陶岔渠首枢纽应急供水导流施工

□王秀明 □曲胜辉 □刘琴文（中国水利水电第十一工程局有限公司）

1.工程概况

陶岔渠首枢纽工程是南水北调中线输水总干渠的引水渠首，也是丹江口水库的一座副坝。

陶岔渠首枢纽位于原渠首闸下游约70 m，闸坝顶高程176.6 m，轴线长265 m，共分15个坝段。包括左、右岸各5个非溢流坝段，电站厂房坝段，三孔引水闸坝段。原渠首闸顶高程162 m。在陶岔渠首枢纽工程建设期，原渠首闸作为陶岔渠首枢纽工程建设的上游围堰，原招投标文件没有应急供水导流设施，而是采用灌溉期基坑过水。

2010年12月1日，在南阳召开了关于陶岔提灌站建设与陶岔渠首枢纽工程建设交叉施工干扰协调会议。根据会议精神，为配合陶岔提灌站基础石方爆破开挖施工，要求陶岔渠首枢纽工程2010年12月20日前，暂停混凝土施工。

根据合同文件提供的资料，为保证下游灌溉用水需要，每年3-4月、7-9月属提灌期，陶岔老闸提闸放水灌溉下游农田。

2010年12月陶岔提灌站施工打乱了陶岔渠首枢纽工程的施工安排，造成渠首枢纽工程混凝土施工在2011年2月底前无法达到出水面的安排，从而导致混凝土施工因为灌溉而停工6个月的局面。为保证灌溉期基坑混凝土正常施工，结合现场实际情况，经多方咨询研究，在提灌期间陶岔渠首枢纽工程引水闸坝段采取了应急供水导流方案。

2.施工应急供水导流

2.1 应急供水导流方式

原渠首闸底板高程为EL140 m。

大坝主体设计情况：厂房坝段（6#、7#、8#）长 60 m，建基面高程EL121 m；引水闸坝段（9#、10#）长31 m，建基面高程EL138 m。

根据现场实际情况，结合陶岔枢纽工程大坝结构，决定调整施工部署，加快引水闸坝段混凝土施工，增加部分临时围堰，在2011年2月底前，使引水闸坝段具备应急供水导流条件，从而保证厂房坝段灌溉期正常施工。

应急供水导流方案：采取在陶岔老闸5#孔与引水闸坝段之间、引水闸与厂闸导墙之间修筑纵向混凝土围堰，连接引水闸左边墩，利用引水闸底板过流，引水闸下游通过厂闸导墙纵向挡水，在厂闸导墙尾部修筑土石围堰将水引至下游现有引渠，形成明渠导流，达到应急供水导流目的。引水闸应急供水导流平面布置见图1。

图1 引水闸应急供水导流平面布置图

2.2 应急供水导流标准

根据陶岔老闸每年灌溉期下游用水量，咨询老闸管理处管理人员，提灌期陶岔老闸的灌溉流量不超过50 m3/s。

2.3 应急供水导流计算

2.3.1 过流断面计算

根据导流性质，采取明渠导流，已知流量Q=50 m3/s，过流断面取矩形断面，最窄处在老闸出口处，底宽b=6 m，边坡系数m=0.3，渠道底坡i=0.008，渠道粗糙系数n=0.033，根据谢才公式Q=AC（Ri）1/2=K（i）1/2计算水深 h。

流量模数KA=Q/（i）1/2=555 m3/s

K=AC（R）1/2=A（R1/6/n）R1/2=（A/n）R2/3=A5/3（/nχ）2/3代入式（1）、（2）

采用试算法计算得：h=6 m

因此，保证应急供水导流明渠宽度B≥6 m，明渠水位EL146 m，考虑安全、防止水位漫过堰顶，围堰顶部高程确定为EL147 m。

2.3.2 混凝土纵向围堰设计

在根据过流断面确定了纵向围堰顶部高程为EL147 m，底部约为EL140 m，由于围堰高度已考虑超高，围堰高度确定为7 m。结合现场实际情况及以往施工经验，混凝土围堰顶宽60 cm，底宽250 cm，迎水面为直立面，背水面坡比为1:0.27，挡水墙底部为老闸下游底板混凝土，摩擦系数取0.65。

