某河道水闸除险加固中施工组织设计探析

李 华

(江西省大余县水利局，江西 大余 341500)

1 工程概况

某河道治理工程中河上一水闸需进行除险加固，水闸包括上游连接段、闸室段和下游连接段3部分。水闸运行近40年来，建筑物老化失修，长期带病运行，不能达到设计标准，闸门在汛期泄洪时不能完全开启，影响河道行洪安全。如果行洪不及时，就会造成上游洪水漫堤，威胁沿河两岸人民群众的生命财产安全。该除险加固工程为原水闸拆除重建，主要建设内容包括重建闸室、上下游连接段，更换闸门、启闭机，增设检修闸门及其起吊设备，更换电气设备及观测设施，重建闸上交通桥，闸后渡槽，上游右岸泵站以及防汛仓库及围墙，重建后方可充分发挥水闸的灌溉及生态环境等效益，保障当地农业生产的发展。

2 施工条件分析

2.1 地层条件

该拟建工程位于绕阳河上，场区位于辽河三角洲冲积平原，由第四系(Q4)全新统海陆交互相沉积物组成，地貌单一，地势起伏较大，最大高差约5.0m左右。根据钻探揭露土层，从上到下为：

黏土①层，灰黑、灰黄色。呈稍湿-饱和，可塑-软塑状态，具中等-高压缩性，局部层间夹游淤泥质黏土，层厚1.9-3.0m，层底埋深1.9-3.0m。勘察场地内分布较广。

粉质黏土②层，黄褐色-灰色，呈可塑状态，局部为硬塑状态，多数具中等压缩性，黄褐色粉质黏土含铁质结核，状态较好，此层土土质不均，含黏土薄层并含粉土、粉砂及淤泥质黏土透镜体及薄层，层位不稳定，变化较大。层厚0.60-5.75m，层底埋深2.3-8.0m

粉土③层，黄褐色-灰色，呈中密-密实状态，局部层间夹有黏土，层厚0.4-3.8m，层底埋深6.40-10.0m。分布较普遍。

黏土(3-1)层，为夹层，灰色，可塑-硬塑状态，具中压缩性，在钻孔RR01有揭露，最大厚度2.0m。

细砂④层，灰色-灰白色，饱和，呈中密-密实状态，主要矿物是石英及长石本次勘察未穿透此层，最大揭露厚度为17.0m。勘察场地普遍分布。

黏土(4-1)层，黄色，灰色，呈可塑状态，为透镜体，仅揭露于钻孔RR04，厚度0.4-0.7m。

粉土(4-2)层，中密-密实状态，为夹层，仅揭露于钻孔RL04，厚度为0.5-4.0m。

黏土①层，承载力110-120KPa；粉质黏土②层，承载力115-120kPa；粉土③层，承载力120-140kPa；细砂④层，承载力160kPa。

从以上地层分布可知，闸基各土层具有一定的承载力。

2.2 水文地质

该场地范围内地表水主要为绕阳河河水,地下水类型为第四系孔隙水，主要是大气降水、河水入渗补给，蒸发为主要排泄方式。水位随季节变化。依据室内试验结果，该场地土层渗透系数K=2.29×10-6-9.56×10-6cm/s，见表1。

表1 渗透系数及渗透性评价

2.3 水文气象

绕阳河流域属季风大陆性气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨，冬季寒冷少雨，流域多年平均降水量450-655mm，年际间分配及不均匀，丰水年最大为821.6mm，枯水年最小为411.6mm。年内分配主要集中在汛期，占全年的70%左右，多年平均蒸发量1612.69mm，年最大蒸发量可达1758.7mm。最低年蒸发量为1461.3mm，流域内多年平均气温9.4℃左右，最高达35.2℃，最低为-28.2℃。流域内春夏季多西南风，冬季多西北风。最大风速可达20.3m/s。

2.4 建材供应

本县建筑市场货源充足，工程所需钢材、木材、柴油、汽油均可在盘山县内主要建材市场购买。

2.5 施工交通

工程区交通运输方便，国道省道贯穿其中，道路车辆可满足施工要求，场区临时道路可利用上下游围堰，路基用拖拉机压实，路面用建筑垃圾压实。导流沟开挖土方可用做临时施工道路，施工期间所用的材料、机械和生活物资均可由上述道路运达工地。

2.6 施工用电/用水

工程施工主要用电负荷为场区照明、施工排水、机械修配、混凝土与砂浆拌制、钢木加工以及生活区用电等施工用电。施工用电可结合永久工程供电设计，该水闸紧邻务闸管所，施工用电可由闸管所接引10千伏输电线路，永久工程供电拟在此高压线接线，施工前可提前架设永久供电线路至工地，然后通过临时变配电设施向各用电点供电。为满足混凝土浇筑、施工排水等不间断用电要求，还需配置一定数量的柴油发电机组作为备用供电设施。

据水质分析结果，饶阳河水质较好，施工用水可直接引用河槽内的地表水经沉淀过滤后采用，或通过打机井抽取地下水解决。生活用水可从闸管理所解决。

3 施工导流

水闸位于绕阳河上，河道常年有水，为确保水闸工程的安全施工，必须做好施工导流工作。

3.1 导流标准

所建水闸工程等级Ⅲ等，规模中型，相关建筑物级别为3级，次要建筑物为4级。根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2017)的规定，确定本工程主要建筑物的导流建筑物级别为5级，同时考虑到挡水围堰采用当地土料填筑，因此，确定导流建筑物洪水重现期为5年。

