蜀山泵站船閘基坑開挖導(dǎo)流設(shè)計與施工研究

郭海生 江蘇華寧工程咨詢有限公司

1.工程概況

蜀山泵站樞紐工程—蜀山一線船閘，船閘位于泵站南側(cè)，軸線與泵站軸線平行布置，船閘中心距泵站中心261.1m。水運部分土石方開挖范圍主要包括上下游引航道、閘首、閘室等主要構(gòu)筑物，基坑開挖總土方量約655萬m3，石方開挖總量99.87萬m3，基坑最大開挖深度約31m。在整個泵站建設(shè)中基坑開挖是影響整個工程質(zhì)量和工期的關(guān)鍵，因此需要對前期導(dǎo)流方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計與施工技術(shù)分析。

2.導(dǎo)流方案

船閘基坑施工導(dǎo)流分兩期進(jìn)行：

一期導(dǎo)流：為了盡早組織船閘下游引航道施工，計劃在原設(shè)計導(dǎo)流方案基礎(chǔ)上新增派河3號導(dǎo)流明渠，同時根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查了解原1號導(dǎo)流明渠位置目前尚有部分地塊未拆遷(三崗村村委段)，不具備施工條件，因此將1號導(dǎo)流明渠向南側(cè)外移。

二期導(dǎo)流：為了提前施工上游導(dǎo)航墻、靠船墩和上游引航道，船閘上游引航道導(dǎo)航段提前開挖，并在J005-2標(biāo)河渠過水之前完成上游引航道導(dǎo)航段+19.4m平臺以下的護(hù)底及護(hù)坡施工，同時在向陽跌水涵位置預(yù)埋涵管。

一期、二期導(dǎo)流平面布置見圖1。

圖1 一期、二期導(dǎo)流平面布置圖

3.導(dǎo)流和圍堰的設(shè)計

3.1 導(dǎo)流明渠的設(shè)計

根據(jù)設(shè)計導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)1號、2號和3號導(dǎo)流明渠以10年一遇全年洪水為246m3/s進(jìn)行計算和設(shè)計，明渠底寬均為10m，兩側(cè)邊坡坡度均為1:2，每隔5m高設(shè)一平臺，平臺寬2m，平均坡率不小于0.3‰，坡底標(biāo)高與現(xiàn)狀河道順接，流明渠斷面尺寸見圖2。

圖2 1號、2號導(dǎo)流明渠設(shè)計開挖斷面圖

3.2 導(dǎo)流圍堰設(shè)計

根據(jù)施工導(dǎo)流設(shè)計要求，導(dǎo)流明渠導(dǎo)流流量為246m3/s，向陽涵跌水涵導(dǎo)流流量14.40m3/s，查取水力計算成果，得知派河及向陽河水深分別為h=5.77m。

根據(jù)《水利工程施工手冊》第五版，圍堰堰頂高程Hd=hd+ha+σ，hd為上游圍堰水位高，ha為波浪爬高(一般取0.3m～0.5m)；σ為圍堰的安全超高，見規(guī)范取值。

本工程h a 為波浪爬高取0.4m，1 號～6 號圍堰級別為Ⅳ級，σ 圍堰的安全超高取0.5 m，hd為12.32+5.77=18.09m，則圍堰堰頂高程Hd=hd+ha+σ=18.09+0.4+0.5=18.99m，同理計算得出7號圍堰Hd=15.7＋1.91＋0.4＋0.5=18.51m。考慮到臨時圍堰兩端現(xiàn)狀場地標(biāo)高普遍在20.2～23m之間，因此取臨時圍堰堰頂高程不低于現(xiàn)狀地面高程。各圍堰設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 圍堰設(shè)計參數(shù)

一、二期導(dǎo)流明渠的上下游各填筑一道圍堰，填筑材料滲透系數(shù)不宜大于1×10-4cm/s，圍堰頂高程以現(xiàn)狀地面高程為準(zhǔn)，圍堰填筑水位以上邊坡1:3，采用植草護(hù)坡；水下邊坡為自然坡(約1:5～1:7)，采用鋪設(shè)土工膜和拋填袋裝土防護(hù)。水下填筑圍堰一次完成，水上填筑圍堰需分層壓實，根據(jù)堤防工程設(shè)計規(guī)范要求，壓實度不小于0.91，每層填筑厚度不超過30cm，圍堰典型斷面如圖3。

