蜀山復線船閘施工導流設計中的幾個關鍵問題

劉文化

（安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程概況

引江濟淮蜀山泵站樞紐主要包括蜀山提水泵站、蜀山一線船閘及蜀山復線船閘等，蜀山一線船閘已于2019年1月開工，計劃2022年12月竣工，蜀山復線船閘已與2020年12月開工建設，計劃總工期54個月。復線船閘和一線船閘平行布置，中心線間距102 m，兩者共用引航道和靠船墩，蜀山復線船閘為Ⅱ級船閘，閘室長280 m，口門寬34 m，門檻水深5.60 m。

蜀山泵站樞紐施工涉及到的河流為派河，蜀山提水泵站及一線船閘施工導流主要分兩期，一期開挖導流明渠使派河在基坑范圍外裁彎取直，上游來水通過裁彎取直后的派河老河道過流，二期利用蜀山泵站泄水閘過流，蜀山泵站土建工程基本完工后，泄水閘也具備過流條件時，派河上游來水匯入引江濟淮主河道。

2 導流方案設計與分析

2.1 前期謀劃

蜀山一線船閘設計時已考慮到復線船閘建設時的施工導流問題，并為復線船閘施工導流創(chuàng)造有利條件，即把部分屬于復線船閘的上下游導航墻、護底、護坡等納入到一線船閘建設內(nèi)容中。復線船閘施工時，上、下游擋水圍堰可結合已施工好的導航墻、護底及護坡布置，這極大減少了復線船閘施工導流的難度，減少臨時工程投資。

2.2 導流標準及導流方式

蜀山復線船閘上閘首為1級建筑物，閘室及下閘首為2級建筑物，根據(jù)規(guī)范，此工程導流建筑物級別為4級，對于土石結構，導流洪水標準擬取10 年一遇，導流時段選擇全年，導流設計流量246 m3/s，船閘上、下游10年一遇水位分別為23.07 m和10.70 m。根據(jù)蜀山一線船閘及復線船閘的施工進度安排，蜀山復線船閘施工導流分二期進行。

一期：2020 年12 月至主河道通水前（計劃2022 年6 月通水），利用現(xiàn)狀老派河和一線船閘的導流明渠，對局部段進行截彎取直，使派河上游來水不影響復線船閘正常施工，此時段內(nèi)派河上游來水通過截彎取直后的派河河道下泄，復線船閘基坑上下游無水。

二期：主河道通水后至復線船閘竣工，派河匯入引江濟淮主河道，上游來水通過完建的蜀山泵站樞紐泄水閘下泄，泄水閘向巢湖最大泄水規(guī)模360 m3/s，滿足施工期導流要求，主河道通水前，需在復線船閘上游、下游分別填筑擋水圍堰。

2.3 導流明渠設計及邊坡保護

導流明渠截彎取直段長度約305 m，導流明渠參照上、下游銜接渠道設計，設計底寬15 m，設計縱坡0.30‰，進口底高程11.80 m，出口底高程11.70 m，開挖邊坡1∶2，每隔5 ～6 m高度設2 m寬馬道。按明渠均勻流復核過流能力，通過246 m3/s時，明渠內(nèi)水深約6.10 m。

根據(jù)導流明渠處地質(zhì)條件，明渠開挖底高程以上坡面分布有⑤層粉質(zhì)黏土，層厚1.50 ～6.80 m，層底高程8.01 ～17.76 m，該層土具有弱膨脹性，浸水后體積膨脹，失水后體積收縮，現(xiàn)狀一線船閘導流明渠邊坡多處存在坍塌現(xiàn)象，擬對復線導流明渠開挖邊坡19 m 高程以下鋪復合土工膜防護，復線船閘導流明渠已運行約1年，邊坡狀況良好。

