劉思華

(廣東省水利電力規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣州510630)

1 工程概況

高州水庫灌區(qū)位于廣東省粵西沿海鑒江流域中下游平原，原設(shè)計灌溉總面積7.87萬hm2，是廣東省三大灌區(qū)之一，并自1997年起被列為實(shí)施續(xù)建配套的全國重點(diǎn)大型灌區(qū)之一。列入高州水庫灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造首期工程的渠道共14條，分別為石骨總干渠、東干渠、電茂干渠、西干渠、陳垌支渠、高州引鑒總干渠、南盛引鑒總干渠、南盛引鑒水輪泵干渠、高化支渠、南干渠、三文田支渠、陳金支渠、世華支渠、雙花支渠，渠道設(shè)計的總長度為153.312 km。各類渠系建筑物共計為1 528座，其中各類水閘74座，渡槽20座，涵洞488座，隧洞1條，橋梁248座，接洪堰697座［1］。

全線渠道均采用現(xiàn)澆混凝土襯砌，其中石骨總干渠及東干渠混凝土襯砌厚10 cm，其他渠道混凝土襯砌全部厚8 cm。渠道渠底地層巖性依次為:填土或黏土、全風(fēng)化帶(Ⅴ－1)層(可塑)、全風(fēng)化帶(Ⅴ－2)層(硬塑～堅硬)、強(qiáng)風(fēng)化帶(Ⅳ)、弱風(fēng)化帶(Ⅲ)等。

2 施工導(dǎo)流范圍

本灌區(qū)的特點(diǎn)是渠線長、渠系建筑物分散。項目采取全年施工，施工導(dǎo)流主要分為兩類:

2.1 渠道施工導(dǎo)流

本工程為灌區(qū)改造項目，原各渠道均有輸送農(nóng)業(yè)灌溉用水的正常供水任務(wù)、部分渠段還有排洪任務(wù)，其中，石骨總干渠、東干渠還承擔(dān)對茂名市城區(qū)的生活和工業(yè)用水。根據(jù)多年運(yùn)行管理資料統(tǒng)計，石骨總干渠、東干渠每月均需供水15 d以上，在每年春耕和其他農(nóng)忙月份需連續(xù)供水的時間更長;高州引鑒總干渠穿過高州市城區(qū)，且雨季有天然洪水匯入，有排洪任務(wù)，渠道導(dǎo)流流量較大。前述3條主要渠道的主要工程特性見表1。

高州引鑒總干渠樁號6+287～27+001、南盛引鑒總干渠樁號0+000～22+984均按0.5 m積水水深考慮施工方案，可以滿足施工洪水要求。

2.2 渠系建筑物導(dǎo)流

因有供水要求或者連續(xù)停水時間短，以及受施工洪水影響而需導(dǎo)流的渠系建筑物包括:各類水閘、放水涵、過底涵、渡槽等，各條渠道均有分布。

以上兩類施工導(dǎo)流，目標(biāo)是如何解決渠道正常供水或排洪與施工之間的矛盾，其中渠系建筑物數(shù)量多，可根據(jù)其布置特點(diǎn)及地形、水文等條件單獨(dú)進(jìn)行施工導(dǎo)流，本文不予闡述，以下只介紹渠道施工導(dǎo)流。

表1 渠道的主要工程特性表

3 施工導(dǎo)流設(shè)計

3.1 導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)

本工程等別為Ⅱ等大(2)型工程，主體建筑物工程級別為3～5級。相應(yīng)土石導(dǎo)流建筑物的洪水重現(xiàn)期為10～5 a，本工程的施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選定為5 a一遇洪水。

3.2 導(dǎo)流時段

根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》(SL303－2004)的規(guī)定，本工程所有導(dǎo)流建筑物的級別均為5級，相應(yīng)土石導(dǎo)流建筑物的洪水重現(xiàn)期為10～5 a，本工程的施工導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)選定為5 a一遇洪水。分析水文資料，考慮到渠道及渠系建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工程量大小特點(diǎn)，選擇10～3月或12～2月的枯水期作為本工程渠道、渠系建筑物的施工導(dǎo)流時段［1］。本工程施工導(dǎo)流時段明細(xì)見表2。