圖3 圍堰典型斷面示意圖

4.導(dǎo)流和圍堰施工要點

4.1 導(dǎo)流明渠施工要點

導(dǎo)流明渠施工的流程為：施工準(zhǔn)備→地表清理→明渠兩側(cè)施工道路平整→明渠分段開挖→明渠邊坡防護(hù)。

（1）地表土清理。地表土清理深度按30cm控制進(jìn)行挖除，為便于集土堆放，直接采用挖掘機(jī)開挖，自明渠軸線處向兩側(cè)推進(jìn)。表土按要求堆放在棄渣場指定位置。

（2）施工道路平整。為便于明渠開挖渣土運輸及圍堰填筑施工，在明渠兩側(cè)開挖邊線1.0m處，采用挖掘機(jī)進(jìn)行道路平整并碾壓，直至滿足車輛通行要求。

（3）明渠開挖。明渠開挖采取分段同時作業(yè)，每100m為一個區(qū)段，每200m布置一條下基坑臨時道路。明渠開挖采取分層開挖方式進(jìn)行，每層開挖深度控制在5.0m，邊坡處預(yù)留30cm保護(hù)層，在開挖至渠底后，由測量人員放樣，人工配合反鏟對邊坡保護(hù)層進(jìn)行剝離開挖，嚴(yán)格控制邊坡平整度。

4.2 圍堰施工要點

圍堰填筑料就近利用導(dǎo)流明渠開挖料，裝自卸汽車運至圍堰填筑點。在堰體填筑期間，選擇合格的材料填筑，對于膨脹土或含泥量超標(biāo)的物料全部轉(zhuǎn)堆至指定位置。

圍堰填筑采用挖機(jī)采料填筑，施工過程中，為保持填料填筑、攤鋪與碾壓等工序施工的連續(xù)性，按流水法施工。水上各層填筑時首先進(jìn)行測量放樣，明確標(biāo)志出各層填料的填筑邊線，自卸汽車運輸填料，挖機(jī)按要求的鋪料厚度攤鋪。填筑上升至水面高程以上后及時用反鏟配合人工進(jìn)行坡面清理，為護(hù)坡施工提供施工部位。

在迎水面圍堰水下邊坡采用人工平鋪土工膜，挖機(jī)拋填袋裝土防護(hù)，水上及背水面采用植草護(hù)坡。

一期臨時圍堰無需拆除，二期上下游預(yù)留圍擋根據(jù)實際需求安排，圍擋拆除需配置2臺挖機(jī)進(jìn)行開挖，從圍堰尾端開始，邊退邊挖，開挖渣料利用自卸汽車運至渣場。

4.3 可能存在的問題及措施分析

本工程在施工過程會經(jīng)歷較長的汛期，施工期防洪度汛是工程建設(shè)中的一個重點。

為保障導(dǎo)流建筑物能安全度汛，避免超標(biāo)準(zhǔn)洪水導(dǎo)致洪水翻圍堰，淹沒基坑，在施工期建立24小時值班制度，加強(qiáng)水情的短期及長期預(yù)報工作，并據(jù)此安排各項施工項目。在汛期，所有設(shè)備、人員服從當(dāng)?shù)胤姥床块T、業(yè)主的統(tǒng)一調(diào)配，保證施工設(shè)備、人員的投入數(shù)量，并使其正常運轉(zhuǎn)，確保主體工程施工進(jìn)度，保證導(dǎo)流及主體工程施工期安全度汛，特制定應(yīng)急方案及技術(shù)措施。

5.結(jié)論及建議

蜀山泵站樞紐工程船閘基坑施工中對導(dǎo)流圍堰方案進(jìn)行深入分析，可以更好地實現(xiàn)業(yè)主工期節(jié)點目標(biāo)，多創(chuàng)造施工作業(yè)面，加快施工進(jìn)度，保證工程按期按質(zhì)完成。