2.4 圍堰布置及設計

引江濟淮主河道通水后，復線船閘上游與瓦埠湖連通，復線船閘上游圍堰不僅保護復線船閘基坑，同時和蜀山泵站樞紐上游防洪大堤一起承擔上游的防洪要求，保護下游合肥市城區(qū)及附近城鎮(zhèn)，上游防洪大堤防洪標準為100 一遇，上游圍堰洪水標準應同蜀山泵站樞紐上游防洪大堤，船閘上游100年一遇水位為25.53 m，上游防洪大堤頂高程26.50 m，上游圍堰設計頂高程同防洪大堤頂高程，最大堰高14.9 m。下游圍堰洪水標準采用10年一遇，考慮安全加高和波浪爬高，下游圍堰設計堰頂高程11.70 m，最大堰高11.70 m。

工程靠近引江濟淮主河道開挖棄渣場，土料充足，上、下游圍堰均采用均質(zhì)土圍堰型式，在主河道通水前填筑完成，上、下游圍堰設計堰頂寬度均為8 m，為后期安全度汛提供加高空間，兩側(cè)邊坡為1∶3，每5 ～6 m 左右設置2 m寬馬道。上游圍堰布置在上游引航道上，該段引航道底部不做硬化處理，圍堰左側(cè)與已施工的上游導航墻銜接，右側(cè)填筑面為15 cm厚現(xiàn)澆混凝土護坡，上游圍堰布置總長度約111.10 m，上游圍堰布置見圖1。下游圍堰布置在下游引航道上，引航道底部為15 cm厚現(xiàn)澆混凝土護底，圍堰左側(cè)與已施工的下游導航墻銜接，右側(cè)填筑面為15 cm厚現(xiàn)澆混凝土護坡，下游圍堰布置總長度約89.40 m。

圖1 上游擋水體系平面布置圖

2.5 與基坑支護體系相結合

結合基坑支護措施形成上、下游擋水體系是此工程施工導流的另一個關鍵問題，蜀山復線船閘與一線船閘上、下閘首結構外緣最近距離43.10 m，復線船閘基坑最大開挖深度34.70 m，基坑開挖影響范圍較大，上、下游擋水體系需結合基坑支護措施才能封閉。蜀山復線船閘上游主要采用雙排樁+扶壁式擋墻支護型式，下游主要采用單排樁支護型式。擬結合支護體系，引江濟淮主河道通水前使上游支護體系后放坡回填至23.50 m高程，并在23.50 m高程上填筑擋水土埂，擋水土埂頂高程同上游圍堰，采用袋裝土填筑，頂寬1 m，兩側(cè)邊坡1∶1，迎水面鋪設復合土工膜防滲，上游圍堰、上游擋水子堤同一線船閘上閘首、左側(cè)防洪大堤形成封閉的擋水體系，上游擋水土埂及支護體系布置及剖面見圖1、圖2。

圖2 上游擋水土埂及支護體系剖面圖

下游擋水體系設計較上游類似，擬結合單排樁支護，使主河道通水前下游支護體系后放坡回填至11.70 m或以上，下游圍堰同一線船閘下閘首、左側(cè)防洪大堤形成封閉的擋水體系。

2.6 圍堰防滲措施及邊坡防護

根據(jù)地勘報告，蜀山復線船閘處主要透水層為⑤2層中、細砂，該層層厚1.30 ～4.80 m，層底高程為5.47 ～9.94 m，主要分布在上游導航墻及上閘首段。此工程地下水類型主要為孔隙潛水，⑤2層為滲透系數(shù)i×10-4cm/s，其他土層滲透系數(shù)i×10-5～i×10-8cm/s。

上、下游圍堰填筑土料選用黏粒含量為15%～30%、塑性指數(shù)為7 ～20的黏性土，圍堰填筑壓實度不小于0.95。上游圍堰填筑面最低高程為11.60 m，下臥⑤2層，圍堰設計擋水位較高，根據(jù)類似工程經(jīng)驗，堰基采用0.60 m厚C25混凝土截滲墻截滲，截滲墻深入相對不透水層不小于2 m，截滲墻上下游挖2 m深截滲槽，并返填黏性土壓實，防止堰體與截滲墻接觸處產(chǎn)生集中滲流通道。下游圍堰填筑面最低高程為0 m，該高程以下均為⑨3層中等風化～新鮮粉砂巖層，該層較完整，滲透系數(shù)較小，無須采取截滲措施，加強施工期基坑降排水即可。

