利河內，再通過勝利河與杏花河之間開挖的導流明渠將水分流至杏花河內，最終排至小清河下游河道內，同時為了防止節制閘下游河道回水，可將老閘下閘擋水，待改建后的節制閘具備調蓄功能后，再對老閘進行拆除。

1）圍堰：現狀勝利河分洪閘進口處高程為6.2 m，該處小清河河底高程為4.7 m，為了保證小清河上游河道來水分流至勝利河內，需要在改建金家堰節制閘上游的小清河主河槽內修筑臨時圍堰擋水，且需保證小清河河道內的水位高于勝利河分洪閘進口處底高程。根據導流明渠水力計算，非汛期11月至次年4月改建后的金家堰節制閘上游小清河河道內最大水深約2.28 m。上游圍堰頂高程按堰前正常擋水水位加安全超高（0.5 m）再加波浪爬高與壅高之和（1 m）確定，即上游圍堰最大堰高5.28 m；下游可利用老閘下閘擋水不再修筑圍堰。圍堰結構型式采用當地的土石圍堰，斷面尺寸為：頂寬4 m，邊坡采用1∶3，共需填筑圍堰約0.6萬m3。圍堰迎水面采用復合土工膜防滲，其上采用編織袋裝土護砌，厚約0.5 m。

2）勝利河清淤：為了保證小清河上游來水利用勝利河順利分流至杏花河內，需要對所利用的勝利河局部淤積嚴重的河段進行清淤，共計開挖土方約3.3萬m3。采用挖掘機開挖，推土機推運至河道一側棄置。為了便于棄土區復耕，棄土前需要對棄土區表層土進行剝離，剝離厚度約0.5 m，共計剝離表土約1.4萬m3。勝利河局部護坡已破損嚴重需要拆除，采用挖掘機拆除。

3）危橋防護：現狀危橋上下游阻水嚴重，利用勝利河分流河段疏通期間，極大可能造成危橋倒塌，安全隱患嚴重，為了降低分流期間危橋的安全隱患，減少水流對危橋基礎部分的沖刷，需要對其水位以上0.5 m高度范圍內的基礎部分采取防護處理措施，采用漿砌石圍封方式。

4）導流明渠：現狀勝利河與杏花河并不連通，需要在勝利河與杏花河之間開挖導流明渠。導流明渠長約 400 m，底寬約 20 m，邊坡 1∶2，勝利河清淤后河底高程約5.5 m，破路及破堤處高程約14 m左右，周邊空地平均高程約10.5 m左右，導流明渠上游設計進口底高程5.5 m，下游設計出口底高程5.1 m，根據明渠均勻流計算公式確定導流明渠內水深約1.88 m，流速約1.42 m/s，共計開挖土方7.4萬m3，需臨時占地1.6 hm2，占用期12個月。為了確保渠道的防沖性能，采用編織袋裝土護砌渠坡及渠底進出口，厚約0.5 m。

為滿足工程施工期間破路及破堤段的交通要求，需在導流明渠上架設臨時交通橋2處，考慮到該橋為臨時工程，因此選用鋼板橋結構型式；主體工程完成后還需對破壞的混凝土道路進行恢復。

3 導流方案選擇

利用新挖導流明渠全斷面導流方案：導流明渠土方開挖量較大，施工相對單一，占地數量少，投資較省，約為254.97萬元。

利用勝利河、杏花河分流全斷面導流方案：為了抬高小清河內的水位，圍堰填筑量大，且分流期間不僅需要對所利用的勝利河河道進行疏通，對危橋基礎部分進行防護，同時還需在勝利河與杏花河之間開挖導流明渠，兩次破路施工，受周圍環境干擾性大，總工程量大，占地多，投資較大，約為320.92萬元。該方案雖然對危橋進行了防護處理，但勝利河河道疏通期間可能擾動危橋基礎，造成橋梁倒坍，存在安全隱患。

綜上比較，兩個導流方案雖都能滿足主體工程施工的導流條件，但新挖導流明渠全斷面導流方案安全系數較高，導流建筑施工相互干擾性較小，對周圍環境影響較小，占地數量較少，投資省，便于實施，故采用新挖導流明渠全斷面導流方案，以確保工程順利完工。