广东省山区中小河流治理工程的施工导流设计

麦树锋

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510635)



广东省山区中小河流治理工程的施工导流设计

麦树锋

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510635)

以2015年度《广东省山区五市中小河流治理工程》初步设计和施工图设计为基础资料,结合广东省山区中小河流治理工程的特点以及水文气象、地质条件,对工程的施工导流标准、导流时段、导流方式和围堰设计进行探讨和总结,可为同类型的中小河流设计提供参考。

洪水标准;施工导流;围堰设计;防渗措施

1 广东省山区中小河流治理工程的特点

1.1 工程特点

广东省山区中小河流整治的主要建设内容为河道清淤疏浚、护岸固脚加固、拦河(跨河)建筑物的新建或重建、堤防填筑,施工项目相对简单[1]。由于建设线路长、建设内容分散,且部分河段位置偏僻、人迹罕至,部分河段两岸地形陡峭,施工条件较差；另外,由于工程投资的限制,需制定合理的施工组织设计方案,尤其是施工导流设计方案。需施工导流措施的水工建筑物断面见图1～4。

图1 护岸固脚加固示意(单位：mm)

图2 新建(重建)拦河建筑物示意(单位：mm)

图3 新建(重建)跨河建筑物示意(单位：mm)

图4 堤防填筑示意(单位：mm)

1.2 水文特点

山区中小河流洪水主要由暴雨形成,洪水发生的时间和地区分布与暴雨一致。由于山区坡高谷深起伏大,溪河密集,洪水汇流快,流速大,洪峰猛涨暴落,从降雨到洪水灾害形成历时短,一般只有几小时,短则不到1 h,很少达到或者超过24 h。其特点是突发性、短历时、高强度。此外,中小河流多数地处山丘区,地形复杂,起伏大,开阔平地少。

2 施工导流标准及时段

2.1 概述

施工期可能遇到的频率洪水是一个随机事机,如果导流标准太低,则不能保证工程施工安全；反之,则使导流工程规模过大,不仅增加导流费用,而且可能因其规模太大以致无法按期完成,造成工程施工的被动局面。因此,导流标准的确定,应结合风险度分析,使所选标准合理、切合实际。

山区河流治理工程一般为Ⅳ等和Ⅴ等小型工程,永久建筑物为4级和5 级。按照水利行业标准《水利水电工程施工组织设计规范》(SL 303—2004)的规定,施工导流建筑物为5级,相应土石导流建筑物的洪水重现期为5～10 a。

临时工程保护对象的不同,其导流时段也不同,但中小河流整治项目一般安排在枯水期进行。根据堤防、拦河(跨河)建筑物的工程量、施工期来水量大小,并结合导流工程的投资控制,导流时段可在10月至翌年4月期间选择。

按照中小河流的治理原则,乡镇人口密集区主体工程的防洪标准取10～20年一遇；村庄人口密集区主体工程的防洪标准取5～10年一遇；农田则因地制宜,按照5年一遇以下防洪标准或不设防考虑。如果将导流建筑物的设计标准定得比主体工程的防洪标准还高,显然不太合理。在本次广东省中小河流治理工程施工组织设计的编制过程中,结合现场查勘以及计算分析,我们对导流标准以及导流时段进行了灵活处理,从2015年度已施工的项目来看,设计基本满足施工要求。

2.2 护岸固脚加固项目的施工导流标准及时段

护岸固脚结构一般采用硬质护岸固脚形式,比如混凝土和浆砌石结构,有时需在临时围堰的保护下方可进行干地施工,这就涉及到临时围堰的导流标准问题。按照相应规范规定,土石导流建筑物洪水重现期最小为5年一遇,而中小河流部分河段的主体工程可以低于5年一遇或者不设防,如果将围堰导流标准定得比主体工程的标准还高,明显不合理。根据水文计算,大部分河流的施工期(一般为枯水期)5年一遇洪水流量比全年2年一遇洪水流量还要大,而部分农田在遭遇2年一遇全年洪水时已被淹,故将导流标准选为枯水期5年一遇不切合实际。根据广东省中小河流治理工程的实际情况,施工导流标准采用枯水期多年平均洪水标准。施工期内若预报有频率洪水,可以提前撤离基坑内的人员、施工机械,允许基坑淹没过水,损失可以有效控制。

