八里湾船闸入湖口施工关键技术探讨与应用

刘瑞伟，王成华，王继堂

(山东黄河东平湖工程局，山东泰安 271000)

1 工程概况

八里湾船闸按照航运工程Ⅱ级通航标准修建，闸室尺寸为230m×23m×5m(闸室长×口门宽×门槛水深)，设计年单项货物通过能力2120～2440万t，配套建设大堤交通桥、八里湾公路桥、上下游引航道、防洪堤。工程概算总投资5.08亿元，于2012年5月开工建设，计划2014年底全部完工。

2 施工关键点及关键技术

八里湾船闸上游引航道与东平湖相连，湖口项目施工是该工程最后关键环节。关键点之一就是要先具备破东平湖大堤的条件及根据防汛要求选择合理的破堤时间;二是通过对施工方案的比较及论证，确定水下模袋混凝土施工技术方案，目的是确保工程效益和社会效益，减少水质污染，保证东平湖作为南水北调工程核心保护区域的供水安全，同时降低工程造价。

2.1 东平湖大堤破堤条件及破堤时间选择

船闸主体项目施工分两期完成。第一期以二级湖堤作围堰，施工项目为二级湖堤与上闸首之间的航道两侧新修堤防和船闸主体，待新修堤防及上闸首能关门挡水达到防洪要求时，再破除二级湖堤;第二期施工内容为破除原二级湖堤后，湖口项目所有施工内容。

根据湖区内有关雨量站1951～2000年雨量资料分析统计:多年平均降水量为370.55mm。年降水量多集中在汛期(6～9月)，多年平均汛期降水量为478mm，占多年平均降水量的71.6%。东平湖1991～2010年1～5月的平均水位为40.12m，其中5月水位最低。

破堤应具备两个基本条件:一是必须使新建上闸首至二级湖堤相连接的东、西防洪大堤填筑高程达到设计防洪水位44.79m以上，且保证防洪堤临水侧混凝土护坡41.22m以下全部衬砌完成;二是新建八里湾船闸上闸首关门挡水达到防洪要求。

综合相关资料分析，破堤时间选择在5月10日前完成。这段时间为枯水季节，除了可大大减少水下部分的开挖工作量，保证开挖深度和减少工作难度外，更重要的是保证5月底前完成湖口项目临水侧41.22m以下混凝土护坡全部衬砌完成。而东平湖水库6月初即进入汛期，泰莱山区降雨通过大汶河过戴村坝入东平湖水库蓄水。

2.2 施工技术方案的论证与探讨

2.2.1 施工围堰会造成东平湖水质污染

东平湖现状水质为Ⅲ类。国务院批复的《全国重要江河湖泊水功能区划》中东平湖所在水功能区的水质目标为Ⅲ类，因此水质目标不能超过Ⅲ类。根据《地下水环境质量标准》(GB 3838—2002)和南水北调东线工程调水水质要求，将山东省南水北调沿线汇水区域划分为三类控制区:核心保护区域(山东省南水北调东线工程干渠大堤和所流经湖泊大堤内的全部区域)、重点保护区域(核心保护区域向外延伸15km的汇水区域)、一般保护区域(除以上核心保护区域和重点保护区域以外的其他调水沿线汇水区域)。东平湖属于核心保护区域，所以保证其水质安全尤为重要。

八里湾船闸上游引航道开挖土，不能用于围堰填筑。主要原因是由于设计开挖高程以上部分的土几乎为原来的鱼塘烂泥及芦苇腐殖土，含有大量腐殖物，且苇根、杂草非常多，如果填入湖内，将会给东平湖水质造成一定污染。

当前，东线一期工程实现正式通水，党中央国务院要求着力做好通水后的质量、环保、安全以及各项保障工作，扎实推进后续工程建设，确保清水北送，造福沿线群众，让千家万户受益。

由此可见，水质问题关系到国计民生，必须重视东平湖水质污染的严重性及造成的后果。不能因施工做围堰将大量的腐殖土带入东平湖内，致使东平湖水质造成严重污染，违反国务院有关规定要求。

2.2.2 施工方案成本比较

方案一:按设计图纸做施工围堰，围堰土方填筑量共10.54万m3。选择上游河道开挖土填筑，用土工布及土袋防护，需投资298.94万元。

方案二:施工围堰填筑选择远调土，参照防洪大堤填筑所用土源，分别来自于梁山县城东南和东平县银山镇腊山土场，运距均为30km，临湖侧用土工布及土袋防护，共需投资655.87万元。

