興隆水利樞紐下游橫向圍堰缺口應急封堵工程施工技術研究

劉明忠 王琦凱 陳崇德

(湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156)

1 工程概況

興隆水利樞紐位于漢江下游湖北省潛江與天門市境內，主要由攔河水閘、船閘、電站廠房、魚道、兩岸灘地過流段及其上部的連接交通橋等建筑物組成，是南水北調中線漢江中下游治理工程之一，也是漢江中下游水資源綜合開發(fā)利用的一項重要工程。興隆水利樞紐以灌溉和航運為主，兼顧發(fā)電等興利運用，樞紐正常蓄水位36.2m，相應庫容2.73億m3，規(guī)劃灌溉面積21.84萬hm2，規(guī)劃航道等級為Ⅲ級，電站裝機容量40MW。

2 電站圍堰防滲墻缺口情況

興隆水利樞紐電站和泄水閘下游建設有一條橫向圍堰，全長1134m，堰頂寬10m，最大高度14.06m，其作用主要是：壅高電站和泄水閘下游水位，滿足河床下切導致的特枯年份樞紐通航和發(fā)電安全等要求。受多種因素的影響，圍堰右側段出現(xiàn)一處缺口，缺口段長度164m，導致下游河床下切明顯，致使水庫不得不降低水位運行，影響了工程安全和效益發(fā)揮。為保證工程的正常運行，擬對防滲墻缺口部位進行應急封堵，對缺口段右側損壞圍堰進行修復。防滲墻缺口封堵堰體為4級導流建筑物，相應的設計標準為樞紐10年一遇洪水(洪峰流量為12220m3/s)。

3 缺口段應急封堵施工方案研究

3.1 設計技術參數(shù)

a.工程地質情況。工程區(qū)漢江流向自北而南。河床寬約570～680m。深槽貼近右岸，左岸為寬廣的漫灘，寬約1600m，兩岸為漢江干堤。工程區(qū)廣泛分布第四系沖積層，下伏基巖為下第三系荊河鎮(zhèn)組。地下水化學類型為HCO-Ca型、HCOR-Ca·Mg型，pH值6.9～7.6，一般不含侵蝕性CO2；江水化學類型為HCO3-Ca型，pH值7.8，侵蝕性CO2含量2.45mg/L。地下水與地表水對混凝土不具腐蝕性。

b.設計技術參數(shù)。以原下游圍堰軸線為中心線，拋填包袋式管袋(土工包)，土工包袋拋填前，在現(xiàn)地面表面鋪設一層300g/m2加筋條、系結條的土工布，拋填土工包形成頂高程為27.80m、頂寬為10m，迎水坡和背水坡坡比均為1∶3的堰體。

堰體上游21.00m高程處，設10m寬的壓重平臺，壓重平臺以下的迎水坡坡比仍為1∶3，在距上游坡面垂直距離2m左右沿坡面鋪設一層復合土工膜，在坡頂和坡腳處將土工膜延長回折，使土工膜盡可能地被土工包壓緊，復合土工膜采用兩布一膜(250g/0.5mm/250g)。

堰體下游21.00m高程處，拋填袋裝砂防沖護坡，拋填的袋裝砂形成15m寬的平臺，平臺以下的坡比為1∶2.5，袋裝砂的單袋重量控制在150kg以上，袋裝砂在土工包實施完后再拋填(見圖1)。

圖1 圍堰封堵設計橫斷面(尺寸單位：cm)

3.2 水上拋填施工流程

水上拋填施工工藝流程見圖2。

圖2 水上拋填施工工藝流程

3.3 水上拋填施工工藝

a.鋪排船定位。經河床地形測量，陡坎段可用砂袋鋪平[1]，以確保施工質量。鋪排船上采用6個液壓絞車控制6根鋼纜，2根邊纜為主纜，分別連接1只7t的鐵錨，承受整個鋪排船下漂的拉力，同時控制船舶的上下移動；船頭船尾各設一只開錨，控制船舶左右移動，保證排布的搭接寬度符合設計要求，兩根左邊纜設為尾纜，控制鋪排船往下移動(見圖3)。

