顾永明

（江苏省水利建设工程有限公司 扬州 225002）

1 引言

河道截流是水利水电工程施工导流项目的主要分部之一，也是工程施工关键线路中的控制性项目。因在截流施工过程中存在多种不确定因素和随机因素，截流施工过程本身存在着很强的风险性。在沿海潮汐河道中实施截流施工，受海水涨落潮的影响，在河道内定时形成正反向水流冲刷河床，因此进行截流施工的难度更大。本文结合新沭河治理三洋港枢纽中泓封堵施工实例，研究了沿海潮汐涨落条件下截流的水力学特性，提出了截流施工优化方案，并对各阶段的施工要点作了深入的探讨分析。

2 工程概述

2.1 工程简介

新沭河治理三洋港挡潮闸枢纽是治淮19项骨干工程之一，位于新沭河临海口，由33孔总净宽495m的挡潮闸、3孔总净宽18m的排水闸及上、下游引河扩挖工程组成。工程主体分三期完成，施工安排在每年的非汛期进行，汛期正常行洪，需要导流的时间为每年的10月至次年的5月。根据主体工程布置及现场地形条件，新沭河中泓左岸工程施工期间，在建筑物周围筑围堰挡水，利用新沭河中泓导流，在新沭河中泓截流前完成建筑物水下工程施工，且挖通三洋港闸右半幅引河，具备通水条件，至汛前拆除围堰；右岸公路路基施工期间，在其上、下游筑围堰截断新沭河中泓，保护其干地施工，利用已挖通的三洋港闸右半幅引河导流。

2.2 截流河道水流概况

3 截流坝坝址选择

截流坝坝址选择考虑的因素：（1）河道两侧地块开阔、平坦，有足够的场地堆放填筑料；（2）有已成型施工道路与外界相通；（3）截流时水流的冲刷对建筑物的安全运行影响最小；（4）结合后续施工要求。经综合考虑、论证，新沭河中泓封堵截流坝坝址选择布置于桩号为11+990（左岸）～12+123m（右岸）位置。

4 截流坝断面设计

截流坝断面结构设计如图1、图2所示。采用进占法水中抛填块石筑成块石坝，两岸第一阶段块石坝填筑结束后，即开始在石坝的两侧坡面采用两布一膜覆盖，结合两侧填土保护中泓两侧边坡。截流成功后在截流石坝的下游侧填筑成后戗台以防渗流。截流石坝总长约180m。

5 截流施工

5.1 施工准备

图1 非龙口段截流坝断面示意图

图2 龙口段截流坝断面示意图

测量放样：按照设计要求确定截流坝的位置，进行现场放样。

施工便道：在中泓的左、右岸分别修筑至截流坝的施工便道。左岸便道为块石便道，但由于便道紧邻排水闸下游护坡，安排载重30t以内的汽车运输。右侧施工便道采用厚度为1.0 m的灰土路基，上铺50cm厚土夹石，宽度约为8m，能确保重载块石运输车辆的畅通、安全运行。

材料准备：直接从矿山供应块石到填筑点，两布一膜约12000m2，编织袋5000只，土工格栅8000m2，包括铁丝等材料施工前组织进场。

块石备料场：在截流坝左右两河岸设置块石储料场，储备充足的合龙备用石料。

施工机械准备：800t块石运输平仓船2艘（自带挖掘机），水上交通艇1艘，30～50t汽车24辆，180推土机2台，20t吊车2辆。

5.2 截流水力学计算

针对该工程实际情况，运用数模计算，假定截流时新建挡潮闸闸门按三种状态考虑截流方案。方案一：闸门全开导流、分流；方案二：闸门全关；方案三：涨潮时关闭闸门，落潮时开启闸门。

上边界：封闭；下边界：2010年9月28日实测潮型过程线；龙口简化：宽顶堰，底高程-2.0m，边坡1∶1.6，顶高程2.5m；导流明渠：底宽300m，上游底高程-2.0m，下游底高程-1.0m，边坡1∶8。

通过计算，涨潮时关闭闸门并不能挡住潮水，反而使龙口流速大大增加，落潮时打开闸门可使龙口流速大大降低。因此龙口合龙施工时拟采用方案一，即打开所有闸门，尽量降低龙口最大流速。

此工况下，龙口出现的可能最大平均涨潮流速为4.17m/s，可能最大平均落潮流速为3.77m/s，此时龙口宽度为38m。根据经验，堤头最大流速为断面平均流速的1.3倍，即可能达到5.42m/s。

龙口宽度与最大涨落潮流速、水位落差关系见表1。

表1 龙口宽度与最大涨落潮流速、水位落差关系表

5.3 中泓截流封堵块石料的选用

结合该工程上下游出船通道缺口封堵的施工经历，根据伊兹巴什公式：

式中：V—块石的极限抗冲流速，m/s；

Ke—稳定系数，当垫层块石小于抛填块石时取0.9；

D—块石直径，m；

γm—块石容重，取2.65t/m3；

γ—水容重，取1.03t/m3；

g—重力加速度，取9.8m/s2。

可计算出各种流速下对应的块石直径、重量见表2。

表2 块石选用分类表

块石进场时，所进块石粒径根据不同施工时段的流速不小于表2所要求的单块重量（或粒径），尽量减少冲失量。填筑时尽量将大块石抛填至边坡侧，粒径相对较小的抛填于中间。

5.4 截流施工流程

因中泓左侧便道临近排水通道的护坡，为防止块石运输车辆通行影响护坡稳定，运输车辆限载30t；30t以上的重型车辆主要从中泓右侧陆路进场。截流坝施工流程见图3。

截流坝填筑总计需用块石约77000m3（块石冲失系数约为1.2），分3个阶段施工。

（1）第一阶段。需用块石59800m3，其中陆上约24800m3，水上约35000m3。首先河底坡脚位置平抛，块石由陆路运至码头后，用汽车将块石转至800t的平仓船上，运输船到达指定位置后，用平仓船上的挖掘机抛填至坡脚。坡脚护好后，用同样的方法抛填中泓河道中间部分，水上抛填平铺河底至-2.0m，非龙口位置顺水流向长约86.4m，龙口位置顺水流向长90.6m，总宽度约180m，同时左右两侧从陆路同步抛石防护岸坡。中间段22.4m长位置填至-4.0m。

