山區湍急河道中防洪堤基礎施工技術分析

吳超，耿召志，劉金鑫，周珂

(1.浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311122；2.三峽大學土木與建筑學院，湖北 宜昌 443002）

1 引言

修建防洪堤能有效的抑制洪水，避免洪水對堤腳的沖刷破壞，免遭財產損失，對我國的經濟發展和保障人民群眾生命財產安全起到了積極作用[1-2]。而受河道水流沖刷及河道滲水等影響，使防洪堤的基礎施工作業難度加大，一旦基礎部位施工存在問題，將對整個防洪堤的施工質量和施工進度造成極大的影響。如何解決防洪堤在基礎施工中的防排水難題，加強防洪堤水下混凝土施工工藝和質量控制，保證防洪堤基礎混凝土的整體施工質量，成為實際工程建設中的一個重難點。

2 工程概況

黑水河松新下壩河段左岸防洪堤受汛期黑水河河水沖刷影響損毀嚴重，影響到白鶴灘水電站移民安置項目的順利推進，需要對左岸堤防修復重建，對右岸易崩塌岸線進行防護。左岸堤防重建修復總長1787.35m，主體結構為混凝土面板。河道右岸順應地形修建干砌塊石護坡穩定岸線。新建護腳共7段，總長為3568.80m，防洪堤工程級別為4級，防洪標準為20年一遇，修復重建線參照原護堤線布置，并與上下游銜接。

黑水河流域面積寬廣，水流量較大，天然落差高，地區全年降雨量豐富，施工過程中工期緊張，施工難度大。同時，由于基礎施工時大部分工作面位于水下，受河道中湍急水流影響，施工過程中需要根據水工建筑物基礎高程和水位情況，對防洪堤基礎分段采取河道改道疏水，進行基礎施工，同時需要做好汛期防排水措施方案。

3 防洪堤基礎防排水施工

3.1 河道導流施工

3.1.1 施工導流方案

根據河流現狀，左岸防洪堤有兩段臨水，在施工前，需對此兩段河道進行改道，河流改道施工采用1m3小型液壓挖掘機進行開挖，開挖深度為2.2m，上下口寬分別為17m與15m，并在所需改道起點位置處進行攔水填筑，填筑材料取自河道開挖料，填筑時進行分層碾壓填筑，機械或人工碾壓密實。

3.1.2 施工道路設置及涵管導流計算

結合現場施工情況，右岸防洪堤施工需設置三條跨河的臨時道路，臨時道路跨河采取預埋涵管再回填碎石的方式，道路寬度為4m。同時，對涵管過車部位進行支撐加固，并在涵管外壁設置節流環減少滲流作用[3]。對跨河涵管配置進行涵管過水能力計算，計算斷面圖及計算過程如下。

圖1 涵管過水斷面圖

河流最小流量為12m3/s，根據水文資料當年12月至來年4月平均流量為54m3/s。設計無壓涵管過流，計算采用圓形斷面無壓均勻流的水利計算公式。

設其管徑為d，水深為h，定義式中，α稱為充滿度，所對應的圓心角θ稱為充滿角。由幾何關系可得各水利要素之間的關系。

分別就管徑為1m、1.25m兩種情況計算，其中粗糙系數n=0.013。水深h約為0.7m～0.8m。管徑坡度i=0.0036，流量為54m3/s。

計算得到當管徑分別為1m、1.25m時，其單根涵管過水量分別為1.3m3/s、1.752m3/s，根據現場情況，選取d=1.25m的涵管，單條過河道路所需涵管長度為31m×5m=155m，本工程設置的3條跨河通道所需涵管總長度為465m。現場道路設置及管涵埋設見圖2。

圖2 河道道路設置與涵管埋設

3.2 基礎開挖施工防排水方案

基坑開挖后，對于河道內滲水和雨季施工排水等問題，現場基坑采用明溝排水系統[4]，排水系統布置兼顧基坑開挖及主體工程施工，采用水泵分段集中抽排水。防排水，排水溝、集水井設在基礎輪廓線以外，排水溝邊緣離開坡腳不小于0.3m，且深度應始終保持比挖土面低 0.4m～0.5m。集水井應比排水溝低0.5m～1.0m，并隨基坑的挖深而加深，保持水流通暢。

基坑采用明溝排水，流入基坑內的滲水量與土的種類、滲透系數、水頭、底面積等有關，需通過抽水試驗或憑經驗估計，或按大井法估算。大井法估算按下式計算。

式中：K－滲透系數（m/d）；滲透系數取素填土的滲透系數取86.4m/d；H－穩定水位至設計基坑底的深度（m)，當基底一下為深厚透水層時，H值可酌加3m～4m，以保安全；R－影響半徑（m）；根據土質查表取100m；r0－引用基坑半徑（m）。

