蜀山复线船闸施工导流设计中的几个关键问题

刘文化

（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230088）

1 工程概况

引江济淮蜀山泵站枢纽主要包括蜀山提水泵站、蜀山一线船闸及蜀山复线船闸等，蜀山一线船闸已于2019年1月开工，计划2022年12月竣工，蜀山复线船闸已与2020年12月开工建设，计划总工期54个月。复线船闸和一线船闸平行布置，中心线间距102 m，两者共用引航道和靠船墩，蜀山复线船闸为Ⅱ级船闸，闸室长280 m，口门宽34 m，门槛水深5.60 m。

蜀山泵站枢纽施工涉及到的河流为派河，蜀山提水泵站及一线船闸施工导流主要分两期，一期开挖导流明渠使派河在基坑范围外裁弯取直，上游来水通过裁弯取直后的派河老河道过流，二期利用蜀山泵站泄水闸过流，蜀山泵站土建工程基本完工后，泄水闸也具备过流条件时，派河上游来水汇入引江济淮主河道。

2 导流方案设计与分析

2.1 前期谋划

蜀山一线船闸设计时已考虑到复线船闸建设时的施工导流问题，并为复线船闸施工导流创造有利条件，即把部分属于复线船闸的上下游导航墙、护底、护坡等纳入到一线船闸建设内容中。复线船闸施工时，上、下游挡水围堰可结合已施工好的导航墙、护底及护坡布置，这极大减少了复线船闸施工导流的难度，减少临时工程投资。

2.2 导流标准及导流方式

蜀山复线船闸上闸首为1级建筑物，闸室及下闸首为2级建筑物，根据规范，此工程导流建筑物级别为4级，对于土石结构，导流洪水标准拟取10 年一遇，导流时段选择全年，导流设计流量246 m3/s，船闸上、下游10年一遇水位分别为23.07 m和10.70 m。根据蜀山一线船闸及复线船闸的施工进度安排，蜀山复线船闸施工导流分二期进行。

一期：2020 年12 月至主河道通水前（计划2022 年6 月通水），利用现状老派河和一线船闸的导流明渠，对局部段进行截弯取直，使派河上游来水不影响复线船闸正常施工，此时段内派河上游来水通过截弯取直后的派河河道下泄，复线船闸基坑上下游无水。

二期：主河道通水后至复线船闸竣工，派河汇入引江济淮主河道，上游来水通过完建的蜀山泵站枢纽泄水闸下泄，泄水闸向巢湖最大泄水规模360 m3/s，满足施工期导流要求，主河道通水前，需在复线船闸上游、下游分别填筑挡水围堰。

2.3 导流明渠设计及边坡保护

导流明渠截弯取直段长度约305 m，导流明渠参照上、下游衔接渠道设计，设计底宽15 m，设计纵坡0.30‰，进口底高程11.80 m，出口底高程11.70 m，开挖边坡1∶2，每隔5 ～6 m高度设2 m宽马道。按明渠均匀流复核过流能力，通过246 m3/s时，明渠内水深约6.10 m。

根据导流明渠处地质条件，明渠开挖底高程以上坡面分布有⑤层粉质黏土，层厚1.50 ～6.80 m，层底高程8.01 ～17.76 m，该层土具有弱膨胀性，浸水后体积膨胀，失水后体积收缩，现状一线船闸导流明渠边坡多处存在坍塌现象，拟对复线导流明渠开挖边坡19 m 高程以下铺复合土工膜防护，复线船闸导流明渠已运行约1年，边坡状况良好。

2.4 围堰布置及设计

引江济淮主河道通水后，复线船闸上游与瓦埠湖连通，复线船闸上游围堰不仅保护复线船闸基坑，同时和蜀山泵站枢纽上游防洪大堤一起承担上游的防洪要求，保护下游合肥市城区及附近城镇，上游防洪大堤防洪标准为100 一遇，上游围堰洪水标准应同蜀山泵站枢纽上游防洪大堤，船闸上游100年一遇水位为25.53 m，上游防洪大堤顶高程26.50 m，上游围堰设计顶高程同防洪大堤顶高程，最大堰高14.9 m。下游围堰洪水标准采用10年一遇，考虑安全加高和波浪爬高，下游围堰设计堰顶高程11.70 m，最大堰高11.70 m。

工程靠近引江济淮主河道开挖弃渣场，土料充足，上、下游围堰均采用均质土围堰型式，在主河道通水前填筑完成，上、下游围堰设计堰顶宽度均为8 m，为后期安全度汛提供加高空间，两侧边坡为1∶3，每5 ～6 m 左右设置2 m宽马道。上游围堰布置在上游引航道上，该段引航道底部不做硬化处理，围堰左侧与已施工的上游导航墙衔接，右侧填筑面为15 cm厚现浇混凝土护坡，上游围堰布置总长度约111.10 m，上游围堰布置见图1。下游围堰布置在下游引航道上，引航道底部为15 cm厚现浇混凝土护底，围堰左侧与已施工的下游导航墙衔接，右侧填筑面为15 cm厚现浇混凝土护坡，下游围堰布置总长度约89.40 m。

