牡丹江市橡胶坝改建工程施工导流设计剖析

崔晓阳，张善志

(1.牡丹江市城区水土保持办公室，黑龙江牡丹江157000;2.牡丹江市水务科学研究院，黑龙江牡丹江157000)

1 工程项目概况

橡胶坝改建工程在牡丹江干流上，位于牡丹江左岸堤防桩号10+375处，距江滨公园约3 km，控制流域面积22 720 km2。

枢纽主体工程由17孔拦河闸组成。闸室上游设10 m宽的检修桥，两岸上、下游以弧型翼墙与岸坡连接。

施工现场对外交通现有201国道、301国道等高等级公路与其它地区公路构成交通网络，对外交通十分便利。

闸址区江段内没有通航、过木要求，但要满足下游牡丹江市城市供水、取水要求(Q=30 m3/s)，两期施工分别采用明渠导流和拦河闸导流。

2 施工自然条件

牡丹江市区地处温带，属大陆性湿润季风气候区，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季降温急骤，冬季严寒干燥而漫长。根据牡丹江市气象资料统计，多年平均气温3.5℃，夏季最高气温37.5℃，冬季最低气温-35.1℃。冬季自10月中旬至来年4月中旬达6个月之久。

根据流域内各主要水文气象站的观测成果分析，多年平均蒸发量在850～1 300 mm。相对湿度年内变化最小月份在4月，为56% ～61%，最大月份在7—8月，为80%以上，年平均值为70% ～73%。

流域内冬季多西风和西北风，夏季多西南和东南风。年内最大风速达20 m/s，平均风速为2.6 m/s。

流域内多年平均无霜日期为126 d左右。冻土深度为1.5～2.5 m，3—4月份冻土深度最大。多年平均最大冻深1.8 m。结冰期为11月中旬至翌年4月中旬，长达5个月之久，平均冰冻厚度1.0 m，最大冰厚1.18 m。

3 施工导流、截流

3.1 导流标准

根据《水利水电施工组织设计规范》(SD338—89)第2.2.1条中表2.2.1导流建筑物标准，导流建筑物为Ⅳ级，根据第2.2.12条表2.2.2中导流建筑物洪水标准划分，施工洪水重现期为10～20 a，结合本工程特点，选用10 a一遇的施工洪水重现期。

根据牡丹江水文站洪峰流量频率分析成果，按面积指数换算求得工程地点处的施工洪水成果，见表1。

表1 施工期洪水成果表 m3/s

3.2 导流方式

主体工程施工分为2部分:①左岸9孔拦河闸的施工;②右岸8孔拦河闸的施工。

主体工程施工导流方式采用分2段2期土石围堰导流。一期工程为明渠导流，修建左岸九孔拦河闸，右岸河道明渠导流，2008年10月初开始修建一期围堰及一期工程，2009年7月一期工程完工;二期工程采用拦河闸导流，修建右岸八孔拦河闸，2009年8月开始修建二期围堰及二期工程，2010年6月末二期工程完工。

3.3 导流建筑物设计

围堰主要由块石、石碴、黏土、土工膜及无纺布等填筑而成，围堰防渗采用黏土心墙与土工膜。

一期及二期围堰顶宽4.5 m，迎水侧边坡1∶2.0，背水侧边坡1∶1.5。围堰用碎石、砾石做为戗堤，黏土心墙与土工膜防渗，无纺布反滤，详见施工围堰横断面图。围堰外采用抛石防护，围堰用的碎石一部分在下崴子碎石料场买料，另一部分砾石用基坑开挖的砂石料。