图3 截流坝施工流程图

（2）第二阶段。需用块石约12900m3，其中陆上约7000m3，水上约5900m3。块石由水上、左岸、右岸三个方向同时抛填。由陆路运输的块石，部分从左右两岸进行立堵，至顶高程2.5m；在高潮位时，部分块石由水上船抛填龙口两侧的中间段，至顶高程2.5m（龙口位置除外）。抛填至龙口段时，全部抛填大块石护面，左右两侧第二阶段的石坝填筑长度均约为53m。

（3）第三阶段（即合龙阶段）。需用块石4300m3。块石由陆路从左岸、右岸两个方向同时进行，龙口位置尽量布置在河道中间。

各阶段需用块石量见表3。

因中泓为潮汐河道，为防止涨、落潮水流对抛填堤头的冲刷，非合龙阶段在填筑时大块石填于坝上、下游迎水侧形成防冲矶头，中小块石与石渣料填于坝心位置。坝头抛填视稳定情况，采用汽车直接抛填，或采用坝头集料，用山推赶料抛填。中间段由平仓船抛填。非合龙段块石约72700m3，因受道路及场地的限制，可运输时间按80%计，则非合龙阶段的块石日均填筑（运输）量约为1560m3。用30t和50t汽车运输（车辆数约为1∶1），需约60车次，每车运3趟所配车辆满足要求。

通过计算，龙口宽度在40～30m阶段是最危险的阶段，最大流速都在4.15m/s左右。根据实测资料，涨潮速度快落潮慢，计划高潮位时开始龙口封堵，一个涨落潮周期即约13小时内完成龙口封堵。左右两岸同时进占，龙口封堵总量约4300m3，每侧抛填总量约2150m3，每侧的抛填强度约为165m3/h，每侧安排7辆（2辆备用）30t卡车，每小时每车抛填31m3，即抛填强度约为1车/30min。能够满足要求。龙口封堵前在堰顶、备料场储备约3000m3大块石，另准备5m3的块石铁丝笼400个。

土质后戗台布置于石坝的下游侧，后戗台土方填筑紧随土石坝合龙后进行。填土采用进占法，从左右两侧积土区取土，向河道中间推进。土堰顶宽14m，填土坡比约1∶10，

表3 各阶段块石用量表（单位：m3）

为防止龙口一次合龙不成功，龙口段两侧及上下游护底在龙口施工前先采用大块石护面，以防冲失。

根据工程水文资料，春季施工可能遭遇上游洪水。为此采取以下措施以应对可能的洪水：

（1）块石坝填筑时，尽量将大块石抛填至边坡侧，并且上游侧的块石粒径相对更大些，粒径相对较小的抛填于中间。

（2）挡潮闸上下游导流宽度尽量挖宽，以尽量增加通过挡潮闸的流量，减少通过中泓的流量，降低流速。

（3）左岸坡顶和坡底打设8～10m长木桩，防止抛石时滑坡而对排水闸带来安全隐患。抛石前在河底铺一层强度为120×120kN的土工格栅，以提高块石坝的稳定，降低下沉量，减少抛石量，尽可能地加快施工进度。

5.5 施工导流

三洋港枢纽主体工程在非汛期施工，中泓截流安排在汛后实施，避免影响汛期行洪。由于种种原因，截流在4～6月份实施，带来了较大的度汛风险，中泓截流只能一次成功。一旦发生反复，不仅会造成严重冲刷现象，更会影响到汛期的行洪安全。

根据进度计划安排，4月底前截流坝填至 -4.0m，5月10日完成2.0m以下块石填筑。水力数学模型计算，在现有状况下挡潮闸闸门一直打开对截流坝施工有利。填筑4.0m以下块石时的最大流速均小于2.3m/s，填筑4.0～-2.0m时的可能最大流速均达4.02m/s以上，因此填筑-4.0m以上块石时挡潮闸侧应开始导流，以尽量降低流速，减少块石冲失。

5.6 截流时机的选择

根据观测，每个月的农历初三～初五、十五～十八为高潮位，因此龙口的突击封堵时间需避开此时间段，需合理选择龙口封堵时间。

6 结语

中泓封堵时因上下游引河施工进度慢，新建挡潮闸未能开启分流，只能在老泓道强行封堵。配备块石运输船只3艘，龙口两侧各配备挖掘机1台、推土机1台、30t运输汽车20辆4.0～-2.0m之间填筑时时值高潮位，龙口宽度在80～90m，龙口水流流速最大约为4～5m/s，石坝内外侧最大水头差约2～3m。最后合龙时龙口宽度约40m，时值低潮位，龙口的内外水头差约2m，龙口最大流速约为2～3m/s，龙口位置每天的抛填量约3000t，2天时间合龙，块石的实际用量约为理论值的1.2～1.3倍。整个填筑工期约40天。

在该工程实践中，把握住了充分利用潮位、土石方填筑速度迅捷、填料级配合理三个关键因素，确保了在沿海潮汐涨落条件下一次性截流合龙，为以后类似工程提供了成功的借鉴案例