引江濟淮杭埠河倒虹吸施工導流設計研究

於陽寶 王南江

一、概述

1.工程概況

引江濟淮工程過巢湖小合分線渠道在進口白山樞紐處連接引江濟巢線，在出口通過派河口泵站進入江淮溝通線，設計輸水流量300m3/s，采用倒虹吸穿越杭埠河。倒虹吸位于距杭埠河入巢湖口1.6km處的杭埠河左側，進口設計水位5.75m，出水設計水位5.35m。

倒虹吸主要包括倒虹吸涵洞、進口檢修閘、出口檢修閘等。倒虹吸洞身為C30鋼筋混凝土結構，共10孔，單孔孔口尺寸為5.5m×4.5m（寬×高），順水流方向總長415m。倒虹吸處杭埠河改線河道設計底高程1.8～2.6m，底寬221.6～226.4m，兩側邊坡1∶3，改線河道左、右側新修堤防擋水。

工程等別為Ⅰ等，倒虹吸洞身、進出口檢修閘等主要建筑物級別為1級，進出口翼墻次要建筑物級別為3級，改線河道左、右側堤防級別為1級。

2.地形條件

倒虹吸附近杭埠河河道底高程3.0～3.5m，底寬約230m，河道左、右側堤防頂高程13.0～13.6m，頂寬分別為25m和12m，倒虹吸涵身段位于左堤堤后，屬濱湖聯圩圩區，地貌類型為沿湖平原圩區，地形較平坦，地面高程一般5.0～6.8m。

3.地質條件

杭埠河河道兩側堤防以中、重粉質壤土為主，施工場地范圍內分布有⑤2層中細砂夾粗砂、小礫石，該層為強透水層，層頂高程-3.2～-7.43m，已揭露最大厚度17.60m，最深層底高程-22.88m；⑤2層以上主要為輕～重粉質壤土層，⑤2層以下為含礫粘土層，均為相對不透水層。⑤2層中地下水類型為孔隙承壓水，與杭埠河的水力聯系較弱，主要受遠端大氣降水及地表徑流補給，地下水位在5.5m左右。

4.施工期水文條件

倒虹吸處杭埠河河道100年一遇和10年一遇設計水位分別為11.46m和9.7m ，5年一遇10月平均水位和平均流量分別為7.59m和32m3/s，枯水時段10年一遇水位和流量見表1。

5.施工進度計劃

杭埠河倒虹吸工程計劃在2019年10月開工，2022年4月完工，總工期43個月，跨4個枯水期五個年度。

主體工程自2018年12月開始基坑開挖，2020年4月完成倒虹吸基坑回填與護砌， 9月完成改線河道開挖，10月進行改線右堤老河道段截流，2021年4月改線右堤老河道段填筑至度汛斷面，11月中旬填筑完成，主體工程工期共35.5個月。

二、施工導流設計

1.施工導流標準

杭埠河倒虹吸主要建筑物級別為1級，對應的導流建筑物級別為4級，導流建筑物采用土石結構，考慮到工程緊靠的巢湖湖區調蓄庫容大，基坑上游來水下泄通道暢通，導流洪水重現期選為10年。

倒虹吸建設期間杭埠河河道兩岸防洪堤防度汛標準按100年一遇水位設計。

2.導流方式

倒虹吸涵身和出口段距杭埠河現狀左堤（LO）較遠，施工時不影響LO段堤防防洪功能；倒虹吸進口檢修閘靠近LO段堤防，基坑開挖時對LO2段堤防進行內側削坡，形成頂寬15m、內坡1：3的臨時斷面擋水，上游來水仍通過現狀河道下泄至巢湖。

杭埠河改線河道貫通后、改線右堤老河道段（RN1、RN3）封堵前，通過改線左堤（LN）擋水保護濱湖聯圩，通過進口檢修閘四周的現狀左堤（LO2）和新建右堤（RN2）擋水防止杭埠河洪水通過檢修閘進入濱湖聯圩。

改線右堤老河道段（RN1、RN3）封堵在杭埠河改線河道完成后進行，施工時上游來水通過改線河道下泄，RN1、RN3段改線堤防通過迎水側圍堰擋水施工。

3.改線右堤老河道封堵圍堰設計

（1）老河道圍堰設計

老河道封堵圍堰總長度約1.1km，圍堰擋水時段為2020年11月～2021年4月，設計水位為7.7m。受場地條件約束，封堵圍堰作為老河道段改線右堤的一部分，且緊靠改線杭埠河河道和航道。

為避免圍堰侵占改線杭埠河河道行洪和通航斷面，防止圍堰上部堤防發生較大變形而影響防洪安全，需對圍堰水下填筑邊坡、填筑后的沉降量進行控制。考慮到土圍堰水下填筑邊坡較緩，且土體松散，難以達到上述要求，封堵圍堰水下部分擬采用砂卵石填筑。

高程8.0m以下圍堰迎水側自下而上依次為砂卵石戧堤、卵礫石過渡層、復合土工膜和拋石防護，過渡層和拋石迎水側邊坡分別為1∶2.5和1∶3，頂部水平寬度均為2m，底部水平寬度均為5.5m；高程8.0m以上采用粘性土加高形成圍堰，圍堰頂高程10.0m，內外邊坡1∶2，頂寬6m。圍堰水上部分分層鋪料并碾壓，壓實度不小于0.91，圍堰背水坡在老河槽初期排水完成后選用推土機進行平整和碾壓。

表1 倒虹吸處杭埠河河道枯水期10年一遇水位、流量匯總表

砂礫石戧堤采用高壓擺噴截滲墻防滲，墻頂高程8.5m，墻底高程2.0m（進入重粉質壤土層1.0m）。

（2）老河道截流設計

老河道截流安排在2020年10月改線河道施工完成后進行，截流設計水位和流量采用5年一遇10月平均水位和平均流量。截流設計水位為7.59m，截流戧堤頂高程取8.0m，頂寬12.0m。

截流采用戧堤法，上下游兩道戧堤同時進占，戧堤填筑采用平堵和立堵法相結合，先采用泥駁運輸砂卵石料將戧堤填筑至高程6m左右，再自右向左采用立堵法將戧堤填筑至高程8.0m，并形成寬約10m的龍口。截流設計流量為32m3/s，根據截流水力計算，戧堤裹頭處最大流速0.02m/s，龍口設計最大流速0.1m/s。

截流材料粒徑采用下式計算：

式中：d—石塊化引為球體的當量直徑，m；

g—重力加速度，9.8m/s2；

γs、γ—分別為塊石容重和水的容重，t/m3；

v—計算流速，m/s；

K—穩定系數，此處取1.2。

經計算，戧堤和龍口處最小粒徑分別為0.02mm和0.6mm。根據圍堰設計要求，戧堤選用砂礫石進占，裹頭采用卵礫石防護，龍口段戧堤采用卵礫石填筑。

戧堤采用平堵法填筑時，填筑料水中自由下沉高度不宜大于1.0m，防止土料發生粗細顆粒分離，影響后期高壓擺噴截滲墻的施工質量。

三、結語

（1）杭埠河倒虹吸充分利用了現有的地形條件進行施工導流布置，在進度上保證新、老杭埠河河道有一條暢通，降低了導截流難度。

（2）老河道圍堰作為封堵段堤防的一部分，圍堰水下部分選用水下填筑邊坡較易控制、自然固結能力較強的砂卵石填筑，確保河道順利截流，避免對改線杭埠河河道和航道的影響，減小圍堰后期沉降■