渠道倒虹吸工程的施工导流设计

2013-03-20张海青周彦玲

山东水利 2013年7期

关键词：明渠防渗墙围堰

张海青，周彦玲

（济宁市梁济运河管理处，山东济宁 272000）

渠道倒虹吸工程的施工导流设计

张海青，周彦玲

（济宁市梁济运河管理处，山东济宁 272000）

结合大型输水渠道倒虹吸导流工程施工，对其导流标准、导流方式、导流建筑物和导流施工措施等进行了探讨。在对导流方案进行比选的基础上，提出了合理的施工导流设计措施和导流工程施工方法，可供类似工程参考。

倒虹吸；导流设计；方案比选；导流施工

倒虹吸工程是长距离、跨流域调水工程（如南水北调工程）、灌区渠道工程总干渠穿越现状河道时经常采用的一种主要交叉建筑物，受工程区地形、地质、水文条件的限制，在施工组织设计中对施工导流提出了较高的要求。在此，以引沁总干渠承留河倒虹吸工程为例，对倒虹吸施工导流中的几个主要问题作一探讨。

1 工程概况

引沁总干渠承留河倒虹吸工程与现有河道正交，为两联4孔箱形钢筋混凝土结构，孔径为6.5m×6.7m，设计流量265m3/s，加大流量320m3/s，建筑物总长242m，其中进口渐变段长45m，进口闸室段长15m，倒虹管身段水平长109m，出口闸室段长23m，出口渐变段长50m。工程位于黄（河）沁（河）冲积平原，地形较平坦、开阔。总干渠沿线多年平均降雨量为568mm，汛期6～9月降雨量占全年的70%～80%。年际变化幅度大，年降雨量最丰年是最枯年的3～5倍。河道为一常年性河流，河宽约22m，水深一般3m左右，两岸河堤堤顶宽3～5m，顶面高程108m左右。建筑物位置处地层空间分布较稳定，在勘探深度范围内为黏、砂多层结构。地下水主要为第四系孔隙潜水和承压水。孔隙潜水主要赋存于上部极微透水～微透水的粉质黏土和黄土状重粉质壤土层中，埋深为1.40～3.30m，承压水主要赋存于第⑤层轻壤土、第⑥层细砂、第⑦层中砂中。

2 导流标准及导流时段划分

本工程主体建筑物为I级，按照《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303—2004）规定，导流按IV级建筑物标准设计，土石围堰的导流标准为10～20年一遇。不同导流时段的洪峰流量～水位关系见表1。为降低工程投资，施工导流洪水标准采用非汛期10年一遇，相应洪水流量为7.22m3/s，水位103.61m。建筑物采用非汛期施工，即当年10月初至次年5月底施工，汛期河槽内停工。

表1 设计洪峰流量～水位关系表

3 导流方案比选

由于河道长年有水，河道与河岸高程差约3m，河床狭窄，宽约22m，洪水具陡涨陡落的特点。据此，本工程选择全断面截流一次性导流的施工方案，并对采用一个非汛期（方案I）和两个非汛期（方案II）完成该工程的两种方案进行比较。

1）方案I：在河道上、下游设围堰，右岸开挖导流明渠过流，在8个月内完成进口段、管身段和出口段的全部工程。其优点是工期短，但施工强度大，管身段需安排3～4个仓面同时施工。施工时，各项工序相互干扰，且还要加大机械设备的数量和材料运输强

度以及生产生活区的占地面积。

2）方案II：导流工程与方案I相同，但一期施工管身段和进口段，二期完成出口节制闸和出口渐变段。其优点是施工强度低且均匀，各项工序互不干扰。同时，由于出口节制闸的位置已在河床以外，二期工程不需要增加导流工程项目。

对比上述两种方案，为确保工程质量，减少工程投资，确定采取方案II，即一期施工倒虹吸管身段、进口检修闸以及河道治理工程，在河道上下游设围堰，右岸开挖导流明渠过流，汛期恢复河床过流；二期施工于第二年7～11月完成出口节制闸的施工方案。