围堰填筑采用2 m3挖掘机挖装，10 t自卸汽车运输，拖拉机压实。围堰拆除施工采用2 m挖掘机挖装，10 t自卸汽车运输至弃料场或填筑利用。

两期施工分别采用明渠导流、拦河闸导流。围堰外部采用抛石防护，排冰不影响。施工围堰特性见表2，围堰横断面尺寸见图1。

图1 一期(二期)围堰横断面图

3.4 导流工程施工

3.4.1 施工工序

采用上、下游两单戗堤同时向纵向围堰立堵式进占，进占工序为两路车队同时从上、下游向纵向围堰进占，龙口设在纵向围堰上。土石围堰防渗采用黏土心墙和土工膜。围堰中部为黏土心墙，心墙外迎水侧铺设土工膜防渗，背水侧铺设无纺布，土工膜及无纺布外为15 cm厚的砂砾石垫层，两侧为碎石戗堤，最外侧抛填大块石。上、下游围堰裹头处，要加强防冲措施，采用钢筋笼石体防护堰脚，做好围堰闭气及抗冲刷处理。

一期围堰施工计划在2008年10月初开始进行，龙口合拢时段计划选在10月末，戗堤进占时导流设计流量选用(P=20%)1 024 m3/s，而堰顶高程及防护标准按(P=10%)1 347 m3/s来确定。筑堤碎石料在距施工现场13.4 km处的下崴子石场购买，块石在距现场30 km处的桦林石场购买。二期围堰施工计划在2009年8月开始进行，龙口合拢时段计划选在2009年9月，戗堤进占时导流设计流量选用(P=20%)1 024 m3/s，而堰顶高程及防护标准按 (P=10%)1 347 m3/s来确定。

如果戗堤进占过程中，设计导流流量超过(P=20%)1 024 m3/s，施工时可参照施工预案。

表2 施工导流围堰特性表

3.4.2 围堰拆除

围堰拆除可由纵向围堰原龙口处开始拆除，由2台钩机同时在龙口两侧倒退开挖，先开挖戗堤部分，而后开挖抛石部分，边开挖边运至岸肩，用于平台填筑。本着就近利用，尽量减少工程投资的原则，弃渣场布置在敖东砂场。

3.4.3 合理进行料源的时空平衡

为确保施工强度，节省运距，基本按“上游备料运至上游围堰，下游备料运至下游围堰”的原则进行平衡，并尽量利用现有备料，减少新开采备料量。将各堤头需要的各种填料细化到每一天，每一个料场。确定备料量时，根据不同的料种在不同填筑部位的流失情况、备料转运的损失情况、堰体填料压实方与堆存松散方的比例关系，采用不同的备料系数。堰体填筑部分考虑10%损耗量，非龙口段考虑10%流失量，龙口段考虑20%流失量，在充分考虑截流风险的前提下，戗堤备料系数取1.8，堰体填筑料取1.3～1.5。

3.4.4 确保龙口段抛投强度

设备选型:优先选用大容量、高效率、机动性好的设备。挖装主要选用2 m3的挖掘设备，大石选用1.8 m3反铲和正铲挖装机械(启吊力F＞2t)，钢筋石笼可采用汽车吊吊装。推运主要选用大马力的推土机。

3.4.5 戗堤堤头车辆行驶线路布置

预先做好合拢抛投车辆行车线路规划。考虑堤顶宽4.5 m，行车道较窄，在一定距离处可设置回车加宽段。抛投车辆在上、下游两戗堤堤头同时进占，以加快围堰进占的速度。为减少倒车距离，加快抛填速度，在戗堤堤头布置2个卸料点，戗堤上、下游侧各1个。另外，根据不同部位填料的要求，要采用不同的进占方式。围堰迎水坡在需要抛投大块石时，按规划调谴专用汽车设备在围堰靠上游侧抛填大块石、石串，戗堤进占可由(32 t、20 t)汽车按规划路线抛填中小石、石渣。

3.4.6 施工预案

3.4.6.1 超设计流量施工预案

若围堰进占或合拢时期，流量持续居高不下，围堰导流流量超过1 024 m3/s，及时采用抛填大块石、石串或块石笼等应急措施，增加抛投料的重量以满足抗冲要求。施工可采取如下措施:

1)将若干块重量大的四面体在堤头部位穿入30 mm钢丝绳，用卡扣卡紧形成混凝土四面体串，再用1～2台大型推土机同时推至江中，以减少龙口合拢时期抛投料的流失量。

2)增大迎水面戗堤挑角抛投块石、钢筋笼石体或石串的重量。

3.4.6.2 提前截流预案

若河流流量较小(低于设计截流流量1 024 m3/s)，并且根据水情预报流量亦低于1 024 m3/s时，可以考虑加快非龙口段进占速度，提前完成非龙口段施工，随后，进行龙口段进占，将合拢时间适当提前，以便为后续施工提供充足的施工时间。

3.5 基坑排水

排水包括初期排水和经常性排水。初期排水按围堰闭气后的基坑积水量、抽水过程中围堰及基坑渗水量、堰身及基坑覆盖层中的含水量以及可能的降水量四部分计算;经常性排水包括围堰及基坑渗水、降水及混凝土养护用的废水等。

3.5.1 初期排水

排水流量计算公式为:

(土石围堰基坑水位下降速度不宜 ＞0.5～0.8 m/d)。

式中:V为基坑的积水体积，m3;T为初期排水时间(此次T=5 d)，s;η为经验系数，主要与围堰种类、防渗措施、地基情况、排水时间等因素有关，一般取η=3～6，当覆盖层较厚，渗透系数较大时取上限。(此次取η=4)

一期围堰基坑初期排水体积为23 999 m3，排水强度选用8 00 m3/h(0.222 m3/s)进行水泵选型。初期排水时间约5 d完成;二期围堰基坑初期排水体积为 35 798 m3，排 水 强 度 选 用 1 193 m3/h(0.331 m3/s)进行水泵选型。初期排水时间约为5 d完成。

3.5.2 基坑经常性排水按围堰渗透量计算

经防渗闭气后的坝体渗水量很小，渗流量采用坝基渗流计算公式:

式中:q为每米围堰渗入基坑的渗透流量，m3/s;K为围堰与透水层的平均渗透系数，m/d;H为上游水深，m;T为透水层厚度，m;N为系数值;L为围堰底宽，m。

经计算，一期围堰的经常性排水流量 Q =393 m3/h(0.11 m3/s)，水泵选型:7台 SLS125-125A，单台电动机功率为11 kW，其中2台作为备用泵。

二期围堰的经常性排水流量为Q=619 m3/h(0.17 m3/s)，水泵选型:9台 SLS 125-125A，单台电动机功率为11 kW，其中2台作为备用泵。

基坑内经常性排水采用排水纵沟和集水井结合的方式，每侧围堰排水纵沟布置3个集水井，由排水沟将水汇入集水井中抽水。纵沟在围堰内坡脚外0.3 m，沟底宽0.3 m，沟深0.6 m，纵坡坡降≥2/1000。集水井布置在建筑物轮廓线以外较低处，距建筑物外缘的距离＞2.0 m。

3.6 施工期通航与过木、排冰要求

闸址区江段内没有通航、过木要求，施工期不影响下游牡丹江市城市供水要求流量(Q=30 m3/s)，排冰期经调查河段的开江方式、流冰时段、流冰数量及最大的冰块尺寸等冰情资料后，确定排冰不影响。(辅助措施:可在开江前在上游冰面撒砂，5m×5m将冰分块，控制冰块的大小)。

4 结语

施工导流设计是水利水电施工组织设计的中心环节，也是编制施工总进度计划的主要依据，在水利工程建设中起着关键型作用。正确选择施工导流方案不仅对降低工程造价、缩短工期、提高工程质量和施工安全具有重大意义，而且也影响到坝址、坝型及枢纽布置方案的选择。橡胶坝改建工程施工导流设计中充分考虑因地制宜、因材设计的原则，结合当地具体情况全面考虑投资、工期、水力学条件等方面的因素，最终确定施工导流方案。目前工程按照施工导流设计方案实施，工程进展顺利。

［1］牡丹江市水利勘测设计研究院.黑龙江省牡丹江市橡胶坝改建工程初步设计报告书［R］.牡丹江:牡丹江市水利勘测设计研究院，2008.

［2］水利电力部水利水电建设总局.水利水电工程施工组织设计手册［S］.北京:中国水利水电出版社，1996.