表2 施工導(dǎo)流時段表

3.3 導(dǎo)流方式

3.3.1 石骨總干渠和東干渠

枯水期，石骨總干渠(樁號0+000～14+624)施工導(dǎo)流流量為15 m3/s，東干渠(樁號0+000～20+254)的施工導(dǎo)流流量為10 m3/s(均已包括供給茂名市城區(qū)的生活用水流量3.88 m3/s)，對水質(zhì)要求高，需采用分期分邊導(dǎo)流方式。

由于石骨總干渠渠底均寬僅15 m、東干渠渠底均寬僅6～8 m，渠道斷面狹窄，不能采用體積龐大的土石圍堰分期導(dǎo)流。為保證足夠的過水?dāng)嗝?，在渠道中部采用單? m長拉森Ⅲ型鋼板樁做圍堰(同時作為一、二期圍堰)。考慮到鋼板樁多次重復(fù)利用后可能會導(dǎo)致板樁之間咬合不緊，圍堰可能局部存在滲漏，在其迎水側(cè)增設(shè)復(fù)合土工膜(300 g/m2)防滲。鋼板樁兩側(cè)各預(yù)留0.5 m形成隔離帶，以防鋼板樁拔除時破壞護(hù)底混凝土，利用渠道15 d/a停水檢修的時間澆筑剩余1 m寬的護(hù)底混凝土。

本工程渠道內(nèi)坡比1∶1.5，原渠道糙率采用0.025，新建渠道糙率采用0.019，渠道水流按明渠均勻流考慮。經(jīng)計算，石骨總干渠束窄后的渠道水深1.39～2.71 m，計算成果見表3。東干渠束窄后的渠道水深約1.89～3.03 m。

表3 石骨總干渠施工導(dǎo)流水力計算成果表

3.3.2 高州引鑒總干渠(樁號:2+062～6+287)

枯水期時，高州引鑒總干渠樁號2+062～6+287渠段穿高州市城區(qū)而過，有天然洪水匯入，施工導(dǎo)流流量25.8～27.3 m3/s。由于高州引鑒總干渠渠底均寬僅10～16 m，渠道斷面狹窄，不能采用土石圍堰分期導(dǎo)流。采用同石骨總干渠和東干渠相同的導(dǎo)流方式，即采用拉森Ⅲ型鋼板樁做縱向圍堰分期導(dǎo)流，分邊施工。

渠道內(nèi)坡比1∶0.5～1∶1.5，原渠道糙率采用0.025，新建渠道糙率采用0.019，渠道水流按明渠均勻流考慮。經(jīng)計算，高州引鑒總干渠樁號2+062～6+287渠段束窄后的渠道水深2.50～3.13 m，計算成果詳表略。

3.3.3 高州引鑒總干渠(樁號:7+279～27+001)、南盛引鑒總干渠(樁號0+000～22+984)

在枯水期渠道可停水，渠道停水時按0.5 m積水水深，可垂直于渠道軸線設(shè)橫向分段土圍堰，分段抽排積水。

渠道的施工導(dǎo)流方式、導(dǎo)流建筑物、施工時段、導(dǎo)流流量匯總表見表4。

表4 渠道施工導(dǎo)流特性表

3.4 導(dǎo)流建筑物設(shè)計

石骨總干渠、東干渠、高州引鑒總干渠(2+062～6+287)的鋼板樁圍堰設(shè)計包括兩方面:3.4.1 圍堰斷面設(shè)計

枯水期渠道采用分期分邊施工方式，各施工段渠道軸線長度約為500 m，橫向、縱向圍堰采用拉森Ⅲ型鋼板樁。經(jīng)水力學(xué)計算，經(jīng)鋼板樁圍堰束窄后的渠道水深約3.0 m，初步估算相應(yīng)鋼板樁圍堰入土深度約為擋水深度的1倍，而市場上的鋼板樁均為定型產(chǎn)品，其單根標(biāo)準(zhǔn)長度為:6 m、9 m、12 m等規(guī)格?？紤]到鋼板樁的重復(fù)使用，本次采用單根6 m長拉森Ⅲ型鋼板樁拼裝成圍堰(一、二期共用)，鋼板樁入土深度約3.0 m，在鋼板樁迎水側(cè)設(shè)土工膜(300 g/m2)防滲。圍堰結(jié)構(gòu)剖面圖見圖1。