圖3 沉排船布置

b.土工布鋪設。缺口寬度約164m，土工布分幅進行鋪設，單幅寬度40m，幅與幅之間搭接長度不小于6m，共需要5幅。

水上土工布鋪設施工時，水位較高，施工在江心進行，因此土工布頂端包裹1根20m長、直徑為300mm的鋼管，鋼管內灌滿混凝土，確保土工布排頭固定。同時，土工布自帶加筋條、系結條，在土工布上均勻綁好砂袋，便于土工布沉入河床底部[2]。土工布水下鋪設時，先將鋪排船的鋼滑板放置水平，然后再將配重鋼管與土工布連接好，通過GPS定位后，再緩慢放下鋼滑板，使土工布通過自重慢慢沉入江底[3]。通過比較河床底部至船舷高度與排布移動的長度，確定土工布頭部已經完全到底時，方可進行絞移船體操作，否則容易造成受力過大，發(fā)生撕排現(xiàn)象[4]。由于排頭剛下到河床時，排頭與河床底之間摩擦力較小，排頭容易滑動，因而排頭入水的水平位置在施工區(qū)域外，考慮水深、流速等多方因素，確定外移距離為5m(見圖4)。土工布應符合設計標準和技術規(guī)范要求，鋪設完成后，立即進行土工包拋填施工。

圖4 土工布施工示意圖

c.土工包充灌與水上拋填。土工包拋投施工工藝流程見圖5。

圖5 土工包拋投施工工藝流程

土工包充灌：選用2艘250kW采沙船，每艘駁船兩舷分別安裝4臺深水電動吸沙泵。土工包平鋪于鋪排船甲板上，將輸沙管插入土工包袖口中并綁牢，沙漿濃度控制在15%～20%之間，待管袋經過濾水，充填度達到75%～85%左右時，扎緊充沙袖口，充填完成。

土工包拋投：拋投船定位、校正完成后，松開鋼板開關，使鋼板傾斜，土工包自動翻入水中，沉到設計位置，如此循環(huán)往復，直至達到設計要求。

注意事項：充填袋分層填筑，層與層之間和充填袋之間交錯嵌緊，不得形成垂直的通縫和貫通的空隙；充填袋的拋筑方向垂直岸坡，拋投按照從下游往上游方向進行[5]；拋填施工前，先進行施工區(qū)放樣，標示出拋填的區(qū)域、范圍、工程量與完成后的設計高程等。進行現(xiàn)場試驗，確定不同水深、流速下土工包水平漂距，并做好記錄。根據(jù)漂距，控制拋投船只的拋投位置[6]。對拋投區(qū)域進行網(wǎng)格劃分，原則上按24m長進行劃分，其余不規(guī)則部分以方便現(xiàn)場施工為原則進行劃分；計算每個網(wǎng)格所需土工包的數(shù)量。每拋完一層土工包，立即用測深儀進行檢測，符合要求后才能進行下一層的拋投施工，并做好詳細記錄。

d.土工膜鋪裝。封堵堰體防滲采用土工膜，在堰體上游坡面鋪設一層復合土工膜，土工膜為兩布一膜形式。土工膜安裝完成后，進行水下測量、驗收。在上游布置150m寬浮板平臺，土工布在平臺上進行焊接。浮板平臺由5個30m寬小型浮板平臺拼接，每平方米負載浮力350kg，平臺長6m，載重達315t；浮板平臺需要布置土工膜8494m2，另外包括卷揚機、鋼管、施工人員、零星機械設備等，自重約20t，滿足要求。焊接過程中，平臺布設卷揚機將已經焊接完成的土工膜卷在鋼管滾筒上。焊接時，遵循設計和技術規(guī)范要求(見圖6)。