2.3 新建(重建)拦河(跨河)建筑物的施工导流标准及时段

在山区中小河流治理中,拦河(跨河)建筑物如水陂、格栅坝、过水桥等,规模及投资均较小,按照规范要求,其导流标准最小为5年一遇。考虑到山区河流枯水期流量小、水深较浅、主体工程施工仅需1—2个月工期的特点,故施工导流标准采用枯水期多年平均洪水标准。

2.4 新建(加固)堤防填筑项目的施工导流标准及时段

新建或加固堤防因其涉及到土方填筑碾压,对土方填筑的含水率和干密度控制尤为重要,故一般不允许基坑浸泡或过水。故新建或加固堤防导流标准均要求按规范执行,设计采用枯水期5年一遇洪水标准。

3 施工导流方式

3.1 护岸固脚加固项目的施工导流方式

针对广东省山区中小河流治理工程,其施工导流方式还有以下特点：

1) 山区中小河流治理工程均安排在枯水期施工,枯水期内的大多数河流水深较浅,水深约为0.3～0.5 m。在进行河道永久断面设计时,可考虑与导流建筑物相结合。对于河面较宽的河道,可以设置主河槽,在边滩预留二级平台,利用河水归槽的特点降低水位,以减少围堰断面尺寸或取消岸边围堰,为河岸固脚或护岸提供有利的施工条件[3-4]。

2) 纵向围堰填筑料可直接利用基坑的开挖料。

3) 根据已实施项目的设计、施工经验,河宽10 m以上的,需在左右岸各各布置一道围堰。河宽10 m以内的,仅需在河道中间部位布置一道纵向围堰,纵向围堰为左右岸共用,一侧护岸固脚加固项目先行实工,完工后进行另一侧的施工。

3.2 新建(重建)拦河(跨河)建筑物的施工导流方式

1) 明渠导流：拟建的拦河(跨河)建筑物比如水陂或格栅坝,对于岸坡平缓或一岸具有较宽的台地或垭口的,首选明渠导流,其施工速度快,对建筑物的干扰小,且最为经济,此方法在中小河流治理工程中使用最广,也最实用,但因其涉及到征地问题,需要参建各方协调好与地方的关系。

2) 分期导流：对于河面较宽的河流,两岸地势高于河床,可采用左右岸分期围堰法施工。一期围堰围护一岸、利用束窄后的原河床泄流；二期围堰围护另一岸、利用已建部分的预留孔洞泄流。

3) 涵管导流：以郁南县磨面坑中小河流治理工程的新建水陂为例,该水陂拟建位置河道陕窄,两岸山体陡峭,无法进行明渠导流,若采用隧洞导流将大大增加临时施工导流费用。

该项目采用一期左岸横向围堰1次拦断河道上下游,通过预埋在右岸滩地的砼管进行导流,对左岸连接坝段和河床中部泄水段进行施工。二期填筑右岸滩地围堰、利用河床中部的陂头预留泄水孔进行导流,进行右岸坝段的施工。

需注意是,涵管导流仅适用于导流流量较小的河流,因涵管管径以及布置数量的限制,在山区河流中若暴发洪水,将难满足导流要求,届时将淹没基坑,对工程造成一定的危害及经济损失,需谨慎使用。

3.3 新建(加固)堤防填筑项目的施工导流方式

新建(加固)堤防填筑基本采用常规导流方式,即分期分段在河岸边布置纵向围堰挡水,利用束窄后的原河床导流,导流示意见图5。对于堤围内排水,大多利用新建或已有排水涵进行排泄,排水涵过流能力应满足设计要求。

图5 堤防填筑导流示意(单位：mm)

4 围堰设计

4.1 护岸固脚加固项目的施工围堰

考虑到山区中小河流治理工程导流建筑物的经济性和材料获取的便捷性,选择土石围堰。

对于河岸混凝土、浆砌石固脚项目等施工需临时围堰的河段,施工期水深较浅,可利用土方开挖料填筑形成纵向土围堰,围堰高度比枯水期水位高0.5～0.8 m即可满足施工,为节约投资,堰6顶宽取0.8～1 m,两侧边坡1∶1,如图6所示。

