高州水庫灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造首期工程:施工導流設計與應用

劉思華

(廣東省水利電力規(guī)劃勘測設計研究院，廣州510630)

1 工程概況

高州水庫灌區(qū)位于廣東省粵西沿海鑒江流域中下游平原，原設計灌溉總面積7.87萬hm2，是廣東省三大灌區(qū)之一，并自1997年起被列為實施續(xù)建配套的全國重點大型灌區(qū)之一。列入高州水庫灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造首期工程的渠道共14條，分別為石骨總干渠、東干渠、電茂干渠、西干渠、陳垌支渠、高州引鑒總干渠、南盛引鑒總干渠、南盛引鑒水輪泵干渠、高化支渠、南干渠、三文田支渠、陳金支渠、世華支渠、雙花支渠，渠道設計的總長度為153.312 km。各類渠系建筑物共計為1 528座，其中各類水閘74座，渡槽20座，涵洞488座，隧洞1條，橋梁248座，接洪堰697座［1］。

全線渠道均采用現(xiàn)澆混凝土襯砌，其中石骨總干渠及東干渠混凝土襯砌厚10 cm，其他渠道混凝土襯砌全部厚8 cm。渠道渠底地層巖性依次為:填土或黏土、全風化帶(Ⅴ－1)層(可塑)、全風化帶(Ⅴ－2)層(硬塑～堅硬)、強風化帶(Ⅳ)、弱風化帶(Ⅲ)等。

2 施工導流范圍

本灌區(qū)的特點是渠線長、渠系建筑物分散。項目采取全年施工，施工導流主要分為兩類:

2.1 渠道施工導流

本工程為灌區(qū)改造項目，原各渠道均有輸送農業(yè)灌溉用水的正常供水任務、部分渠段還有排洪任務，其中，石骨總干渠、東干渠還承擔對茂名市城區(qū)的生活和工業(yè)用水。根據(jù)多年運行管理資料統(tǒng)計，石骨總干渠、東干渠每月均需供水15 d以上，在每年春耕和其他農忙月份需連續(xù)供水的時間更長;高州引鑒總干渠穿過高州市城區(qū)，且雨季有天然洪水匯入，有排洪任務，渠道導流流量較大。前述3條主要渠道的主要工程特性見表1。

高州引鑒總干渠樁號6+287～27+001、南盛引鑒總干渠樁號0+000～22+984均按0.5 m積水水深考慮施工方案，可以滿足施工洪水要求。

2.2 渠系建筑物導流

因有供水要求或者連續(xù)停水時間短，以及受施工洪水影響而需導流的渠系建筑物包括:各類水閘、放水涵、過底涵、渡槽等，各條渠道均有分布。

以上兩類施工導流，目標是如何解決渠道正常供水或排洪與施工之間的矛盾，其中渠系建筑物數(shù)量多，可根據(jù)其布置特點及地形、水文等條件單獨進行施工導流，本文不予闡述，以下只介紹渠道施工導流。

表1 渠道的主要工程特性表

3 施工導流設計

3.1 導流標準

本工程等別為Ⅱ等大(2)型工程，主體建筑物工程級別為3～5級。相應土石導流建筑物的洪水重現(xiàn)期為10～5 a，本工程的施工導流標準選定為5 a一遇洪水。

3.2 導流時段

根據(jù)《水利水電工程施工組織設計規(guī)范》(SL303－2004)的規(guī)定，本工程所有導流建筑物的級別均為5級，相應土石導流建筑物的洪水重現(xiàn)期為10～5 a，本工程的施工導流標準選定為5 a一遇洪水。分析水文資料，考慮到渠道及渠系建筑物的結構設計、工程量大小特點，選擇10～3月或12～2月的枯水期作為本工程渠道、渠系建筑物的施工導流時段［1］。本工程施工導流時段明細見表2。

表2 施工導流時段表

3.3 導流方式

3.3.1 石骨總干渠和東干渠

枯水期，石骨總干渠(樁號0+000～14+624)施工導流流量為15 m3/s，東干渠(樁號0+000～20+254)的施工導流流量為10 m3/s(均已包括供給茂名市城區(qū)的生活用水流量3.88 m3/s)，對水質要求高，需采用分期分邊導流方式。

由于石骨總干渠渠底均寬僅15 m、東干渠渠底均寬僅6～8 m，渠道斷面狹窄，不能采用體積龐大的土石圍堰分期導流。為保證足夠的過水斷面，在渠道中部采用單根6 m長拉森Ⅲ型鋼板樁做圍堰(同時作為一、二期圍堰)。考慮到鋼板樁多次重復利用后可能會導致板樁之間咬合不緊，圍堰可能局部存在滲漏，在其迎水側增設復合土工膜(300 g/m2)防滲。鋼板樁兩側各預留0.5 m形成隔離帶，以防鋼板樁拔除時破壞護底混凝土，利用渠道15 d/a停水檢修的時間澆筑剩余1 m寬的護底混凝土。

本工程渠道內坡比1∶1.5，原渠道糙率采用0.025，新建渠道糙率采用0.019，渠道水流按明渠均勻流考慮。經計算，石骨總干渠束窄后的渠道水深1.39～2.71 m，計算成果見表3。東干渠束窄后的渠道水深約1.89～3.03 m。

表3 石骨總干渠施工導流水力計算成果表

3.3.2 高州引鑒總干渠(樁號:2+062～6+287)