結合現場勘察設計資料，并綜合考慮現場實際情況后，計算得到每50m滲水量Q為13526.6m3/d，按50m為一個施工段組織施工，在高峰期共有9個工作面需要抽排水，每個工作面有3個小工作面流水施工，因此高峰期需配置的水泵數量為7×9×3=189臺水泵。

3.3 汛期防排水施工措施

該項目防護堤修復工程安排在枯水期施工，防洪度汛標準采用施工時段5年一遇洪水。但施工中不可控因素較多，為保證施工順利進行并滿足施工質量要求，針對本工程特點和施工要求，進行了汛期防排水措施專項方案的設計。

如圖3所示，施工以芭蕉林為界，將左岸防洪堤分為3段，即芭蕉林往黑水河上游為上游段、芭蕉林段、芭蕉林以下為下游段。

圖3 汛期左岸防洪堤河段分段規劃圖

①上游段大部分位于河水直接沖刷部位，靠近防洪堤部位河床較低，在汛期到來之前，對面板已施工完成部位及時進行大卵石回填及干砌石護坡施工，確保汛期達到度汛要求。對于護坡面板未施工完成的部分先用原開挖土回填至河床標高，在護坡上鋪設雙層土工布，再將原破除掉的混凝土面板堆放至護坡上，同時在護坡坡腳設置鋼筋石籠進行防護，待汛期結束后再行組織施工。

②芭蕉林部位高程較高，且不受河水的直接沖刷，在汛期到來之前，對面板已施工完成部位及時進行大卵石回填，確保汛期達到度汛要求。對于護坡面板未施工完成的部分，用原開挖土回填至原地形標高即可，待汛期結束后再組織施工。

③下游段河床相對較低，但主河道在離防洪堤較遠，河水不直接沖刷防洪堤，在汛期到來之前，對面板已施工完成部位及時進行大卵石回填及干砌石護坡施工，確保汛期達到度汛要求。對于護坡面板未施工完成的部分先用原開挖土回填至河床標高，護坡采用雙層土工布+原混凝土面板的方式進行防護。

4 水下混凝土施工

4.1 水下混凝土施工重難點分析

①施工時段雖然避開汛期，但施工段位于黑水河下游河段，河流水位較高，水流湍急，流速較大。同時受到施工中某些不穩定因素的影響，使水下混凝土澆筑施工難度加大，質量也難以保證。

②趾墩基礎和堤身施工時，需要在河道內進行基礎開挖，此時河道水流雖已改道，但由于河道內沉積物均為孔隙較大的卵石和河砂，且河道開挖寬度和面積較大，河道水流和地下水滲透使水倒灌進入基坑內部，也給施工造成一定影響。

③左岸防洪堤施工采取分段施工方式，現場受場地與地形限制影響嚴重，施工機械設備、人員、材料等周轉較大，不利于現場施工組織和安排。水下趾墩基礎分段長度大，墻頂、墻底落差大，一次混凝土澆筑方量過大會導致混凝土對模板壓力過大，造成混凝土爆模或模板開裂等問題，且模板水下拼裝，拆卸和調運難度都較大。

④部分基礎趾墩置于拋石基床上部，由于基床厚度較大，水下混凝土澆筑質量受基床沉降、基床頂部整平程度、模板吊裝精度、模板與基床結合部漏漿程度等多重因素的影響，質量控制難度大。

4.2 水下混凝土施工措施

①進行施工工期的調整和優化，安排在枯水期施工，避開汛期時間6月1日至10月31日。若在汛期施工，期間需做好汛期度汛排水專項措施和方案。

②減少木模板的使用量，采用拼裝便捷的鋼模板進行施工。模板的加工制作選在上游岸邊距離基礎施工較近的場地約50m處。組裝場地的選擇需滿足現場鋼模板運輸方便的要求，也要方便模板組裝完成后的吊運要求，并有利于加快鋼模板組裝及出運進度[5]，保證施工質量。

③做好模板的定位放點及封堵作業。將組合好的鋼模板吊裝進行定位，調整好位置和高度后將模板進行固定，并在模板底部使用封堵沙袋堵住水流，使整體式模板形成一個圍堰結構，在使用水泵將模板內部的水抽出。

④合理采用水下導管法進行施工。待模板中的滲流水抽至底部后，采用導管法進行混凝土的澆筑，澆筑時從高處開始平行推進澆筑，以便將未排出的水趕向另一側并利用抽水設備及時排出，保證混凝土的澆筑質量。

5 總結

結合本工程特點和施工經驗，通過施工導流、基礎施工防排水方案和汛期防排水措施等技術措施，保證了在山區湍急河道中防洪堤基礎部位的施工質量和進度要求，為白鶴灘水電站移民遷建工作贏得了寶貴時間。同時，通過優化施工方案、采取整體式模板組裝施工，解決了防洪堤基礎水下混凝土澆筑的難題，進一步提升了防護堤的整體施工質量，為山區湍急河道等復雜環境條件下進行防洪堤基礎的施工提供了可參考性建議。