图1 上游挡水体系平面布置图

2.5 与基坑支护体系相结合

结合基坑支护措施形成上、下游挡水体系是此工程施工导流的另一个关键问题，蜀山复线船闸与一线船闸上、下闸首结构外缘最近距离43.10 m，复线船闸基坑最大开挖深度34.70 m，基坑开挖影响范围较大，上、下游挡水体系需结合基坑支护措施才能封闭。蜀山复线船闸上游主要采用双排桩+扶壁式挡墙支护型式，下游主要采用单排桩支护型式。拟结合支护体系，引江济淮主河道通水前使上游支护体系后放坡回填至23.50 m高程，并在23.50 m高程上填筑挡水土埂，挡水土埂顶高程同上游围堰，采用袋装土填筑，顶宽1 m，两侧边坡1∶1，迎水面铺设复合土工膜防渗，上游围堰、上游挡水子堤同一线船闸上闸首、左侧防洪大堤形成封闭的挡水体系，上游挡水土埂及支护体系布置及剖面见图1、图2。

图2 上游挡水土埂及支护体系剖面图

下游挡水体系设计较上游类似，拟结合单排桩支护，使主河道通水前下游支护体系后放坡回填至11.70 m或以上，下游围堰同一线船闸下闸首、左侧防洪大堤形成封闭的挡水体系。

2.6 围堰防渗措施及边坡防护

根据地勘报告，蜀山复线船闸处主要透水层为⑤2层中、细砂，该层层厚1.30 ～4.80 m，层底高程为5.47 ～9.94 m，主要分布在上游导航墙及上闸首段。此工程地下水类型主要为孔隙潜水，⑤2层为渗透系数i×10-4cm/s，其他土层渗透系数i×10-5～i×10-8cm/s。

上、下游围堰填筑土料选用黏粒含量为15%～30%、塑性指数为7 ～20的黏性土，围堰填筑压实度不小于0.95。上游围堰填筑面最低高程为11.60 m，下卧⑤2层，围堰设计挡水位较高，根据类似工程经验，堰基采用0.60 m厚C25混凝土截渗墙截渗，截渗墙深入相对不透水层不小于2 m，截渗墙上下游挖2 m深截渗槽，并返填黏性土压实，防止堰体与截渗墙接触处产生集中渗流通道。下游围堰填筑面最低高程为0 m，该高程以下均为⑨3层中等风化～新鲜粉砂岩层，该层较完整，渗透系数较小，无须采取截渗措施，加强施工期基坑降排水即可。

建立二维有限元模型，对上、下游围堰设计断面分别进行渗流分析，上游围堰由于混凝土截渗墙的布置，且堰基有⑤2层中、细砂层分布，浸润线较低，出逸点接近填筑面；下游围堰堰体渗透系数取1×10-5cm/s，堰基（⑨3层中等风化～新鲜粉砂岩层）渗透系数取5×10-6cm/s，两者渗透系数均不大，且堰基小于堰体，渗流计算水力坡降等值线见图3，结果显示，堰体内浸润线较高，出逸点水力坡降约0.30，出逸点高度约2.90 m。根据渗流计算结果，上游围堰背水坡底部设1 m高贴坡排水，下游围堰背水坡设3.5 m高贴坡排水，贴坡排水措施结构共三层，依次为20 cm厚块石层、10 cm厚瓜子片反滤层及土工布（400 g/m2）。

图3 上游围堰渗流计算水力坡降等值线图

另外，围堰背水坡贴坡排水以上均采用草皮护坡防护，围堰迎水坡为防止波浪淘刷和雨水冲刷，以及一线船闸运行期间可能产生的漩涡，围堰迎水面采用喷混凝土防护，喷5 cm 厚C20细石混凝土，喷混凝土面预留小孔洞，以适应水位变化。

3 堰体与导航墙墙面接触处理与施工

在以往的工程项目中，堰体与直立墙面接触，接触面渗流的问题有时发生，严重时造成围堰溃决，引起严重事故。工程中围堰出现危及基坑安全的接触面渗流问题时，经常采取的措施为在迎水面加宽围堰断面或者采用反复灌浆的方式等，接触面渗流后期修复增加了工程投资，且潜在风险难以从根本上解决。

工程上游围堰设计最大挡水高度为13.93 m，下游围堰设计最大挡水高度为10.70 m，挡水高度均较大，上游围堰不仅保护复线船闸基坑又承担蜀山泵站枢纽处防洪任务，不容有失，本工程为防止堰体与直立墙面之间产生接触面渗流问题，提出一种新方法，即围堰堰体与导航墙墙面之间采用复合土工膜（两布一膜，800 g/m2）衔接，复合土工膜一端与导航墙墙面采用工程胶粘结，粘结长度1 m，另一端伸入堰体内3 m，上、下游围堰与导航墙墙面接触处理见图4。

图4 上、下游围堰与导航墙墙面接触处理详图

接触面采用的工程胶既要满足粘结度要求，又要满足所处环境的耐久性要求。伸入堰体内复合土工膜应呈波浪形埋设，不得绷紧，尤其是与墙衔接处的复合土工膜，应为堰体和墙体不协同变形预留充足空间，防止复合土工膜被撕扯破坏。

上、下游围堰堰体与护底、护坡接触面，在堰体填筑前，与护底、护坡接触面均刷黏土浆处理，并及时覆土填筑。堰体与直立墙面接触范围内的土体均采用小型压实机械压实，压实应均匀。

4 结语

水闸、泵站等水工建筑物建设，经常需要破堤防施工，外河侧围堰洪水标准确定时，既要满足施工导流设计要求，又要满足该处堤防相应施工时段的防洪要求。在现有建筑物附近新建其他建筑物，施工导流及基坑支护等临时措施工程投资占比往往较高，而前期主体结构设计时容易忽视施工导流、基坑支护等临时措施的重要性，给后期可预见的工程项目造成施工困难。工程临时挡水建筑物洪水标准的确定以及水工结构设计的前瞻性规划思路可为同类项目提供参考。最后，工程采用的“复合土工膜”方案，为防止堰体与直立墙面接触渗流提供了一种新思路。