方案三:不做施工围堰，选择水下模袋混凝土施工。根据《水利水电工程土工合成材料应用技术规范》(SL/T 225—98)F1.1.1条模袋混凝土抗漂浮所需厚度按下式计算:

式中 c——面板系数;

Hw、Lw——分别为波浪高度、长度，m;

m——边坡系数;

γC——混凝土有效容重，kN/m3;

γw——水溶重，kN/m3。

经计算，δ≥0.15m，根据东平湖水库防风浪要求，确定模袋混凝土厚度为δ=0.2m。根据《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T 50476—2008)，参照东平湖水库堤防防洪工程等级，模袋混凝土选用C25，抗渗标号采用W6，抗冻标号采用F150。

采用模袋混凝土，经计算需3300m3，参考单价约650元/m3，需投资214.5万元。

综合分析:方案一施工方便，工艺简单，就近取土，造价相对较低，但是由于填筑烂泥会造成附近水域水质污染;方案二施工方便，工艺简单，同样会对水质造成一定程度的污染，同时造价太高;方案三工艺相对土方填筑较为复杂，但该施工工艺已推广，造价又相对较低，关键是不会造成水质污染，经济效益和社会效益明显。经比较，采用方案三。

3 东平湖湖口破堤施工

破堤施工分水上土方开挖和水下土方开挖。首先使用挖掘机配合自卸汽车进行水上土方开挖，开挖至东平湖老湖水位0.5m以上高程预留施工平台，开挖土方分别运至东西两侧大堤与二级湖堤交界处背水侧，进行土方填筑。

水下土方利用水上开挖形成的工作平台，使用两台长臂挖掘机沿出水口纵向中线、左右岸同时进行全断面开挖，一次开挖到设计高程，配合船只、标尺进行断面测量并及时进行修正;开挖时从下游逐段向上游推进，利用施工平台工作面做临时围堰，尽量保证无水施工，并及时进行模袋混凝土防护。

进行最后临时围堰破除时，在背水面顺坡修1m×2m泄水槽，并铺设土工膜防冲，然后破堤引水缓慢向上游航道注水，并随水位上升及时对航道两侧进行观察，防止滑坡等意外情况发生。派专人值守检查。

待围堰两侧水位持平后，使用长臂挖掘机左右两岸同时进行全断面开挖，对剩余围堰进行破除。

4 水下模袋混凝土施工

4.1 施工流程

下图为施工流程图。

施工流程图

4.2 水下坡面开挖及平整

模袋混凝土护坡端部及底层用长臂挖机进行开挖及平整，修整基本到位后底层采用在挖机斗上焊2.5m长的槽钢来回刮动加以整平，确保表面平整度不超过100mm。

4.3 模袋设计及铺设

根据设计图确定的模袋混凝土顶高程和底标高，计算出每幅模袋长度，按照计算出来的长度增加3%给模袋供应商。

模袋在水下铺设时，采取人工铺设，应边展边压砂石袋或碎石袋。受风浪影响较大的坡面，砂石袋宜用绳索衔接成串，间距一般为1～2m。

4.4 模袋混凝土充填

正式充填前应确保所有模袋呈湿润状态才开始施工。充填过程中，灌口操作人员应与泵车司机用对讲机保持无障碍联络，以便发现问题及时开机、关车。每一只灌口充填完毕，由灌口操作人员和水下施工人员相互配合将软管缓缓拔出，换至另一只灌口充填。软管拔出后应快速扎紧灌口以防混凝土溢出。

每一块模袋充填完毕，换至另一块模袋重复上述工艺流程1～4步骤继续充填，直至完成充填施工任务。

4.5 模袋混凝土养护

模袋混凝土在模袋露出水面后适当进行浇水养护，养护时间不小于14d。

5 结语

京杭运河八里湾船闸上游引航道入湖口采用水下模袋混凝土施工，在无施工围堰的情况下，通过参建各方的共同努力，圆满地完成了施工任务，积累了宝贵的设计施工经验，有效避免了东平湖水质污染，保证了南水北调东线东平湖水库调水安全，同时降低了工程造价，为以后类似工程施工提供了很好的先例。■

［1］ 山东黄河勘测设计研究院．《京杭运河八里湾船闸工程防洪设计施工详图报告》［R］．2011.

［2］ 《山东省重点生态功能保护区规划(2008—2020)》．2009.