藥湖聯(lián)圩導(dǎo)流圍堰方案優(yōu)化

伍育浩

（江西省修江水利電力勘察設(shè)計有限責(zé)任公司，江西 南昌 330000）

1 工程概況

藥湖聯(lián)圩位于贛江下游左岸，贛江支流錦江下游南岸，鄱陽湖區(qū)南部邊緣，分別由南昌市的新建區(qū)和宜春市的豐城市管轄，堤線全長34.80 km。其中，新建區(qū)管轄22.17 km，樁號為0+000～7+070、14+600～29+700；豐城市管轄12.63 km，樁號為7+070～14+600、29+700～34+800。圩堤起自新建區(qū)橫擋頭，沿錦江而下，經(jīng)羅家渡、松湖街，止于豐城市司家閘。圩區(qū)內(nèi)地形平坦，地勢低洼，地勢由西向東傾斜，傾斜坡度平緩。根據(jù)工程附近的氣象站觀測資料統(tǒng)計，多年平均降水量為1 543.30 mm。降水量年際變化較大，1973 年降水量達2 689 mm，而1978 年降水量僅1 042.60 mm，最大年降水量是最小年降水量的2.58倍；降水量的年內(nèi)分配亦極不均勻，年內(nèi)降水量主要集中在4-6月，占全年降水量的50%。

2 導(dǎo)流標(biāo)準

工程需采取導(dǎo)流措施的建筑物主要有禮坊電排站和機耕橋，其余建筑物選擇在枯水期實施，無需進行導(dǎo)流。該聯(lián)圩工程電排站主要建筑物和次要建筑物分別為3級和4級，結(jié)合設(shè)計要求，其施工導(dǎo)流建筑物必須按照5級設(shè)計。由于該聯(lián)圩工程工期較緊，施工導(dǎo)流建筑物可靠安全對聯(lián)圩工程工期存在較大影響，故采用10年一遇洪水為導(dǎo)流建筑物設(shè)計標(biāo)準，對應(yīng)的設(shè)計流量為20.80 m3/s。施工期為最枯的11月至次年1月。結(jié)合本聯(lián)圩工程實際及主要建筑物等級，導(dǎo)流時段確定為11 月至次年1月。

3 導(dǎo)流方式

藥湖聯(lián)圩工程電排站施工導(dǎo)流方案設(shè)計必須充分考慮流域水文特性及地形地質(zhì)條件，盡可能縮短施工期，保證導(dǎo)流圍堰工程效益提早發(fā)揮；充分利用永久性建筑物控制導(dǎo)流施工工程量和投資；并保證施工期各個環(huán)節(jié)截流、圍堰擋水、度汛、蓄水等初后期導(dǎo)流能合理銜接。

施工期間采取在進出水口填筑圍堰，攔擋外河洪水和內(nèi)澇水，施工期內(nèi)澇水由原有閘、泵外排。結(jié)合聯(lián)圩圩區(qū)永久建筑物情況及施工工期要求，應(yīng)先施工電排站出水口圍堰，且施工期間圩區(qū)不蓄水，通過放水涵洞泄流，該放水涵洞底高程比電排站出水口底高程低11.40 m，泄水能力有保證。非汛期洪水無法達到電排站進口高程，也無需修筑導(dǎo)流圍堰，僅配備防洪編織袋預(yù)防臨時洪水。為保證電排站出水口加固、進水口漸變段及底部拆除等工程均能在干地施工，于2019 年汛期結(jié)束后進行了電排站出水口除險加固，確保其能正常過流。

經(jīng)過比較，將導(dǎo)流圍堰修建于距離放水涵洞進口上游104 m的電排站出水口處，以攔截流域來水，進入電排站出水口導(dǎo)向下游。考慮到導(dǎo)流圍堰布置位置，圍堰所在段河谷為“U”形，并呈南北走向，河流縱坡1%～3%，河谷谷底高程約40 m，兩岸岸坡高程60～80 m，平水期水面寬30～80 m，水深0.50 ～2 m，河床左岸為寬度22 m 的Ⅲ級階地。圩區(qū)地表水系發(fā)育，河汊湖泊分布密集，區(qū)內(nèi)廣泛分布第四系地層，地下水為孔隙性潛水。第四系松散覆蓋層上部主要為透水性微弱的粘土、壤土、淤泥質(zhì)粘性土，形成相對不透水層；下部則為含（透）水性好的砂類土及礫（卵）石等，為主要含（透）水層。