考虑到挡水墙的稳定性，对挡水墙倾覆稳定性Kt（Kt＞1.5安全）和滑动稳定性Ks（Ks＞1.3安全）两部分进行验算。混凝土围堰断面见图2。

图2 混凝土围堰断面图

2.3.2.1 水压力计算

取1 m墙长为计算单元。

水压力作用点距墙趾距离hf=hc+Ic/hcA=h/2+bh2/[（h/2）×bh]=1/3 h

2.3.2.2 挡水墙自重和重心距离墙趾的距离

将挡水墙分成一个三角形和一个矩形，则

G2=0.6×7×23+190×0.5/1=191.6 kN/m（考虑底部锚杆抗倾覆）

G1和G2作用点距墙趾O点水平距离分别为：

2.3.2.3 倾覆稳定验算

Kt=（G1×X1+G2×X2）/（Ea×hf）=（152.95×1.27+191.6×2.2）/（180×2）=1.7＞1.5安全

2.3.2.4 滑动稳定性验算

Ks=（G1+G2）μ/Ea=（152.95+96.6）×0.65/（180-190×0.7×0.5）=1.4＞1.3 安全

2.3.3 土质围堰设计

为保证应急供水导流明渠贯通，拟在厂闸导墙下游修筑土质围堰顺接下游河道。

需修筑的纵向土质围堰底部高程与上游混凝土纵向围堰基本一致，设计围堰高度仍按7 m考虑，堰顶高程为EL147 m，堰顶宽度3 m。迎水面坡比为1:2.5，背水面坡比为1:2。

考虑到现场基础面狭窄，为保证土石围堰防渗、防冲刷，迎水面采用填筑1 m厚石渣防冲，其后部填筑粘土防渗。

2.3.4 纵向围堰接头防渗设计

修筑纵向围堰应急供水导流，各接头部位的防渗至关重要，为保证修筑的纵向混凝土围堰、土石围堰与相邻建筑物平顺连接、有效防渗，采取以下措施。

2.3.4.1 引水闸上游纵向混凝土围堰与老闸闸墩接头处。为保证混凝土之间减小渗水，在纵向混凝土围堰施工时，与老闸闸墩接触部位预埋两道遇水膨胀止水胶条。

2.3.4.2 纵向混凝土围堰伸缩缝。考虑到混凝土纵向围堰长度较长，为保证施工质量，20 m设一道伸缩缝，伸缩缝处设置两道D型橡胶止水带防渗，缝面贴1cm泡沫板。

2.3.4.3 纵向围堰与厂闸导墙之间的混凝土围堰接头处。混凝土与混凝土接头采取与引水闸上游纵向混凝土围堰与老闸闸墩接头处处理方式相同。

2.3.4.4 纵向混凝土围堰与老闸底板混凝土结合面。在浇筑混凝土围堰前，对老闸底板混凝土表面进行人工清理，表面做凿毛处理，为保证混凝土连接牢固，底板布置Φ28插筋，伸入1 m，外露1m浇筑在围堰内，插筋布置间排距2 m，顺围堰轴线布置两排，错距布置，插筋布置距迎水面25 cm。

2.3.4.5 厂闸导墙与下游土质围堰接头。为保证土质围堰与混凝土有效连接，填筑围堰前，混凝土接触部位涂刷1:2混合的泥浆，填筑时采取“粘土裹头”处理，即在填筑围堰时，在与混凝土接触段延伸填筑粘土，增加粘土与混凝土接触面，延长水流的渗径，尽可能减少渗水，并保证连接部位顺接，同样应用在厂闸导墙下游的纵向土质围堰。

2.3.4.6 土质围堰底部与基础面处理。在填筑围堰前，对于混凝土基础必须人工清理干净，保证无杂物，在填筑前涂刷1∶2泥浆，以保证连接；对于天然地基，采取挖槽处理，清除岩石基础上部覆盖层，填筑前在基础面涂刷1:2泥浆。

