牡丹江市拦河闸工程施工导流

黄 俊，解红军，李佩南，姜润波

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021；2.吉林松江河水力发电有限责任公司，吉林 抚松 134500）

1 工程项目概况

牡丹江市拦河闸工程位于黑龙江省牡丹江市，牡丹江干流上，距江滨公园约3 km，控制流域面积22720 km2。拦河闸工程的主要任务是在枯水期壅高江道水位，扩大回水区域内的江道水面面积，美化水环境，为全市人民提供一个休闲、娱乐的场所；同时，提高工程地点上游取水口的保证率，利于城市供水。工程正常蓄水位为230.20 m，相应库容为784万m3，设计洪水位为234.69 m，相应库容3028万m3，校核洪水位为236.36 m，水库总库容为4154万m3。

主体工程由17孔拦河闸组成。两岸上、下游以弧型翼墙与岸坡连接。拦河闸由进口（铺盖）段、闸室段、消力池、海漫等部分组成。拦河闸底板顶高程为225.70 m，为无坎宽顶堰。挡水采用开敞式平板工作门及叠梁式检修闸门。闸室总宽255 m，孔口净宽212.5 m，分为17孔，每孔净宽12.5 m。闸室长12 m，底板厚1.8 m，一孔一分缝，底板前后各设一道齿墙。闸墩底部长12 m，顶部向上游悬臂5.44 m，左、右边墩厚1.25 m，中墩厚2.5 m。

闸室上部设有工作桥、检修桥及启闭设备。启闭平台顶高程247.80 m，启闭室净宽6.2 m。检修桥布置在上游侧，桥面高程238.56 m，桥面总宽10 m，空心板结构。

闸址区江段内没有通航、过木要求，但要满足下游牡丹江市城市取用水要求（Q=30 m3/s）。

2 施工自然条件

牡丹江市区地处温带，属大陆性湿润季风气候区，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季降温急骤，冬季严寒干燥而漫长。根据牡丹江市气象资料统计，多年平均气温3.5℃，夏季最高气温37.5℃，冬季最低气温-35.1℃。冬季自10月中旬至来年4月中旬达6个月之久。

根据流域内各主要水文气象站的观测成果分析，多年平均蒸发量在850～1300 mm之间。相对湿度年内变化最小月份在4月，为56%～61%，最大月份在7—8月，为80%以上，年平均值为70%～73%。

流域内冬季多西风和西北风，夏季多西南和东南风。年内最大风速达20 m/s，平均风速为2.6 m/s。

流域内多年平均无霜日期为126 d左右。冻土深度为1.5～2.5 m，3—4月份冻土深度最大。多年平均最大冻深1.8 m。结冰期为11月中旬至翌年4月中旬，长达5个月之久，平均冰冻厚度1.0 m，最大冰厚1.18 m。

3 施工导流截流

3.1 导流标准

根据SL303-2004《水利水电施工组织设计规范》导流建筑物为Ⅳ级，施工洪水重现期为10～20年，结合工程特点，选用10年一遇的施工洪水重现期。根据牡丹江水文站洪峰流量频率分析成果，按面积指数换算求得工程地点处的施工洪水成果：春汛（4—7月），10年一遇为1347 m3/s，5年一遇为1024 m3/s；秋汛（9—11月），10年一遇为 1025 m3/s，5 年一遇为 693 m3/s。

3.2 导流方式

根据工程地形、地质及工程布置条件，工程采用两段两期施工导流方式：一期工程围左岸，利用右岸束窄后明渠过流，施工左岸9孔拦河闸；二期工程围右岸，利用一期施工完成的9孔拦河闸过流，施工右岸8孔拦河闸。

3.3 导流建筑物设计

围堰主要由块石、石碴、粘土、土工膜及无纺布等填筑而成。围堰防渗采用粘土心墙与土工膜。

一期及二期围堰顶宽4.5 m，迎水侧边坡1∶2.0，背水侧边坡1∶1.5。围堰用碎石、砾石做为戗堤，粘土心墙与土工膜防渗，无纺布反滤，迎水侧采用抛石防护。围堰中部为粘土心墙，心墙外迎水侧铺设土工膜防渗，背水侧铺设无纺布，土工膜及无纺布外为15 cm厚的砂砾石垫层，两侧为碎石戗堤。围堰特性见表1，围堰横断面尺寸见图1。

图1 一期（二期）围堰横断面

3.4 截流设计

工程截流采用上、下游两单戗堤同时向纵向围堰立堵式进占，进占工序为两路车队同时从上、下游向纵向围堰进占，龙口设在纵向围堰上。上、下游围堰裹头处，要加强防冲措施，采用钢筋笼石体防护堰脚，做好围堰闭气及抗冲刷处理。

一期围堰施工计划10月初开始进行，龙口合拢时段计划选在10月末，戗堤进占时导流设计流量选用（P=20%）1024 m3/s，而堰顶高程及防护标准按（P=10%）1347 m3/s来确定。二期围堰施工计划在翌年8月开始进行，龙口合拢时段计划选在9月，戗堤进占时导流设计流量选用（P=20%）1024 m3/s，而堰顶高程及防护标准按（P=10%）1347 m3/s来确定。

