嶂山閘除險加固工程導流擋水圍堰設計及施工關鍵技術控制

潘德洲吳 海王建新原 亮

嶂山閘除險加固工程導流擋水圍堰設計及施工關鍵技術控制

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嶂山閘除險加固工程于2006年汛后開工建設，2008年汛后全部完成。工程主體工程大部分安排在非汛期施工，施工期間利用擋水圍堰將施工區上游水源截斷，采用干場作業。擋水圍堰主要施工內容為圍堰填筑施工及圍堰防滲及運行保護等。擋水圍堰施工期擋水高達8.0m，設計填筑方量大、土質差（粘土中夾雜大量的砂礓石），還需兼顧主體工程水下部分工程完工前的泄洪，故其安全運行關系到整個加固工程能否順利實施。為此，設計、施工等相關單位對擋水圍堰進行了充分論證驗證，保證了加固工程如期順利完成。

一、擋水圍堰設計

根據初設報告中地質勘察成果建議值及圍堰壩址和斷面，在工程開工前對施工現場進行踏勘，現場取土樣測定填筑土壤力學性質，對其進行抗滑和滲流穩定驗算。臨時建筑物圍堰按設計等級標準3級設計。特征值設計水位圍堰上游（駱馬湖側）23.5m，下游水位新沂河側（閘室底板頂高程）15.0m。

1.堰體填筑料設計

土料的填筑質量需具有足夠的抗剪強度和較小的滲透性、壓縮性。填筑質量的主要標準是土的密實度和均勻性。對不同等級不同土料填筑的土石壩確定合理的壓實度，才能使土壩斷面設計經濟合理。根據實際情況，就近選擇上游左右岸邊原興建閘時的廢棄料場，對土料進行取樣復核各力學指標，確定圍堰工程壓實度值0.93。

2.圍堰高程

依據《碾壓式土石壩設計規范》計算公式堤頂超高等于波浪爬高加風雍水高度加安全加高（Y=R+e+A）確定堤頂高程。風速采用汛期多年平均最大風速的1.5倍，水深采用水域平均深度沿計算風向斷面平均水深，風浪要素計算采用了蒲田試驗站公式計算。根據上述參數確定及計算得出代表性斷面超高值即風浪爬高1.3m，圍堰安全超高取0.7m，則設計圍堰頂高程為25.5m。

3.圍堰布置及斷面設計

根據地質勘察綜合成果建議值表、相關圖紙，計算比選確定了該段面。

圍堰下游壩腳距閘底板上游側300m，圍堰壩址河床底高程15.5m，地質土層為粉質粘土，含少量砂礓和鐵錳質結核，滲透系數為6.9×10－8cm/s，為弱透水層。通過現場探測淤泥層很少，壩基條件良好，對堰體穩定有利。

上游圍堰選型橫截面為梯形，圍堰軸線距閘底板上游側350m，長度為460m，頂寬 10m，圍堰頂高程為25.50m，工程圍堰選用土石圍堰。圍堰高程23.5m以下坡比為1∶5.0，高程23.5m以上坡比為1∶3.0。圍堰迎水面鋪設350g/m2覆膜土工布防滲，并向上游河底鋪進10.0m，土工膜幅間搭接1.0m。為防風浪波擊破壞采用0.2m×0.2m×0.1m預制混凝土塊壓蓋，預制塊中間預留φ50mm圓孔，用8#鉛絲連接成網，壓護土工膜，預制塊縱橫間距均為2.0m。在圍堰迎水面壩肩處高程坡肩處，首先打4m木樁固定，間距2.0m，用于固定預制混凝土塊。堰頂采用草袋裝土填筑0.4m×0.5m防浪墻。背水側壩腳設兩層砂石反濾，反濾層高程為20.0m。圍堰水面以上壓實度不低于0.93。堰頂做8.0m寬50cm厚泥結碎石路面，供左右岸交通需要。

4.圍堰結構計算

（1）壩身滲透穩定分析

由地勘報告可知，最大滲透系數為6.9×10-8cm/s，壩基主要由粉質粘土組成，最大滲透系數為6.9×10-8cm/s，屬于弱透水層，狀況良好，故按不透水壩基均質土壩滲流情況計算滲透穩定。

參照地質剖面圖，選取一典型斷面為代表，按照《碾壓式土石壩設計規范》進行滲透穩定計算。計算程序采用理正巖土系列軟件中《滲流分析計算程序》，進行滲流有限元分析計算。

計算條件：上游水位23.50m；下游水位15.50m，圍堰填筑土方的滲透系數為6.9×10-8cm/s。

滲透穩定計算成果：ho=3.653m，Jab=0.200＜[J]=0.256，壩身的滲透穩定計算結果滿足要求。

（2）壩身抗滑穩定分析

按照《碾壓式土石壩設計規范》（SL274-2001）要求，對壩的迎、背水坡進行不同工況下的抗滑穩定計算。根據地勘資料，取典型斷面，利用簡化畢肖普法進行抗滑穩定計算。計算程序采用理正巖土系列軟件中的《邊坡穩定分析程序》。特征設計洪水位23.5m，地震烈度8°。