3.4.2 鋼板樁結(jié)構(gòu)計算

3.4.2.1 計算條件

根據(jù)渠道3水深h=3 m(水體近似簡化為如下土層:容重γ =10 kN/m、內(nèi)摩擦角 φ =0.0°、凝聚力 C=0.0 kPa)、渠道地基黏土層參數(shù)(容重γ=19 kN/m3、內(nèi)摩擦角φ=18°、凝聚力C=14 kPa)、鋼板樁入土深度3 m等條件，采用“北京理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件Fspw6.0”軟件進(jìn)行分析設(shè)計，計算簡圖見圖2。

圖2 鋼板樁圍堰計算簡圖

3.4.2.2 計算成果

1)經(jīng)計算，鋼板樁圍堰的內(nèi)力、位移包絡(luò)圖見圖3。

2)主要分析項目的計算成果，即鋼板樁圍堰的結(jié)構(gòu)結(jié)算成果見表5。

表5 鋼板樁圍堰計算成果表

3)鋼板樁截面、型號驗算:

拉森Ⅲ型鋼板樁每延長米抗彎模量為1 350 cm3，則:

可知，拉森Ⅲ型鋼板樁滿足強(qiáng)度要求。

高州引鑒總干渠(7+279～27+001)、南盛引鑒總干渠的土袋圍堰設(shè)計均采用沿渠道軸線分段施工方式，各施工段長度約為500 m，砌筑橫向編織土袋圍堰。圍堰頂寬1 m，平均堰高1.0 m，兩側(cè)邊坡1∶1.0。

圖3 鋼板樁圍堰的內(nèi)力、位移包絡(luò)圖

渠道渠底底層巖性為填土或黏土、全風(fēng)化土，滲透系數(shù)小，圍堰基礎(chǔ)不需進(jìn)行防滲處理。

4 導(dǎo)流工程施工

4.1 鋼板樁圍堰施工

本工程自2011年3月中旬在東干渠開始第一段長500 m渠道襯砌混凝土施工，按打設(shè)鋼板樁→一期邊坡、底板襯砌混凝土→二期邊坡、底板襯砌混凝土→拔除鋼板樁→底板中部襯砌混凝土的程序進(jìn)行，至4月下旬全部完成該段襯砌混凝土施工。施工中，鋼板樁采用50 t履帶起重機(jī)吊運(yùn)鋼板樁配合90 kW振動錘(DZ90)振動入土、拔出，施工導(dǎo)流水深及鋼板樁變形基本與設(shè)計值相符。采用鋼板樁作施工渠段的縱向圍堰等施工導(dǎo)流措施可以解決渠底均寬較小、但施工導(dǎo)流流量又較大的渠道的施工需要。

4.2 土袋圍堰施工

按渠道軸線長度500 m為一個施工段，人工就地裝編織土袋，砌筑橫向圍堰，圍堰頂寬1 m，平均堰高1.0 m，兩側(cè)邊坡 1∶1。

5 結(jié)語

近年來，全國大力發(fā)展農(nóng)田水利基本建設(shè)，今年發(fā)布的中央1號文要求到2020年，基本完成大型灌區(qū)、重點(diǎn)中型灌區(qū)續(xù)建配套和節(jié)水改造任務(wù)。各大、中灌區(qū)的續(xù)建配套與節(jié)水改造將陸續(xù)進(jìn)入施工建設(shè)階段。在工程建設(shè)中，如何解決灌區(qū)渠道正常供水與施工的矛盾，本文就高州水庫灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造首期工程，對該問題進(jìn)行了探討和實(shí)踐，提出了鋼板樁縱向圍堰等施工導(dǎo)流措施來解決這一矛盾。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際施工檢驗，達(dá)到了預(yù)設(shè)的要求，實(shí)施效果良好。

［1］廣東省水利電力勘測設(shè)計院研究院.高州水庫灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造首期工程初步設(shè)計報告［R］.廣州:廣東省水利電力勘測設(shè)計院研究院，2010.