汾河临汾段水闸施工技术要点研究

李国栋

(山西省水利发展中心，山西 太原 030002)

随着社会经济的发展，水网密布地区对防洪排涝的要求日渐提高，而近年来极端天气频发，关系群众生命和城市运行的重要性日益凸显[1]。水闸是流域水安全整体布防的重要环节，有效提高防御洪水灾害能力的同时，兼顾流域生态治理，生态文明建设成效显著[2-3]。完善水利基础设施体系、确保行洪泄洪通道畅通，是切实提升区域洪涝灾害防御能力的要求[4-5]。一闸当关，平水成湖，水闸建成后，在保障流域地区防洪排涝的同时，全面改善水环境。

1 工程概况

汾河全长713km，流域面积超过山西国土面积的1/4，径流20.67亿m3。流域水资源丰富，农业发达。现有大中型自流灌区29处。其中，大型灌区4处，即汾河灌区、潇河灌区、文峪河灌区和汾西灌区。有效灌溉面积为270余万亩。本文实例为临汾市尧都区汾河吴村段生态修复工程中的进、退水闸，对其开挖、支护和降水相关施工技术要点进行分析，以期为类似工程提供参考。

2 水闸施工要点

2.1 水闸开挖要点

2.1.1水闸布置

根据水闸布置及其开挖深度，该水闸基坑为深基坑工程。基于此，进、退水闸基坑采用分层钻爆开挖与及时跟进支护的施工方案。进水闸围堤路顶高程为437.0m，换填水泥土底高为427.5m，开挖长度56.0m，宽度34.2m，开挖深度9.5m。退水闸围堤路顶高程435.0m，换填水泥土底高程426.0m，开挖长度57.2m，宽度24.0m，开挖深度9.0m。滩地高程431.3m，换填水泥土底高程426.0m，开挖深度4.7m。基于该水闸基坑为深基坑工程，考虑到施工安全因素，进、退水闸基坑开挖设施工平台。按规范要求坡比1：3进行放坡，在431.5m高程设一个24.0m宽的施工平台，进行二次土方开挖。在431.5m高程以下采用钢板桩进行支护及降水井进行降水，支护只在四周进行支护，钢板桩采用U形钢桩，桩长采用12.0m，降水采用管井降水，井深9.0m。堤顶5.0m范围内不允许堆土，以保证边坡稳定，防止塌滑。

2.1.2开挖方案

进、退水闸基坑开挖均采用分层钻爆开挖的方案。其中，进水闸开挖尺寸为57.2m×34.2m×9.5m，第一层开挖采用1∶3的开挖坡比，开挖到高程431.5m，即施工现场的二平台，挖取第一层土时利用西大堤作为运输土方的施工便道，挖取第二层土方时利用二平台作为施工便道，将多余的土方运到汾河边及进、退水闸入口作为围堰，运距长度为500m，汾河边土围堰便于后期进水口箱涵及明渠结构施工，入口土围堰防止外面的水倒流入施工场地。第一层土方开挖完成后进行四周钢板桩支护及围檩、横撑的施工，四周钢板桩支护施工完成后在进行第二层土方的开挖，横撑随土方开挖及时进行安装，以防止钢板桩发生移位、切斜和变形，土方开挖至设计标高为止。

退水闸开挖尺寸为56.0m×24.2m×9.0m，第一层开挖采用1∶3的开挖坡比，开挖到高程430.0m，即施工现场的二平台往下1.0m，挖取第一层土时利用西大堤作为运输土方的施工便道，挖取第二层土方时利用二平台作为施工便道，将多余的土方运到汾河边及退水闸入口作为围堰，运距长度为100.0km，汾河边土围堰便于后期入水口砼结构施工，退水闸入口土围堰防止外面的水倒流入施工场地。第一层土方开挖完成后进行四周钢板桩支护及围檩、横撑的施工，四周钢板桩支护施工完成后在进行第二层土方的开挖，横撑随土方开挖及时的安装，防止钢板桩发生变形和位移。

