一期枯水围堰大江截流主要施工技术

马国荣

摘 要：草街一期围堰是影响草街航电枢纽工程施工成败的关键性建筑物，是顺利完成船闸和厂房及冲沙闸等三个主要功能建筑物的重要屏障，而枯水围堰是保证一期围堰顺利施工的前提，大江截流是最关键的技术问题。草街工程大江截流最大水深15m、截流流量2000m3/s、行近流速达6m/s，总抛投量达7万余方，是我局在嘉陵江上进行大江截流又一个成功的范例。

关键词：草街大江截流一期围堰决策 单戗立堵上游挑角抛投法 龙口

1 工程概况

草街航电枢纽主体工程采用分二期导流施工，一期导流围左岸厂房和五孔冲沙闸，施工时段为全年，导流标准采用全年20年一遇洪水标准，相应流量为41100m3/s；二期导流围右岸泄洪闸，施工时段为11月～翌年4月，导流标准采用11月～4月的10年一遇洪水标准，相应流量为5440 m3/s。本文所述的截流工程系左岸厂房与冲沙闸标段一枯一期围堰工程。

2 截流设计

2.1截流时段、截流进占方式与截流流量的选择

截流时段选择在汛后退水期，按照业主要求，嘉陵江断流时间定为10月8日至10月30日，再考虑北碚水文站10月、11月各旬径流流量，截流预进占时间安排在2006年10月8日开始。

截流进占方式原计划考虑两套方案：方案一是充分利用右岸河心滩地和未拆除原右岸土石纵向围堰，采用双向单戗立堵进占。优点是在设备、料源（直接利用原右岸土石纵向围堰堆石料）准备充足的情况下，截流进占速度快，且对河心滩部位的砂砾石堰基防渗处理容易。缺点一是设备和防渗细料过河比较困难，需靠轮渡；二是河床在左岸，长期的冲刷已形成深度达15m的深槽，最终龙口选择在主河槽段截流难度会大大加强；另外最大的问题是风险，截流时段选择在汛末，受嘉陵江陡涨陡落的洪水影响较大，且截流期间跨度较长，遇上超标洪水，设备和人员撤退比较困难。方案二是直接从左岸进占，具备料源充足，备料场地相对宽敞，设备组织容易、施工简单、快速、经济等优点。经过比较，截流进占方式采用单向单戗立堵进占的方案。

因截流进占推迟，考虑到前期准备工作较多，所以上游围堰截流时间也相应推迟，安排在10月下旬龙口合拢。截流流量选择10月下旬五年一遇的标准2210m3/s作为截流时龙口设计流量。

截流施工前，派专人做中、短期水文气象预报工作，充分参考北碚水文站气象、水情预报及实测水文数据，选择在流量较小的时段进行龙口的最后合拢。

2.2截流水力学计算

根据左岸过流河床的地形，施工中把戗堤龙口放在河心滩靠近纵向围堰侧。截流计算分两步进行，第一步首先进行河床深槽段的计算，第二步进行最后龙口段的计算；两处的计算均按照宽顶堰公式进行。

龙口泄流量Qg（m3/s）按下式计算：

Qg=mB(2g)0.5H1.5

式中：B—龙口平均过水宽度，m；

H—龙口上游水头，m；

m—流量系数，由相关图查得。

在计算过程中，不考虑上游河槽的调蓄能力以及戗堤渗流量，仅考虑右侧河床与龙口联合泄流，龙口下游水位由坝址水位～流量关系曲线所得。

截流戗堤深槽段水力要素表见表1。

由上表可知：当戗堤通过深槽段后，单宽功率显著降低，截流难度也相应降低，所以深槽段的施工是整个截流工程的关键。

2.3戗堤设计

龙口合龙后上游水位为183.17m，考虑安全超高80cm，戗堤顶部高程为184.0m，顶宽18.5m，迎水面坡比1:1.3，背水面坡比1:1.5，堤头推进坡比1:1.2～1:1.4，在戗堤堤头下游侧设置推土机停放平台。下游戗堤顶部高程为182.5m，宽度7.5m。

