新沭河三洋港枢纽工程中泓施工截流

2012-08-15冯小忠

中国水利 2012年22期

王强，冯小忠

（1.淮河水利委员会建设与管理处，233001，蚌埠；2.江苏省水利工程建设局，210029，南京）

一、工程概况

新沭河治理标准为50年一遇洪水标准，主要控制断面流量为石梁河水库闸下6 000 m3/s，临洪闸下至三洋港闸下为6 400 m3/s，工程等级为Ⅱ等。三洋港枢纽工程由三洋港挡潮闸、排水闸和左右侧上下游导堤等组成，三洋港挡潮闸工程位于新沭河下段桩号11+680处的干河上，是新沭河入海口控制建筑物，具有挡潮减淤、泄洪、蓄水、交通、排涝等综合功能。闸上设计行洪水位3.88 m（黄海高程，下同），闸下水位3.70 m ，设计流量6 400 m3/s；设计挡潮水位为100年一遇潮位3.90 m，校核挡潮水位为历史最高潮位4.08 m。三洋港挡潮闸属于Ⅰ等大（1）型水闸，共 33孔，每孔净宽15.0 m，总净宽495 m，总宽576.92 m，闸底板顶高程-2.0 m，闸室为钢筋混凝土开敞式结构，沉井基础，沉井底高程-10.80 m。新沭河中泓位于枢纽的右侧，河口顶宽约180 m；河底较平坦（-5.5～-6.5 m），底宽约80～100m。中泓为潮汐河道，最低潮水位约为-2.0 m，最高潮水位约为2.5 m。根据2010年9月28日实测潮型，涨落潮时河水最大流量约1 210 m3/s，最大点流速为2.1 m/s，断面平均最大流速1.2 m/s。

三洋港枢纽工程施工利用新沭河中泓导流，主体工程完成后需要对中泓进行封堵，开挖挡潮闸上下游引河，汛期洪水通过三洋港挡潮闸入海。

二、中泓封堵实施方案

1.工程现状

根据批复的新沭河治理工程初步设计，三洋港枢纽工程为非汛期施工，汛期服从行洪，施工期间利用新沭河中泓导流。中泓封堵是三洋港枢纽工程重要组成部分，是三洋港枢纽工程右岸接线和排水通道施工的前提条件，原计划2011年汛后施工，2012年汛前完成。工程由于自2011年5月以来受到群众阻挠，中泓封堵一直未能实施，停工近一年，2012年3月协调工作取得突破，中泓封堵具备施工条件。

到2012年3月，三洋港挡潮闸主体工程已经完成，挡潮闸、排水闸、左侧上下游导堤、左侧接线、分流岛填筑与护砌等工程已经基本完成，中泓左侧已经具备抵挡设计洪水位的条件，挡潮闸上下游引河开挖已完成80%以上，最小断面均不小于设计开挖断面的1/2。由于中泓截流、右岸接线、排水通道跨中泓段填筑所需土方量较大(约90万m3)，施工单位在挡潮闸上下游引河右半幅进行了备土（约96万m3），以用来实施中泓封堵等土方施工，同时为防止淤积，在上下游引河与中泓交汇处预留防淤坝埂。

2.新沭河行洪情况

新沭河治理工程除石梁河水库有部分泄洪资料外，下游无测站，根据现有的资料对石梁河水库泄洪资料进行分析，20年一遇泄洪流量2840m3/s，10年一遇流量 2 170 m3/s，5年一遇流量1 490 m3/s。根据《新沭河续建工程江苏段水文分析报告》,三日最大暴雨，石梁河水库到三洋港区间20年一遇泄洪流量 1 276 m3/s，10年一遇流量1 008 m3/s，5年一遇流量812 m3/s，但三洋港的行洪流量不能简单叠加，准确流量难以确定。沂沭泗河洪水东调南下续建工程实施后（50年一遇工程），洪水东调与南下的条件发生变化，增加了人为控制能力，石梁河泄洪情况可能会发生改变。在上游行洪条件不发生变化的情况下，三洋港枢纽现状具备20年一遇过流能力。