4 导流建筑物设计

根据渠道倒虹吸的特点，结合倒虹吸所处地形、以及进场道路和施工场地的布置，导流明渠布置在河道的右岸，上下游施工围堰布置在基坑开挖边界线外约20m。上下游挡水围堰按非汛期10年一遇的标准设计。导流明渠上游入口渠底高程103.2m，下游出口渠底高程103.1m，明渠底宽5.2m，长500m，坡降i=1/5000；明渠导流计算按明渠均匀流公式，试算确定渠道正常水深。

通过计算，明渠内水深1.5m。此处天然河道上、下游围堰挡非汛期水位103.61m，通过明渠导流后上游水位104.7m，确定围堰顶部高程为105.5m，上、下游围堰顶宽5m，长均为30m，边坡均为1∶2，围堰最大高度2.7m。

倒虹吸管身水平段建基面位于第⑥层细砂、第⑦层中砂，由于该两层含有承压水，承压水水位103.44～105.29m，承压水头8.60～12.25m，承压水顶板高程92.19～96.00m，渗透系数为17.80m/d。为确保工程顺利实施，在各期围堰下部，采用打井排水和混凝土连续墙两种方案进行防渗施工，方案比较如下：

1）混凝土连续墙：槽孔布置在基坑开挖边沿以外2m处，开槽至第⑧层粉质黏土中2m左右。混凝土防渗墙设计为沿建筑物轴线长300m，横向长130m，成槽深度27.8m；浇筑深度18.4m，墙厚0.22m。

2）打井排水：按不完整井计算，打井深度平均为25m，周长860m。基坑总涌水量为10014m3/d，单井出水量为286m3/d，需打井35眼。平均排水150d，投资496.30万元。

经投资比较，采用混凝土连续墙的方法较为经济，且在主体工程施工前完成防渗施工，以满足建筑物干地施工的要求。

5 导流建筑物施工

在非汛期来临时，根据导流工程布置要求，围堰采用建筑物或开挖壤土填筑，采用2m3的反铲挖掘机开挖，配合15t自卸汽车分层铺筑。每层厚0.3～0.4m，用履带式拖拉机压实。根据导流明渠设计，明渠底部高程103.2m，虽然未扰动总干渠的底部建基面（高程99.829m），但对总干渠的两岸边坡有一定的影响。因此，在该范围内回填导流明渠时，应按总干渠土方回填要求施工。

混凝土截渗墙选用液压式开槽机锯槽开槽。截渗墙施工方法：1）按设计要求对防渗墙轴线进行施工放线，设置轴线控制点，修临时施工道路，以防渗墙轴线为中心开挖导槽，两侧用钢板支护后用木杆支撑。以防渗墙轴线为中心对称铺设枕木和钢轨。2）在防渗墙起点处，用潜水钻机造孔后，安装锯槽机刀杆试车，锯槽机利用刀杆、刀排在槽中压紧土体上下往复运动，切削土体，通过砂石泵从槽底部将泥渣抽入沉淀池，用泥浆泵将储浆池中合格的泥浆重新抽浆输入槽中，经过反复循环排渣，将刀排剥离下来的土渣排出槽外。3）通过清槽机进行清孔换浆，下放清槽管至槽底，拔出清槽管移动清槽机到下一个部位，以确保清槽效果。4）槽孔间用水工布袋隔离，按设计制作CT检测管，安放至设计指定位置，上端用钢筋固定。5）清孔合格后，进行水下混凝土浇筑。

为了不影响汛期河道过流，一期河床恢复后，将导流工程拆除，时间安排在次年6月进行。围堰拆除采用2m3反铲挖掘机配合15t自卸汽车进行施工；导流明渠回填，采用74kW推土机推运，履带式拖拉机压实。施工导流工程在汛后10月间完成。

由于采取了防渗措施，其他各层属微弱透水层，因此，基坑排水任务主要是雨水和施工弃水。采用挖排水明沟，设集水井的方法汇集基坑集水。排水明沟沿基坑底部周边布置，集水井设在四角，配备IS50-32-250型清水式离心泵4台，流量3.75m3/h，扬程20.5m，电机功率1.5kW。