2.4龙口分区

（1）深槽段

截流采用自左向右单戗立堵的方式进行。由水力学计算成果可知，深槽段为高速水流区，作为主龙口区，从左至右依次为Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，其宽度分别为60～40、40～20m、20～10m（该宽度是根据深槽段距离河心滩来说的）。

（2）龙口段

由水力学计算成果可知，戗堤进入河心滩后，因河床底部高程较高，整个进占过程中流速变化不大，只在快合拢时才有明显变化，所以拟预留40m龙口，把龙口分两个区，从左至右依次为Ⅰ区和Ⅱ区，其宽度分别为40～20m、20m～0m。

2.5截流材料选择

根据龙口各区流速大小，按伊兹巴什公式，求各区材料当量直径d，并参考其它类似工程经验，确定龙口各区抛投材料粒径见表3、表4：

d=()2×

式中：V—稳定流速，在此为龙口平均流速，m/s；

k—稳定系数，取0.9；

γs—块石容重，单块2.6t/m3，群体混合料2.55t/m3，群体均匀料2.45t/m3；

γ—水容重，1.0 t/m3。

3、截流施工

3.1预进占施工

上游预进占戗堤控制顶宽15m～20m，戗堤高程比水面高约1m，随着戗堤的推进，对已经进占的部分逐步加高，至设计龙口处预留40m，对堤头用大块石进行抗冲保护，为最后的合龙做准备。

下游戗堤进占主要根据上游戗堤的进占速度尾随跟进。预进占时下游龙口落差和流速相对较小，一般开挖石渣或毛料即可稳定，堤头呈流线型进占，即在戗堤前沿全线均匀抛投，全面推进，如果中途需要停歇，用大块石对堤头进行防冲保护。

3.2深槽段施工

深槽段施工是本工程截流施工的关键，也是截流施工的重点和难点。首先控制填筑高度，比水面高出1m，以便于抛填。施工中采用“上游挑角抛投法”---形成上游角凸出的进占方法。考虑到戗堤顶部较宽，施工时沿流向分两个区进行施工，其中下游区宽12m左右，为主要进占施工区；上游区6.5m，为普通石渣填筑区，尾随下游区填筑。首先在下游区向偏向上游抛投大块石、钢筋笼等特殊材料，形成一个长5m左右的挑角，此时在下游侧的形成流速较小的回流区，抛投粒径较小的材料；待下区抛投完毕后，继续采用相同的方法施工直到下游区领先上游区20m左右，再开始抛填上游区。此时在戗堤上游的上去形成一个长约20m的横向过流区，对靠近左侧的部分，因流速较小，抛投普通的石渣料即能满足稳定要求，但靠近龙口的5m因流速过大，普通石渣不能稳定，可采用相同的方法向前延伸。其基本抛投顺序为：下区→下区→上区→下区→下区→上区→……，每次进占长度为8～10m不等，跟进龙口水流状况现场确定。

龙口进占合龙过程中，尽量压低堤头，紧贴水面进行进占，随着戗堤的推进，对戗堤后部加高进行加高。

4、戗堤加高培厚

在围堰戗堤进占过程中，随着龙口的不断延伸，对已经填筑的戗堤进行加高处理，并达到设计高程。对上游戗堤的上游区和下游围堰的下游区均填筑有利于堰体防渗的泥岩风化石渣或腐植土等较细的料子，便于随后的防渗处理。

5、结束语

在草街工程大江截流施工中采用单戗立堵的方式进占是行之有效的，工期较原来的15天缩短为9天，具备简单、快捷、经济的特点。同时对体型相对较大的戗堤宜采用分区填筑进占的方式，大块石堆体区先行，细渣料尾随，即降低了抛投强度，同时细渣料起到了较好的临时闭气效果，为后续的塑性灌浆创造了条件。

本截流工程的顺利实现可以为大江截流提供一个完成的、成功的截流施工技术范例。

参考文献:

[1]夏仲平水利水电工程施工手册 施工导(截)流与度汛工程 2002，ISBN 7-5083-1277-5

[2]长江委葛洲坝工程丛书 导流与截流 ISBN 7-120-02119-2/tv.814

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。