用簡化畢肖普法進行抗滑穩定計算。計算程序采用理正巖土系列軟件中的《邊坡穩定分析程序》。圍堰應分別進行上游下游邊坡抗滑穩定計算。

計算公式如下：

式中：K—抗滑穩定安全系數；b—單個土條的寬度（m）；W—條塊重力（kN），浸潤線以上取重度，以下取飽和重度；U—條塊所受到的浮力；D—條塊所受的滲透力；θ—條塊的重力線與通過此條塊底面中點半徑之間的夾角（°）；α—條塊的滲透力與水平線的夾角（°）；C—土的粘聚力（常數）；Φ—土的內摩擦角（常數）。

各斷面的計算結果見表1。

結論：各種工況下，壩防抗滑穩定計算均滿足規范要求。

5.截滲設計

根據水文資料顯示，嶂山閘施工區域冬季多偏北風，吹程較大。為防止風浪破壞圍堰，以及增加圍堰截滲效果，在圍堰迎水面鋪設350g/m2覆膜土工布防滲，并向上游河底鋪進10m。土工膜幅間搭接 1m，用 0.2m× 0.2m×0.1m預制混凝土塊對防滲膜壓蓋，預制塊中間預留φ50mm圓孔，用棕繩穿過圓孔鏈接成網以壓護土工膜，預制塊縱橫間距均為2m，在圍堰迎水面壩肩處打4m木樁固定。堰頂采用草袋土填筑0.4m×0.5m防浪墻。

二、圍堰填筑施工

上游圍堰于2006年8月20日開始填筑，采用了從兩岸向中間推進的進占法施工，至2006年10月1日圍堰合龍。圍堰填筑土料從監理工程師和業主指定的閘上游左、右岸毗鄰河道之土場中采取，土料開采深度4.00～5.00m。左岸總取土量13萬m3，右岸總取土量17萬m3。

上游圍堰填筑量25.3萬m3，分三期施工，第一期左右岸填筑圍堰至高程23.5m，長度各100m，填筑量約為10萬m3，一期圍堰完成后，修整邊坡及裹頭，宣泄洪水，調節駱馬湖水位。泄水過后，清理一期圍堰裹頭，填筑二期圍堰，二期圍堰填筑量約為12.5萬m3。

根據施工現場的工況條件，圍堰填筑過程中，施工截流期間新沂河水為靜水，圍堰填筑采用進占法施工，由兩岸取土區取土，向河心推進。上游圍堰一期填筑頂高程23.50m，典型斷面填筑方量為496m3/m，填筑時，加強取土區排水，定期檢測不同開挖深度土料含水量，控制上壩土料的含水量。

圍堰合龍時，由中間向兩側填筑，即先填筑圍堰軸線部分，再填筑堤肩部分，將前期壩頭飽和的軟弱土層逐步擠出。

在圍堰合攏后，用長臂挖掘機座在壩肩按照設計坡比對一、二期圍堰進行坡面整平后，再分層填筑三期圍堰至25.50m，三期圍堰典型斷面方量32m3/m，填筑時鋪土厚度25cm，75kW拖拉機壓實，排壓時沿軸線方向由壩肩向中心碾壓，直到面層在全寬、全深度范圍內都均勻壓實。

三、防滲土工膜施工

為增強圍堰的防滲效果，在上下游圍堰迎水面鋪設防滲土工膜。上游河水深度為8m，土工膜、砂袋和預制混凝土塊鋪設一次完成，潛水員將覆膜土工布在堰頂上通過卷軸機加重芯卷成軸，使一端在堰頂固定，潛水員沿坡面潛入水中進行鋪設。預制混凝土塊壓重通過水中駁船吊放，潛水員水中作業連接及碼放。水上部分利用人工鋪設，外邊在修筑泥結碎石路面時，直接壓入墊層下面。

四、堰頂泥結碎石路面施工

因工期緊，閘室拆除工程和圍堰填筑必須同期施工，且上游圍堰兼顧了左右岸臨時道路，所以按臨時施工道路工程進行施工控制，選定標準為圍堰頂泥結碎石路面寬8m、厚80cm。材料選用原閘拆除的混凝土廢渣，按比例摻入1/3的粘土，用挖掘機在取土場拌和，把拌和好的混合料用運輸車運至圍堰頂，然后用推土機分層攤鋪平整并調整含水量，碾壓方法同施工道路。

五、圍堰設計參數核定

上游圍堰填筑完成后，委托權威部門對圍堰設計的技術參數進行了核定，用地質鉆機在典型斷面壩段的軸線處分4個鉆孔鉆取土樣（從高程23.50～15.50m），送試驗室進行分析，驗證圍堰設計中各種參數是否準確，對圍堰安全做出全面評價。經驗證，勘探成果與圍堰設計中選取的物理力學參數非常接近，所以，圍堰的設計是合理的、結論是可靠的，圍堰的抗滑穩定和滲流穩定是安全的。

六、結語

嶂山閘除險加固工程建設經參建各方共同努力，工程得以順利完成。圍堰工程雖屬臨時工程，但其安全運行對關鍵線路起到了不可替代的作用。其充分論證的關鍵技術、嚴格的質量控制、運行期間維護觀測及相關的應對措施，可為以后類似工程提供參考

表1 抗滑穩定計算成果表

（作者單位：1.淮委沂沭泗局駱馬湖水利管理局 223800 2.南水北調中線工程建設管理局天津直管建管部 300000）