3.中泓封堵实施方案

三洋港枢纽工程的行洪水位主要决定于下游潮位，而50年一遇设计流量6 400 m3/s遭遇20年一遇潮位3.51 m，闸前水位为3.88 m。以此水位为基准，新沭河工程治理前过流断面为2 811 m2,治理后过流断面为3 756 m2，现状过流断面为 3 063m2，中泓封堵后上下游引河最小过流断面为1 900 m2，封堵后现状过流断面小于治理前河道过流断面。

按照“2012年汛前要达到不低于原有泓滩联合泄洪的行洪断面”的度汛目标要求，从行洪安全、实际施工进度、工程投资及目标完成的可能性等不同方面考虑，对原有施工计划、安排作相应调整，确定了“完成中泓封堵，扩大上下游引河过流断面”的中泓封堵实施方案，既实现中泓封堵，又尽最大可能确保工程安全和行洪安全。中泓封堵涉及两道围堰和两道永久坝，工程量大，难度高，工期长，方案计划从3月25日开始组织截流封堵，于6月底前将3-1坝打至高程4.88 m；用挖泥船拆除中泓与上下游引河之间预留的防淤坝埂；对排水闸处中泓左岸进行加固、加高，在3-1坝与右堤之间滩面筑高程4.88 m挡水坝；与治理之前比较，为不降低断面过流面积，需进一步开挖上下游引河，经计算，上下游引河最小底宽不得低于454 m，最小断面处尚需扩挖150 m。采用陆上机械开挖结合挖泥船水下土方开挖的方法，其中陆上开挖土方运至右堤内侧，作为打坝的备土使用。

三、中泓截流进占方案

1.截流坝址选择

截流坝坝址确定的主要因素：①排水闸下游右侧护坡末端位置；②避开中泓右岸盐场引排水通道位置；③便于截流时截流料运输以及截流后围堰填筑的土方运输。经综合考虑，截流坝坝址选择布置于桩号为11+990 m(左岸)～12+123 m(右岸)位置。

2.截流坝断面设计

中泓封堵截流坝坝形考虑了两个方案:一是钢板桩方案，二是石坝方案。由于工程地处黄海海滨，建基面以下为厚约10 m的海淤土，工程地质条件差，经专家咨询论证，认为钢板桩方案在深淤土里不可靠，施工难度大，风险大，最终选用石坝方案。

截流石坝总长约180 m，坝顶宽8 m，顶高程2.5 m，底高程-8.5 m。非龙口段上下游边坡为1:1.6，底宽43.2 m，上下游护底各长18.9 m。龙口段上下游边坡为1∶1.7，底宽45.4 m，上下游护底各长26m。下游覆土，顶宽14m，坡比 1∶10，顶高程 2.5m。2.5m 以上设顶宽 4 m、边坡为 1∶2的子堰，子堰顶高程为4.5 m。

3.截流时水力学计算

针对本工程实际情况，运用数字模型，计算时规划了3种截流方案。方案一，挡潮闸闸门全开；方案二，闸门全关；方案三，涨潮时关闭闸门，落潮时开启闸门。

上边界：封闭；下边界：2010-9-28实测潮型过程线；龙口简化：宽顶堰，底高程-2.0 m，边坡 1∶1.6，顶高程 2.5 m；导流明渠：底宽300 m，上游底高程-2.0 m，下游底高程-1.0 m，边坡 1∶8。

通过计算，涨潮时关闭闸门并不能挡住潮水，反而使龙口流速大大增加，落潮时打开闸门可使龙口流速大大降低。因此龙口合龙施工时拟采用方案一，即打开所有闸门，尽量降低龙口最大流速。

此工况下，龙口出现的可能最大平均涨潮流速为4.17 m/s，可能最大平均落潮流速为3.77 m/s，此时龙口宽度为38 m。根据经验，堤头最大流速为断面平均流速的1.3倍，即可能达到5.42 m/s。

通过计算，龙口宽度在40～30 m阶段是最危险的阶段，最大流速在4.15 m/s左右。根据实测资料，涨潮速度快落潮慢，计划高潮位时开始龙口封堵，一个涨落潮周期即约13小时内完成龙口封堵。