2.3.4.7 应急供水导流明渠混凝土分缝处。为杜绝应急供水导流渠道各部位分缝处渗漏水，对渠道临时建筑物混凝土分缝处均采用聚硫密封胶填塞。

2.4 应急供水导流主要项目施工

一是混凝土纵向围堰及土质围堰施工。根据计算设计结果，完成导流上下游纵向混凝土围堰及土质围堰施工。二是渠道顺接及底部处理。为保证过水断面及水流顺畅，对引水闸上游边坡、消力池尾部突出的岩石体需要进一步开挖。对厂闸尾部至下游明渠进口段河道底部淤泥进行清理。三是坡面防护。导流明渠右侧基本为已开挖成型的岩石坡面，主要为老闸至引水闸段右侧边坡、消力池右侧边坡及厂闸尾部右侧边坡。为防止在施工导流期间水流对坡面造成冲刷破坏，拟对已开挖成型的岩石坡面进行喷混凝土防护，喷混凝土厚度10 cm，混凝土标号为C20。四是引水闸下游导流永久建筑物。根据导流施工进度计划安排，消力池暂先进行垫层混凝土浇筑，分两块施工，浇筑高程至138.5 m；厂闸导墙完成1-4导墙高程147 m以下混凝土浇筑，满足导流过水要求。五是引水闸段施工。根据应急供水导流总体规划，为使导流期引水闸结构安全，平顺过流，结合防渗需要，应急供水导流前计划完成引水闸底板混凝土至EL140.0 m浇筑；左、右边墩至EL147.0 m浇筑施工，满足导流要求。底板及闸墩混凝土均分块施工，将底板沿水流向分为3段，每段尺寸分别为13 m、12 m、13 m；混凝土施工时底板及闸墩模板一次性安装到位，首先施工①③段，待①③段施工完成拆模后施工第②段，段与段之间设橡胶止水；闸底板水平橡胶止水安装高程EL139.5 m，闸墩内垂直橡胶止水距迎水面0.5 m布置。引水闸底板及闸墩混凝土施工布置见图3。

图3 引水闸底板及闸墩混凝土施工布置图

3.方案调整优化

3.1 应急供水导流实施基本情况

提灌期陶岔渠首枢纽工程引水闸坝段应急供水导流方案实施后，由于工期紧张，2011年春节期间，项目部认真组织，精心安排，全体人员加班加点，按照既定的3月初放水目标加紧施工，有把握按期实现目标任务。

2011年2月14日，又接通知，由于旱情严重，陶岔渠首枢纽工程2011年原施工应急供水导流计划从2011年3月初提前至2月20日过水。由于工期提前，剩余只有5 d，原定目标无法实现，为此经各方研究讨论后，项目部对原定应急供水导流施工方案进行了调整和优化，进行赶工，确保实现应急供水导流目标。

3.2 应急供水导流施工方案调整原则

其一,2月20日应急供水导流形象为：厂闸导墙1-4全部抢浇至EL147.0高程，上下游临时混凝土围堰形成；其二,9#坝段左边墩采用钢模板，按照钢板桩围堰设计、计算，进行挡水，左边墩混凝土浇筑初期仅作为挡水防渗；其三,由于时间紧迫，剩余混凝土浇筑龄期较短，故在过流时，已浇筑混凝土模板不做拆除，起到保护混凝土作用；其四,下游土质围堰与厂闸导墙4同步施工，消力池等右侧边坡继续喷射混凝土封闭防渗；其五,考虑到工期要求，为保证应急供水导流期混凝土强度达到过流要求，对剩余临时混凝土采取提高设计标号的措施，采用R28350F150W8标号混凝土进行浇筑；其六,引水闸底板宽缝廊道封堵及10#坝段廊道口混凝土封堵，重点做好各相关部位的防渗；其七,对应急供水导流建筑物混凝土埋设观测仪器，并设置观测点，为安全应急供水导流提供基础数据；其八,加大资源投入，全力进行混凝土施工，尽最大努力实现2月20日施工应急供水导流目标。