图6 护岸固脚围堰布置示意(单位：mm)

4.2 新建(重建)拦河(跨河)建筑物的施工围堰

新建(重建)拦河(跨河)建筑物无论是采用哪种方式导流,均需要修筑临时围堰,拦河(跨河)建筑物具有规模较小,工期短的特点,临时围堰的堰顶高程可按枯水期多年平均洪水位加上安全超高值考虑,为便于机械施工,采用土围堰,堰顶安全超高取值0.5～0.8 m,堰顶宽1.0～3.0 m,两侧边坡1∶1.5。

4.3 新建(加固)堤防填筑项目的施工围堰

按导流标准设计的围堰,均按不过水围堰设计。水深较深的河流,水上部分的施工应采用分层填筑碾压施工,水下部分宜采用石渣混合料填筑,以减少流失,增强围堰堰体的稳定性。石渣料可利用山区河流河床上的卵石料。郁南县南江大湾桥下游侧新建挡墙围堰即采用这种形式,使用效果较好。

不过水围堰堰顶高程不应低于设计洪水的静水位+波浪高度+堰顶安全超高值之和,安全超高值应不小于0.5 m。由于山区河流水文资料不齐全,对施工期洪水流量及水面线的推算精度较差,为安全起见,堰顶高程采用已计算出的设计洪水静水位+安全值 1 m(含波浪爬高)考虑。

土石围堰堰顶宽度至少要满足车辆上料运输及其它施工设备的要求,且不应小于3.5 m,堰体迎水侧采用编织土袋护坡,内压土工布,土工布的作用是防止河水将土料带走。围堰基础是否进行防渗处理,要区分对待,根据围堰所保护建筑物的工程量、施工工期、投资、施工期来水量以及基坑淹没后的损失进行综合评估。若为砂性土等透水性地基,覆盖层在1 m左右,则可对其进行换填粘土处理。若为覆盖层大于1 m、小于5 m的地基,可在围堰基坑内四周开挖排水沟,设置集水井,利用潜水泵将基坑渗水进行抽排。若为覆盖层大于5 m的地基,则应进行防渗处理,现阶段较为成熟的防渗措施主要有高压摆喷,其防渗效果较好,施工速度快,但造价稍高。

5 结论

1) 对于需提供干地施工条件的护岸段、拟建的拦河(跨河)建筑物建筑物,如主体工程防洪标准较低,根据实际情况其施工期洪水设防标准可低于5年一遇,按枯水期2年一遇考虑。新建(加固)堤防填筑项目的施工洪水按枯水期5年一遇考虑。

2) 对于拦河(跨河)建筑物的施工导流方式,宜优先考虑明渠导流,其次为分期导流、涵管导流,隧洞导流一般不作考虑。

3) 结合山区河道当地材料情况,堰型首选土石围堰,堰体防渗或导渗措施应根据地质情况及基坑重要性确定。

[1] 肖国哲. 中小型河流施工导流问题初探[J]. 山西水利，2002(1):41-42．

[2] 卢进和. 山区小型水利水电工程的施工导流设计浅析[J]. 水电站设计, 2007, 23(2):27-28．

[3] 魏才. 施工导流技术在水利工程中的应用[J]. 科技创新与应用, 2014(6):165．

(本文责任编辑 王瑞兰)

Construction Diversion Design of Small and Medium River Treatment Project in Guangdong Province

MAI Shufeng

(Guangdong Hydropower Planning & Design Institute，Guangzhou 510635，China)

Based on the data of 2015 “small and medium-sized rivers governance project in mountainous area of Guangdong Province”, combined with Guangdong Province small mountain rivers project characteristics and meteorological and hydrological and geological conditions, preliminary design and construction drawing design, engineering standard of construction diversion, river diversion section, diversion and cofferdam design are discussed and summarized, which can be provided as reference for the same type of small and medium rivers in design.

Flood standard； Construction diversion；Cofferdam design；anti-seepage measure

2016-05-10;

2016-06-14

麦树锋(1986),男,本科,工程师,从事水工设计、水工施工等工作。

TV511

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1008-0112(2016)05-0107-05