枯水期時，高州引鑒總干渠樁號2+062～6+287渠段穿高州市城區(qū)而過，有天然洪水匯入，施工導流流量25.8～27.3 m3/s。由于高州引鑒總干渠渠底均寬僅10～16 m，渠道斷面狹窄，不能采用土石圍堰分期導流。采用同石骨總干渠和東干渠相同的導流方式，即采用拉森Ⅲ型鋼板樁做縱向圍堰分期導流，分邊施工。

渠道內坡比1∶0.5～1∶1.5，原渠道糙率采用0.025，新建渠道糙率采用0.019，渠道水流按明渠均勻流考慮。經計算，高州引鑒總干渠樁號2+062～6+287渠段束窄后的渠道水深2.50～3.13 m，計算成果詳表略。

3.3.3 高州引鑒總干渠(樁號:7+279～27+001)、南盛引鑒總干渠(樁號0+000～22+984)

在枯水期渠道可停水，渠道停水時按0.5 m積水水深，可垂直于渠道軸線設橫向分段土圍堰，分段抽排積水。

渠道的施工導流方式、導流建筑物、施工時段、導流流量匯總表見表4。

表4 渠道施工導流特性表

3.4 導流建筑物設計

石骨總干渠、東干渠、高州引鑒總干渠(2+062～6+287)的鋼板樁圍堰設計包括兩方面:3.4.1 圍堰斷面設計

枯水期渠道采用分期分邊施工方式，各施工段渠道軸線長度約為500 m，橫向、縱向圍堰采用拉森Ⅲ型鋼板樁。經水力學計算，經鋼板樁圍堰束窄后的渠道水深約3.0 m，初步估算相應鋼板樁圍堰入土深度約為擋水深度的1倍，而市場上的鋼板樁均為定型產品，其單根標準長度為:6 m、9 m、12 m等規(guī)格。考慮到鋼板樁的重復使用，本次采用單根6 m長拉森Ⅲ型鋼板樁拼裝成圍堰(一、二期共用)，鋼板樁入土深度約3.0 m，在鋼板樁迎水側設土工膜(300 g/m2)防滲。圍堰結構剖面圖見圖1。

3.4.2 鋼板樁結構計算

3.4.2.1 計算條件

根據(jù)渠道3水深h=3 m(水體近似簡化為如下土層:容重γ =10 kN/m、內摩擦角 φ =0.0°、凝聚力 C=0.0 kPa)、渠道地基黏土層參數(shù)(容重γ=19 kN/m3、內摩擦角φ=18°、凝聚力C=14 kPa)、鋼板樁入土深度3 m等條件，采用“北京理正深基坑支護結構設計軟件Fspw6.0”軟件進行分析設計，計算簡圖見圖2。

圖2 鋼板樁圍堰計算簡圖

3.4.2.2 計算成果

1)經計算，鋼板樁圍堰的內力、位移包絡圖見圖3。

2)主要分析項目的計算成果，即鋼板樁圍堰的結構結算成果見表5。

表5 鋼板樁圍堰計算成果表

3)鋼板樁截面、型號驗算:

拉森Ⅲ型鋼板樁每延長米抗彎模量為1 350 cm3，則:

可知，拉森Ⅲ型鋼板樁滿足強度要求。

高州引鑒總干渠(7+279～27+001)、南盛引鑒總干渠的土袋圍堰設計均采用沿渠道軸線分段施工方式，各施工段長度約為500 m，砌筑橫向編織土袋圍堰。圍堰頂寬1 m，平均堰高1.0 m，兩側邊坡1∶1.0。

圖3 鋼板樁圍堰的內力、位移包絡圖

渠道渠底底層巖性為填土或黏土、全風化土，滲透系數(shù)小，圍堰基礎不需進行防滲處理。

4 導流工程施工

4.1 鋼板樁圍堰施工

本工程自2011年3月中旬在東干渠開始第一段長500 m渠道襯砌混凝土施工，按打設鋼板樁→一期邊坡、底板襯砌混凝土→二期邊坡、底板襯砌混凝土→拔除鋼板樁→底板中部襯砌混凝土的程序進行，至4月下旬全部完成該段襯砌混凝土施工。施工中，鋼板樁采用50 t履帶起重機吊運鋼板樁配合90 kW振動錘(DZ90)振動入土、拔出，施工導流水深及鋼板樁變形基本與設計值相符。采用鋼板樁作施工渠段的縱向圍堰等施工導流措施可以解決渠底均寬較小、但施工導流流量又較大的渠道的施工需要。

4.2 土袋圍堰施工

按渠道軸線長度500 m為一個施工段，人工就地裝編織土袋，砌筑橫向圍堰，圍堰頂寬1 m，平均堰高1.0 m，兩側邊坡 1∶1。

5 結語

近年來，全國大力發(fā)展農田水利基本建設，今年發(fā)布的中央1號文要求到2020年，基本完成大型灌區(qū)、重點中型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造任務。各大、中灌區(qū)的續(xù)建配套與節(jié)水改造將陸續(xù)進入施工建設階段。在工程建設中，如何解決灌區(qū)渠道正常供水與施工的矛盾，本文就高州水庫灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造首期工程，對該問題進行了探討和實踐，提出了鋼板樁縱向圍堰等施工導流措施來解決這一矛盾。經現(xiàn)場實際施工檢驗，達到了預設的要求，實施效果良好。

［1］廣東省水利電力勘測設計院研究院.高州水庫灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造首期工程初步設計報告［R］.廣州:廣東省水利電力勘測設計院研究院，2010.