3.2 导流时段及流量

1)导流时段

根据水文气象资料，本区降水主要集中在汛期6月-9月，约占全年降雨量的70%，汛期径流占全年径流量的80%以上。为降低导流建筑物规模，减少临时工程投资，同时确保工程安全度汛，本工程施工时段安排于非汛期的10月至次年4月，施工时长7个月。

2)导流流量

根据当地的降雨资料和饶阳河河道的流量资料，经水文计算，水闸处非汛期(10月—次年5月)，5a一遇洪峰流量为16.4m3/s。

3.3 导流方式

根据水闸的工程规模和工程量，主体工程可以在一个非汛期内完成，采用一次拦断河床围堰导流方式。本次从距闸上游100m左右处开挖左堤，新修导流明渠，将上游来水通过导流明渠引入围堰下部河道内。施工拟采用全段围堰法导流，即在基坑上、下游主河槽内填筑挡水围堰，一次拦断河水，河道上游来水通过新挖导流明渠导入下游河道[1]。

3.4 导流建筑物施工

1)导流明渠施工

导流明渠底宽约2.0m，边坡1:2，渠底坡降1/5000，渠深6.0m。按明渠均匀流公式核算后，新开挖的明渠能够满足非汛期5年一遇16.4m3/s导流流量的过流要求，渠内设计水深2.9m。

导流明渠进口设在拦河闸上游左岸100m左右处的滩地上，进口底高程为21.0m；导流明渠出口设在拦河闸下游左岸170m左右处的滩地上，出口底高程为20.3m；导流明渠长295m，滩地平均高程27m，平均挖深6.0m，共开挖土方2.48万m3。采用1m3挖掘机开挖，开挖土方一部分用作围堰的填筑，剩余堆放导流明渠两侧。导流布置详见施工平面布置图。

2)施工围堰设计

围堰顶高程按下式确定：

H=h+hw+δ

(1)

式中：H为围堰堰顶高程，m；h为围堰堰前水位，进口底高程21.0m+设计水深1.6m=22.6m；hw为波浪爬高，m；δ为围堰的安全超高，m。根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2017)规定，围堰超高为0.5m。

施工围堰堰前最大挡水位为22.6m，按上式计算围堰顶高程应为23.1m。考虑施工期间，围堰作为临时道路，现状闸上游堤顶高程约27m左右，下游堤顶高程约29m左右，为与两岸堤顶道路衔接，考虑一定坡比，确定上游围堰堰顶高程为24.5m，围堰长53m；下游围堰高程25.0m，围堰长75m。

考虑到施工期间两岸交通要求，上下游围堰顶宽确定为5m，边坡1∶2.0，围堰迎水面采用复合土工膜防渗，为增强防渗效果，复合膜自堰脚向外水平延伸3m，膜上采用编织袋装土护砌(厚0.5m)。围堰水上部分采用74kw推土机推运整平，拖拉机压实。工程完毕后拆除围堰，采用1m3挖掘机配8t自卸车挖运拆除，拆除的土方7677m3用于料场取土坑及导流明渠的回填[2]。施工围堰平面布置见图1，围堰设计横断面见图2。上、下游围堰工程量见表2。

3.5 基坑排水

基坑施工排水包括初期排水和经常性排水。

1)初期排水

围堰填筑时上游围堰首先合龙，挡住上游来水，基坑内的水可自排进入下游河道，待基坑内河水基本排干后，再将下游围堰合龙，基坑内剩余的积水较少。初期排水可通过离心泵抽排至基坑外的河道内，施工采用5台8时(5kW)离心泵排水。

2)经常性排水

水闸基坑位于主河槽内，基坑开挖底高程为19.2m，施工期间渗水量较大，为保证工程顺利进行，需做好施工排水工作。

图1 施工围堰平面布置图

图2 围堰设计横断面图

表2 围堰工程量统计表

经常性排水主要包括渗水、降水及施工废水等其他途径来水。根据施工降水范围及场地布置要求设纵横向排水沟和集水坑，在上游围堰内侧设纵横向排水沟，排水沟深度0.5m,宽度1m。上游铺盖外侧下游防冲槽处刨挖集水坑，坑面积为3m×4m，坑底高程低于基坑最低开挖高程1.0m，汇集井点水。打砂管井降地下水，砂管井直径30cm，井深15-25m，间距10m，单机潜水泵功率5kW，认真做好砂管井的反滤填料和竣工后排水井的回填工作[3]。经常性排水自当年10月上旬开始运行，至次年4月下旬结束，运行时间约7个月。

4 结论及建议

该闸主要以蓄水灌溉为主，兼顾生态环境等综合利用，对水闸进行安全鉴定认为该闸运用指标无法到达设计标准，工程存在严重安全问题，需拆除重建。为充分发挥水闸的灌溉及生态环境等效益，保障当地农业生产的发展，实施水闸除险加固工程是非常必要的，工程于2019年完工，能够确保2020年的灌溉用水和生态用水。