建立二維有限元模型，對上、下游圍堰設計斷面分別進行滲流分析，上游圍堰由于混凝土截滲墻的布置，且堰基有⑤2層中、細砂層分布，浸潤線較低，出逸點接近填筑面；下游圍堰堰體滲透系數(shù)取1×10-5cm/s，堰基（⑨3層中等風化～新鮮粉砂巖層）滲透系數(shù)取5×10-6cm/s，兩者滲透系數(shù)均不大，且堰基小于堰體，滲流計算水力坡降等值線見圖3，結果顯示，堰體內(nèi)浸潤線較高，出逸點水力坡降約0.30，出逸點高度約2.90 m。根據(jù)滲流計算結果，上游圍堰背水坡底部設1 m高貼坡排水，下游圍堰背水坡設3.5 m高貼坡排水，貼坡排水措施結構共三層，依次為20 cm厚塊石層、10 cm厚瓜子片反濾層及土工布（400 g/m2）。

圖3 上游圍堰滲流計算水力坡降等值線圖

另外，圍堰背水坡貼坡排水以上均采用草皮護坡防護，圍堰迎水坡為防止波浪淘刷和雨水沖刷，以及一線船閘運行期間可能產(chǎn)生的漩渦，圍堰迎水面采用噴混凝土防護，噴5 cm 厚C20細石混凝土，噴混凝土面預留小孔洞，以適應水位變化。

3 堰體與導航墻墻面接觸處理與施工

在以往的工程項目中，堰體與直立墻面接觸，接觸面滲流的問題有時發(fā)生，嚴重時造成圍堰潰決，引起嚴重事故。工程中圍堰出現(xiàn)危及基坑安全的接觸面滲流問題時，經(jīng)常采取的措施為在迎水面加寬圍堰斷面或者采用反復灌漿的方式等，接觸面滲流后期修復增加了工程投資，且潛在風險難以從根本上解決。

工程上游圍堰設計最大擋水高度為13.93 m，下游圍堰設計最大擋水高度為10.70 m，擋水高度均較大，上游圍堰不僅保護復線船閘基坑又承擔蜀山泵站樞紐處防洪任務，不容有失，本工程為防止堰體與直立墻面之間產(chǎn)生接觸面滲流問題，提出一種新方法，即圍堰堰體與導航墻墻面之間采用復合土工膜（兩布一膜，800 g/m2）銜接，復合土工膜一端與導航墻墻面采用工程膠粘結，粘結長度1 m，另一端伸入堰體內(nèi)3 m，上、下游圍堰與導航墻墻面接觸處理見圖4。

圖4 上、下游圍堰與導航墻墻面接觸處理詳圖

接觸面采用的工程膠既要滿足粘結度要求，又要滿足所處環(huán)境的耐久性要求。伸入堰體內(nèi)復合土工膜應呈波浪形埋設，不得繃緊，尤其是與墻銜接處的復合土工膜，應為堰體和墻體不協(xié)同變形預留充足空間，防止復合土工膜被撕扯破壞。

上、下游圍堰堰體與護底、護坡接觸面，在堰體填筑前，與護底、護坡接觸面均刷黏土漿處理，并及時覆土填筑。堰體與直立墻面接觸范圍內(nèi)的土體均采用小型壓實機械壓實，壓實應均勻。

4 結語

水閘、泵站等水工建筑物建設，經(jīng)常需要破堤防施工，外河側(cè)圍堰洪水標準確定時，既要滿足施工導流設計要求，又要滿足該處堤防相應施工時段的防洪要求。在現(xiàn)有建筑物附近新建其他建筑物，施工導流及基坑支護等臨時措施工程投資占比往往較高，而前期主體結構設計時容易忽視施工導流、基坑支護等臨時措施的重要性，給后期可預見的工程項目造成施工困難。工程臨時擋水建筑物洪水標準的確定以及水工結構設計的前瞻性規(guī)劃思路可為同類項目提供參考。最后，工程采用的“復合土工膜”方案，為防止堰體與直立墻面接觸滲流提供了一種新思路。