4.进占方式

因三洋港枢纽中泓为潮汐河道，为防止涨潮落潮水流对抛填坝头形成的“一潮两冲”，保证抛投初期的效果，采用进占法水中抛填块石筑成块石坝，在非合龙阶段填筑时用大块石填于坝上下游迎水侧形成防冲矶头，中小块石与石渣料填于坝心位置。坝头抛填视稳定情况，采用汽车直接抛填，或采用坝头集料，用推土机赶料抛填。中间段由平仓船抛填,并根据流速的情况选用不同的抛填料，施工现场准备加工成型钢筋笼装块石以便需要时使用。

第一阶段：先从河底坡脚位置平抛，用汽车将块石转至800吨位的平仓船上，用平舱船上的挖掘机抛填至坡脚。坡脚护好后，用同样的方法抛填中泓河道中间部分，水上抛填平铺河底至-2.0 m，非龙口位置顺水流向长约86.4 m，龙口位置顺水流向长90.6 m，总宽度约180 m，同时左右两侧从陆路同步抛石防护岸坡。中间段22.4 m长位置填至-4.0 m。第一阶段块石坝填筑结束后，即开始在石坝的两侧坡面采用两布一膜、并从两侧填土保护中泓两侧边坡。

第二阶段：块石由水上、左岸、右岸三个方向同时抛填。由陆路运输的块石，部分从左右两岸进行立堵，至顶高程2.5 m；在高潮位时，部分块石由水上船抛填龙口两侧的中间段，至顶高程2.5 m（龙口位置除外）。抛填至龙口段时，全部抛填大块石护面。

第三阶段：块石由陆路从左岸、右岸两个方向同时进行，龙口位置尽量布置在河道中间。截流成功后在截流石坝的下游侧填筑成后戗台以防渗流。

四、截流施工组织

施工前进行技术交底，做好施工中的安全管理，并加强对截流坝的测量监控（特别是龙口合龙初期），对观察数据及时整理分析，发现异常及时上报，采取应急措施。

1.施工准备

测量放样：按照设计要求确定截流坝的位置，进行现场放样。

施工便道：在中泓的左右岸分别修筑至截流坝的施工便道。

材料准备：块石供应将直接从矿山供应到填筑点，包括土工膜、编织袋、土工格栅、铁丝等材料。

块石备料场：在截流坝左右两河岸设置块石储料场，储备充足的龙口合龙备用石料。

施工机械准备：800 t块石运输平舱船（自带挖掘机）、水上交通艇、30～50 t汽车、180 台推土机、20 t吊车等进场。

2.石料选用

通过计算，可算出各种流速下对应的块石直径、重量，当流速在1～3 m/s时，应选用粒径 0.04～0.35 m，重量为0.1～59.5 kg的石渣；当流速在 3～4 m/s时，应选用粒径 0.35～0.62 m，重量 59.5～330.5 kg的中石；当流速在4～6 m/s时，应选用粒径0.62～1.4 m，重量 330.5～3 384 kg 的大块石。块石进场时，所进块石粒径根据不同施工时段的流速不小于上表所要求的单块重量（或粒径），尽量减少冲失量。填筑时尽量将大块石抛填至边坡侧，粒径相对较小的抛填于中间。通过计算，左右两岸同时进占，每侧的抛填强度约为165 m3/h。各阶段石方用量为：第一阶段：需用块石59 800 m3，其中陆上24 800 m3，水上方量 35 000 m3；第二阶段：需用块石约 12 900 m3，其中陆上约7 000 m3，水上约 5 900 m3；第三阶段：需用块石4 300 m3。

3.施工导流

水力数学模型计算，在现有状况下挡潮闸闸门一直打开对截流坝施工有利。填筑-4.0 m以下块石时的最大流速均小于2.3 m/s,填筑-4.0～-2.0 m时的可能最大流速均达4.02 m/s以上，因此填筑-4.0 m以上块石时挡潮闸侧应开始导流，以尽量降低流速，减少块石冲失。根据计算，上游围堰顶宽 4 m，坡比为 1∶8；跨中泓排水通道河堤本次施工顶宽6 m，坡比为 1∶8。