若围堰进占或合拢时期，流量持续居高不下，围堰导流流量超过1024 m3/s，及时采用抛填大块石、石串或块石笼等应急措施，增加抛投料的重量以满足抗冲要求。具体方法可采取：1）将若干块重量大的四面体在堤头部位穿入30 mm钢丝绳，用卡扣卡紧形成混凝土四面体串，再用1～2台大型推土机同时推至江中，以减少龙口合拢时期抛投料的流失量；2）增大迎水面戗堤挑角抛投块石、钢筋笼石体或石串的重量。

若围堰进占或合拢时期，河流流量较小低于设计截流流量1024 m3/s，可以考虑加快非龙口段进占速度，提前完成非龙口段施工，随后进行龙口段进占，将合拢时间适当提前，以便为后续施工提供充足的施工时间。

为确保龙口段抛投强度，在设备选型上优先选用大容量、高效率、机动性好的设备。挖装主要选用2 m3的挖掘设备，大石选用1.8 m3反铲和正铲挖装机械（启吊力F＞2 t），钢筋石笼可采用汽车吊吊装。推运主要选用大马力的推土机。

工程截流过程中预先做好合拢抛投车辆行车线路规划。考虑堤顶宽4.5 m，行车道较窄，在一定距离处可设置回车加宽段。抛投车辆在上、下游两戗堤堤头同时进占，以加快围堰进占的速度。为减少倒车距离，加快抛填速度，在戗堤堤头布置2个卸料点，戗堤上、下游侧各1个。另外，根据不同部位填料的要求，要采用不同的进占方式。围堰迎水坡在需要抛投大块石时，按规划调谴专用汽车设备在围堰靠上游侧抛填大块石、石串，戗堤进占可由（32 t，20 t）汽车按规划路线抛填中小石、石渣。

3.5 基坑排水

排水包括初期排水和经常性排水。初期排水按围堰闭气后的基坑积水量、抽水过程中围堰及基坑渗水量、堰身及基坑覆盖层中的含水量以及可能的降水量四部分计算；经常性排水包括围堰及基坑渗水、降水及混凝土养护用的废水等。

1）初期排水流量：

式中：V——基坑的积水体积，m3；T——初期排水时间，此次T=5 d；η——经验系数，主要与围堰种类、防渗措施、地基情况、排水时间等因素有关，一般η=3～6，当覆盖层较厚，渗透系数较大时取上限，此次η=4。土石围堰基坑水位下降速度不宜大于0.5～0.8 m/d。

表1 施工导流围堰特性表

一期围堰基坑初期排水体积为23999 m3，排水强度选用800 m3/h（0.222 m3/s）进行水泵选型，初期排水时间约5 d完成；二期围堰基坑初期排水体积为35798 m3，排水强度选用1193 m3/h（0.331 m3/s）进行水泵选型，初期排水时间约为5 d完成。

2）基坑经常性排水按围堰渗透量计算：经防渗闭气后的坝体渗水量很小，渗流量计算采用坝基渗流计算公式：

式中：q——每米围堰渗入基坑的渗透流量，m3/s；k——围堰与透水层的平均渗透系数，m/s；H——上游水深，m；T——透水层厚度，m；n——系数值；L——围堰底宽，m。

经计算，一期围堰的经常性排水流量Q=393 m3/h（0.11 m3/s），水泵选型：7台 SLS125-125A，单台电动机功率为11 kW，其中2台作为备用泵；二期围堰的经常性排水流量为Q=619 m3/h（0.17 m3/s），水泵选型：9台SLS 125-125A，单台电动机功率为11 kW，其中2台作为备用泵。

基坑内经常性排水采用排水纵沟和集水井结合的方式，每侧围堰排水纵沟布置3个集水井，由排水沟将水汇入集水井中抽水。纵沟在围堰内坡脚外0.3 m，沟底宽0.3 m，沟深0.6 m，纵坡坡降不小于2/1000。集水井布置在建筑物轮廓线以外较低处，距建筑物外缘的距离大于2.0 m。

3.6 施工期通航与过木、排冰要求

闸址区江段内没有通航、过木要求。由于采用分期导流，施工期不存在影响下游牡丹江市城市供水要求的流量（Q=30 m3/s）。通过对上游河段的开江方式、流冰时段、流冰数量及最大的冰块尺寸等冰情资料调查后，根据导流方式及拦河闸尺寸，确定排冰对工程无影响。

4 结语

施工导流设计是水利水电施工组织设计的中心环节，也是编制施工总进度计划的主要依据，在水利工程建设中起着关键性作用。正确选择施工导流方案不仅对降低工程造价、缩短工期、提高工程质量和施工安全具有重大意义，而且也影响到坝址、坝型及枢纽布置方案的选择。牡丹江市拦河闸工程施工导流设计中充分考虑因地制宜、因材设计的原则，结合当地具体情况全面考虑投资、工期、水力学条件等方面的因素，最终确定施工导流方案。目前工程按照施工导流设计方案实施，工程进展顺利。