2.1.3开挖质量控制

水闸开挖质量控制是施工中重要的一个环节。水闸开挖开口线确定后，开挖应自上而下进行，分层检查、检测和处理，严禁采取自下而上的开挖方式。同一区段内的开挖宜平行下降，若不能平行下挖时，相邻区段的高差不宜大于1个梯段高度。开挖面不得出现反坡，应人工清除松动岩块、小块悬挂体、陡坎尖角及其他不符合质量要求的岩体。坑槽孔洞开挖壁面，应按设计文件要求进行处理。河床基坑冲积层开挖，宜采用分层下卧平推法，掌子面高不宜大于8～10m。在稳定情况下，冲积层坡脚线应离岩基放样轮廓线5m以上。开挖后的岩石表面应干净、粗糙使其与混凝土接合紧密。岩石中的断层、裂隙、软弱夹层应清除到设计文件规定指示的范围。岩石表面应无积水或流水，所有松散岩屑应进行清除。水闸开挖完成后，由监理工程师初验合格后，申请设计、地质、业主、施工等参建各方进行现场联合验收，发现问题及时处理整改，经联合验收合格后，方可开展后续施工工序。

2.1.4爆破控制要点

控制爆破效果应符合下列要求：在开挖轮廓面上残留炮孔半圆痕迹，应均匀分布；相邻两炮孔间岩面的不平整度不应大于15cm，超、欠挖符合规定，对于不允许欠挖的结构部位应满足结构尺寸的要求；残留炮孔壁不应有明显的爆破裂隙(张开宽度>0.5mm)，除明显地质缺陷处外，不得产生裂隙张开、错动及层面抬动现象。

2.2 水闸支护、降水与监测要点

2.2.1基坑降、排水

基坑开挖应配备必要的排水设施，排水设备应能满足施工需要，并有足够的备用数量。临汾段水闸基坑降排水遵循如下要点：

(1)基坑初期排水。降水井方案是保证降水效果重要措施保障。基坑开挖前派专人利用大排量水泵进行初期排水，待水位下降至原地面线后再进行基坑经常性排水。

(2)基坑经常性排水。基坑经常性排水的排水量主要自上游河道渗水及天然降水。在右岸护坦开挖线外最低位置设置1个2m×2m×1m的集水坑，集水坑内布置1台扬程25m左右，流量30m3/h的抽水机抽排至下游河道。另外配置2～3台小扬程潜水泵先将基坑内低洼处汇积水的抽排到集水坑内。

(3)基坑排水设备。基坑初期和经常性排水所需的全部排水设备应提前备好。根据该部位的工程特点及各种工程钻机的施工性能，采用适合本工程岩石条件的金刚石钻头钻设排水孔。根据测量放点以及现场监理工程师的指定，确定钻孔位置。在每次钻孔前必须校正钻机立轴角度是否满足设计要求，机座是否水平；待校正完成后开始钻排水孔。在钻孔期间要每10m检查一次钻孔角度，如有误差，则及时进行调整。每个排水孔钻孔结束后，冲洗干净，并及时用木塞对孔口加以临时保护以防堵塞。

2.2.2支护参数及要点

水闸开挖后需及时进行支护，并做好排水设施后，才可进行下一级边坡开挖。进、退水闸基坑支护拟采用的桩长12.0m，共450根。钢板桩均采用Q295bz-400×170型，桩长均为12.0m，要求施工嵌入8.0m，外露4.0m。土方第一层开挖板→测量放线→桩准备→板桩打设→偏差纠正→拔桩。开挖采用自上而下分层开挖，开挖方向为由东向西进行开挖，防止外部雨水流入基坑内，在坑边做好临时排水措施。主体结构施工完成后及时的进行回填，回填要求分层回填，分层碾压，直至回填完成；基坑回填后，要拔除板桩，以便重复使用。

2.2.3地表沉降监测

水闸施工过程中应加强地表沉降监测，及时提出监测成果。要求施工程序合理，技术可靠，支护及时有效，同时在施工期要加强开挖区的监测。布设地表沉降监测剖面，如图1所示。监测变形控制标准见表1。

图1 地表沉降测点剖面图

表1 监测变形控制标准表

3 结语

针对汾河流域临汾段进、退闸施工技术应用问题，系统总结其施工工艺要点，通过科学的水闸施工方案，实施合理的开挖、支护、降水及沉降监测有技术流程，克服了深基坑工程开挖支护及排水等技术难题，为工程按时顺利完成提供良好基础，同时形成了一套完整、高效的水闸施工技术体系。研究成果成功应用于临汾段水闸工程，取得显著经济、社会和生态环境效益，在类似工程实践中具有推广价值。本文实例中采用钢板桩进行系统支护，设计针对性不强，因此，基于水闸深基坑变形机理的优化支护设计，是后续进一步深入研究的方向。