4 圍堰型式優(yōu)化

4.1 原型式

為就地取材并節(jié)省工程投資，藥湖聯(lián)圩工程電排站施工導(dǎo)流圍堰主要采用土石結(jié)構(gòu)，設(shè)計標(biāo)準為10年一遇，相應(yīng)地設(shè)計流量20.80 m3/s，根據(jù)對該聯(lián)圩的調(diào)洪演算，其導(dǎo)流圍堰設(shè)計擋水位應(yīng)取45.40 m。將波浪爬高及安全超高考慮進去后上游堤外圍堰堰頂高程為外河設(shè)計洪水位加0.80 m超高，即圍堰堰頂高程取46.20 m，堰高最大取12 m，堰頂寬2.60 m，軸線長87.40 m，上下游坡比均為1：2.50。堤內(nèi)圍堰堰頂高程根據(jù)周圍地形確定，原則上與排澇渠頂高齊平。該聯(lián)圩工程電排站施工導(dǎo)流圍堰堰體為黏土心墻土石壩，土工膜防滲；圍堰基礎(chǔ)則通過設(shè)置1 m厚的黏土鋪蓋防滲。為避免圍堰堰體遭受水流的直接沖刷，堰體上游坡段通過籠石加固防護。為保證藥湖聯(lián)圩工程電排站施工期間圍堰質(zhì)量，并降低截流難度，還應(yīng)將3根直徑1 m、進出口高程分別為46、45 m 的涵管布置于圍堰堰體內(nèi)用于截流和導(dǎo)流，同時將黏土回填于涵管和土工膜結(jié)合處以增大滲徑。

委托工程所在地水利設(shè)計院進行圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算后得出，原型式圍堰上下游坡比均為1：2.50，所對應(yīng)的壩坡滑動安全系數(shù)分別取2 和1.03，前者符合壩坡穩(wěn)定性要求，但后者并不滿足壩坡穩(wěn)定要求，為此必須進行圍堰型式優(yōu)化。

4.2 圍堰型式優(yōu)化

在綜合考慮原圍堰型式弊端及優(yōu)化原則的基礎(chǔ)上，立足當(dāng)前常見的施工技術(shù)以及機械配置水平，為降低施工難度，提升結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能，必須將圍堰黏土心墻和上游過渡層等結(jié)構(gòu)徹底去除，調(diào)整成上游坡土工膜的防滲形式。此外，還應(yīng)在圍堰前坡腳處增設(shè)通過黏土材料所填筑的截水槽，同時鋪設(shè)水平防滲鋪蓋層，為構(gòu)建完善的防滲結(jié)構(gòu)體系，必須使該聯(lián)圩截水槽底部所鋪設(shè)的土工膜長度一直延伸到圍堰前坡面以及堰體結(jié)構(gòu)兩側(cè)。經(jīng)過結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算，當(dāng)堰后坡滑動安全系數(shù)臨界值取1.50 時堰坡坡比應(yīng)為1：2.75，優(yōu)化后的圍堰結(jié)構(gòu)仍為土石結(jié)構(gòu)，考慮安全超高及波浪爬高后的圍堰堰頂高程不變。

原圍堰型式與優(yōu)化后的圍堰型式的比較詳見表1。

表1 優(yōu)化前后圍堰型式比較表

經(jīng)過實地論證，藥湖聯(lián)圩工程電排站施工導(dǎo)流圍堰堰體結(jié)構(gòu)按照壩前設(shè)置黏土斜墻，并增設(shè)土工膜防滲的形式，堰體在填筑施工時主要選用戈壁料，堰前坡腳處則增設(shè)黏土所填筑而成的截水槽以及在上游加鋪水平抗?jié)B鋪蓋，同時，還應(yīng)確保截水槽底部土工膜材料長度足夠大，直至延伸到堰前坡面并覆蓋圍堰左右側(cè)，構(gòu)建起完善的防滲結(jié)構(gòu)體系；戧口增設(shè)長50 m、寬20 m、厚1 m的水平鋪蓋。根據(jù)截水槽現(xiàn)場碾壓施工檢測結(jié)果，堰基位置實際滲流量符合工程設(shè)計要求，能為堰后施工提供干地條件。

按照優(yōu)化后的方案填筑完成施工導(dǎo)流圍堰后，委托工程所在省水利科學(xué)設(shè)計院試驗檢測部門對該聯(lián)圩導(dǎo)流圍堰結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)進行試驗測定和二次核定，對典型斷面壩段軸線鉆芯取樣，將芯樣送交實驗室分析，以驗證圍堰設(shè)計參數(shù)的準確性以及圍堰結(jié)構(gòu)安全性。試驗成果與圍堰設(shè)計方案中堰體物理力學(xué)參數(shù)取值十分接近，圍堰抗滑穩(wěn)定及滲流穩(wěn)定也均為安全。

5 結(jié)論

綜上所述，施工導(dǎo)流是藥湖聯(lián)圩電排站工程的關(guān)鍵節(jié)點，圍堰截流時間越早，就越能為后續(xù)工程開工節(jié)省時間，緩解工期壓力。為此導(dǎo)流圍堰方案在必須充分考慮施工條件及技術(shù)水平、施工機械配置、原材料供應(yīng)等的基礎(chǔ)上因地制宜、就地取材，簡化圍堰施工過程，控制工程投資。藥湖聯(lián)圩工程電排站圍堰運行后，堰后滲流逐漸減少，為其余工序施工提供了便利的干地條件。圍堰方案優(yōu)化后施工難度整體降低，工期大大縮短，總投資降低，同時為后續(xù)工程施工贏得了寶貴時間。