3.3 各部位混凝土主要施工方法

3.3.1 上游临时混凝土围堰

上游临时混凝土围堰共58 m，已施工完成20 m，剩余38 m，剩余的38 m分两段施工，一段20 m，一段18 m，两段混凝土方量共390 m3。上游20 m围堰模板采用PC3015和1015小钢模板，15日已开始混凝土浇筑，下游18 m导墙模板采用3.0×3.2 m大钢模板，上游20 m混凝土浇筑完成后可备仓完毕开始浇筑。由于过水时间紧迫，2月20日上游围堰过水时，上游围堰模板不做拆除，后期再进行拆除。由于9#坝段左侧边墩墩头Ta+0.00～Ta+12.0混凝土刚施工完成不具备拆模条件，故在浇筑上游围堰时将左边墩墩头模板埋入围堰混凝土，墩头模板肋板防渗，同上游围堰一并后期进行拆除。与此同时，上游围堰模板内侧设置斜拉筋，与布置在地面上的锚筋连接，以此来抵抗水对围堰的侧压力。上游临时纵向围堰采用泵送混凝土。

3.3.2 9#坝段左边墩Ta+12.0～Ta38.0混凝土

由于时间紧迫，先后浇筑2个仓号已没有时间，故将9#坝段左边墩Ta+12.0～Ta38.0 2个仓号并仓浇筑。为解决左侧边墩剩余2个仓号并仓施工与原引水闸底板分缝问题，在桩号Ta+25.0部位设置双层并缝钢筋，底层并缝钢筋安装高程EL140.6 m；边墩混凝土采用C7052塔机配合汽车泵联合入仓。左边墩Ta+25.0并缝钢筋施工见图4。

根据施工情况，左边墩混凝土在2月18日浇筑完成后20日就要实现过水，故对本次施工应急供水导流中左边墩Ta+12.0～Ta+38.0段采取在应急供水导流前加固好模板，使模板形成钢板桩围堰。经计算在左边墩内侧模板背部设置Ф20斜拉杆斜拉模板，斜拉杆布置间距1.5 m，排距布置4排，以此来作为对过水期间的抗水压措施。斜拉杆受力计算如下：

钢模板水压力计算（按6 m水深计算）

取1 m钢模板长为计算单元。

单根Ф20拉杆=370 MPa×3.14 cm2=116.18 kN

故每米模板需拉杆1.55根，则每3 m钢模板上需设拉杆为1.55×3=4.65根。结合钢模板拉杆孔位实际情况，每块钢模板上布置有4根拉杆，则每3 m钢模板上布置有8根拉杆。安全系数达到1.72。

图4 9#坝段左边墩Ta+25.0并缝钢筋施工图

斜拉杆中间布置花篮螺栓作为紧固装置。布置形式见图5。

图5 9#坝段左边墩大钢模板斜拉图

3.3.3 下游纵向混凝土围堰

由于工期紧张，为快速安装加固模板，同时考虑到临时围堰安全，将下游围堰底板插筋加长加密并将原梯形断面结构改为直立墙体结构，下游围堰与闸墩连接段宽度为2.3 m，顺水流方向宽度改为3.0 m与厂闸导墙1连接，由此增加临时围堰混凝土319 m3。模板安装采用大钢模板，QY30K汽车吊吊装，内撑外拉；混凝土入仓采用SY5313THB汽车泵与70 t汽车吊配合3 m3卧罐联合入仓，人工振捣，由于工期紧，为尽早提高混凝土强度，将浇筑的混凝土按比例掺加早强剂，并且导墙模板不做拆除，并在底板上设置锚筋通过Ф20斜拉筋内拉模板内侧，斜拉形式同引水闸左边墩，尽最大能力满足应急供水导流施工。

3.3.4 厂闸导墙2-4、2-5施工

厂闸导墙1、厂闸导墙3已经施工至EL147.0 m高程。厂闸导墙2截止2月15日已施工至EL142.5 m，至EL147.0还有两层（即导2-4和导2-5），导2-4于15日晚开始浇筑，混凝土入仓采用70 t汽车吊配合3.0 m3卧罐入仓；导2-4施工完成后进行导2-5施工，混凝土入仓同样采用70 t汽车吊配合3.0 m3卧罐，浇筑完成后钢模板不做拆除，后期拆除。