圖6 150m寬平臺示意

e.防沖砂袋拋填。防沖用的袋裝砂的平面尺寸取0.7m×1m，單袋重量控制在150kg以上，袋內充填中粗砂，粒徑大于0.25mm的顆粒含量大于50%，黏粒含量小于5%。在施工基地設置GPS基準站，通過已知控制點與GPS控制網(wǎng)的聯(lián)測，確定基準站的坐標和坐標轉換參數(shù)。采用平板駁船將袋裝砂運至現(xiàn)場，根據(jù)每個施工段的拋砂袋數(shù)量，人工拋填。施工過程中，注意控制袋裝砂施工質量，保證坡比、標高、頂寬等滿足設計要求[7]。拋填時，施工與監(jiān)理人員旁站監(jiān)督，拋填后水下機器人下水檢查，對不足部分大致界定出范圍及時進行補拋。工藝流程見圖7。

圖7 袋裝砂拋填工藝流程

f.檢查驗收。開工前的復測由發(fā)包人指定具有相應資質的第三方檢測機構專業(yè)人員水下進行。檢查每個網(wǎng)格各層應拋數(shù)量，每個網(wǎng)格的拋填量[8]。水下工程完工，施工單位自測達到設計要求后申請完工測量，由上述指定的復測機構進行水下測量。第三方檢測機構水下測量后出具測量報告，經監(jiān)理單位、發(fā)包人審核通過，達到設計要求后進行計量[9]。水下測量成果圖按照1∶500比例出具，且測量分布點位不得超過1.5m×1.5m。

4 施工重難點分析及應對措施

4.1 重難點分析

a.施工船舶的定位。工程施工區(qū)域河道流速快，且變化較大，拋填工程量較大，時間也較長。如何保證施工船舶定位準確是確保拋填質量的重點。

b.缺口封堵質量。工程下游防滲墻缺口封堵采用拋投土工包形成堰體，并在上游側鋪設土工膜防滲，如何保證封堵質量是工程的難點。

c.土工膜搭接施工。工程的封堵堰體防滲采用土工膜，在堰體上游坡面鋪設一層復合土工膜，土工膜在水下鋪設，土工膜搭接部位如何施工是本工程的難點。

d.封堵堰體水下合龍。工程封堵堰體需要在水下合龍，此時堰體已經基本完成，下游水位壅高后可從左右側防滲墻頂部過流，整體流速不會太快，但堰體頂部的龍口處流速較快，如何將堰體合龍是本工程的難點。

e.水上作業(yè)安全。封堵施工區(qū)域位于漢江河道中心，施工為水上水下作業(yè)，如何保證安全，也是工程的難點。

4.2 應對措施

a.施工安全保障措施。建立健全組織保障措施、技術措施、水上施工安全保證措施、應急救援措施、風險辨識與分級、安全與質量管理的各項規(guī)章制度[10]。

b.質量體系與措施。做好質量管理的資源配置，編制各項規(guī)章制度、崗位職責，落實質量宣傳和培訓措施、施工過程質量控制管理措施、質量評定與各階段驗收初步計劃及保障措施等。

c.編制專項施工方案，組織專家審查。做好施工技術交底工作，組織水上拋填、土工包制作質量等控制要點的技術宣貫，嚴格按照技術標準、設計方案施工。

d.做好施工管理及作業(yè)人員配備和分工，持證上崗。

5 應急封堵效果

按照預定計劃，完成了164m長的缺口段封堵施工任務，同時對防滲墻缺口右側損毀段進行了修復，修復寬度180m。工程完成后，此段河道過流由主要從缺口段急流通過，變?yōu)閺恼麄€下橫圍堰防滲墻頂部通過，河道水流速明顯減緩，興隆水利樞紐的電站和泄水閘下游水位明顯壅高，工程的安全運行得到保障，同時也消除了圍堰受洪水沖刷影響缺口逐步加大與受損的可能，實現(xiàn)了預定目標。

6 結 語

興隆水利樞紐下橫圍堰防滲墻缺口段應急封堵工程施工中，其土工包和防沖砂袋內填充的是河砂，均在附近沙洲取用，開采與運輸成本遠遠低于石料、石籠等。同時利用進入主汛期前的一段過渡時間(4個月)施工，避免了在主汛期內施工可能遭受較大洪水的影響(施工期間出現(xiàn)的最大洪峰流量為4800m3/s)。該方法工藝先進，具有機械化程度高、施工速度快、人工用量少、施工安全、投資少等優(yōu)點。尤其是在平原地區(qū)的大江大河整治中可推廣應用。