3.3.5 厂闸导墙4-4施工

厂闸导墙4-4于15日下午开始混凝土施工，施工后导4-4将达到EL147.0高程，导墙4-4混凝土方量共156 m3,混凝土入仓采用QY30K5汽车吊配合1.5 m3卧灌入仓，同样，受混凝土龄期限制，为保证施工质量，导墙4-4混凝土浇筑完成后模板不做拆除，后期拆除。

3.3.6 引水闸底板宽槽廊道施工与10#坝段廊道口封堵

引水闸底板宽槽廊道在本次应急供水导流施工中，围绕廊道上下游及顶部回填厚度为50 cm的C20混凝土，以此来满足应急供水导流防渗要求。施工前将廊道宽槽待浇筑混凝土50 cm范围内木模板拆除，人工凿毛冲洗后浇筑混凝土，后期浇筑引水闸宽槽混凝土前将本次应急供水导流施工的廊道混凝土人工拆除。10#坝段廊道口采用钢筋混凝土封堵，封堵混凝土工程量20 m3，待将来施工11#坝段时将廊道口封堵混凝土拆除外运。廊道口封堵混凝土及钢筋形式见图6。

图6 10#坝段廊道口封堵混凝土示意图

3.4 引水闸底板过流期间保护

引水闸底板为永久混凝土面，本次应急供水导流过水期间需进行表面保护，保护的措施为首在引水闸底板表面铺设一层保湿薄膜，然后再铺设一层厚3 cm的聚乙烯泡沫卷材，最后采用间距1.0 m×1.0 mФ32焊接钢筋网片将聚乙烯泡沫卷材压盖，以防止水流对泡沫卷材的冲刷。

3.5 引水闸右边墩模板拆除

按照原应急供水导流方案计划，至2月15日，引水闸10#坝段右边墩Ta+0.0～Ta+12.0、Ta+25.0～Ta+38.0两个仓号模板已安装到位，由于调整后工期紧迫，右边墩在过水前不再进行混凝土施工，为防止已安装的模板在过流期间被冲毁，将已安装好的模板进行拆除。

3.6 11#、12#坝段基础、边坡防渗

由于10#坝段右边墩未施工封闭，应急供水导流过水将漫灌11#、12#坝段右侧坝坡，右岸坝址区均为灰岩，岩石溶洞纵横交错，为此，将右边墩靠右侧11#、12#坝段EL147.0 m以下两侧边坡进行喷混凝土施工，水平建基面铺设1 m厚粘土覆盖。粘土覆盖及喷护完成后停止11#坝段基础排水，待水位上升后观察7#、8#坝段及周边是否有渗水，有渗水时加大覆盖层厚，以此来进行防渗。

3.7 消力池左侧底板防渗

消力池左侧（Tb111.76～Tb122.76）EL138.0 m混凝土找平层已施工至Ta+60.5桩号，Ta+60.5～Ta+99.75未进行混凝土找平层浇筑，在本次施工应急供水导流中，将消力池左侧剩余的底板采用粘土覆盖50 cm，并用推土机碾压夯实。

3.8 土质围堰防渗及边坡防护

完成土质围堰填筑后采用长臂反铲对坡面进行修整，保证坡面坡度一致、平顺。为保证土质围堰防渗效果，在围堰迎水坡面铺设一层200 g/m2规格土工布，土工布铺设完毕后，采用编织袋人工装填粘土覆盖保护；坡脚采用块石护砌防冲刷。

3.9 下游渠道开挖处理

为保证应急供水导流过水顺畅，对下游厂闸尾部至新交通桥渠道采用挖掘机配合自卸汽车，按照底宽12 m、底高程不高于141.0 m和坡比缓于1∶2开挖到位。

4.结语

陶岔渠首枢纽工程针对突发情况，采取引水闸应急供水导流方案，解决了因提灌站施工及春灌影响工期问题，保证了基坑连续施工，加快了工程进度；又可在汛期到来前，完成EL140 m以下基坑混凝土的浇筑，保证老闸安全，还彻底摆脱老闸提灌对枢纽施工的影响，为基坑内施工创造了条件。此应急供水导流实施方案，为此类工程提供了参考。