番禺區前鋒水閘重建工程導流圍堰技術分析

楊澤彬

（廣州市水務科學研究院有限公司，廣東 廣州 510220）

1 工程概況

1.1 工程組成和規模

前鋒水閘位于廣州市番禺區石基鎮內，主要由水閘和泵站兩部分組成，主要建筑物級別為1級，次要建筑物級別為3級，臨時性建筑物為4級。工程設計防洪標準為200 a一遇，排澇標準為20 a一遇。水閘閘門寬度為16 m，2孔，單孔流道寬度為8 m，過閘流量上限為44 m3/s；閘室段長度為17.20 m，寬度為19.20 m。泵站由平面滑動鋼閘門和螺桿式啟閉機構成，泵型設計為半調節軸流泵，4 臺，設計流量為14 m3/s，單泵流量為3.5 m3/s；設置4 孔，單孔流道寬度為3.60 m；泵站段長度為17.20 m，寬度為20.00 m。交通橋位于外江側消力池上部；消力池長8.30 m，深0.5 m；外江側海漫段長11.50 m，拋石槽段長6.60 m；內涌側海漫及拋石槽段長均為6.50 m，兩側拋石防沖槽深1.2 m。

1.2 工程地質條件

通過對工程地質進行勘察以及土工試驗，勘探出前鋒水閘地層巖性由淤泥質黏土、砂壤土以及少量粉質黏土和粉細砂構成。經過對地表的勘察，得知水閘地下水位埋深可達3.2 m，實際水位會受降水和支流水位的影響，約為0.5 m[1]。工程建設區域內水質主要受工業、生活污水影響，但對混凝土不具有腐蝕性[2]。

1.3 區域水文氣象條件

工程所在區域附近氣象站提供資料顯示，該區年平均氣溫為21.9 ℃，年最高氣溫為37.5 ℃，年最低氣溫為-0.4 ℃。根據當地洪水資料特性分析可知，每年汛期時間集中于4—8 月，前汛期出現時間為4—6 月，該時段以鋒面雨為主，通常降雨區域較為集中且強度大；后汛期出現時間為7—8 月，該時段以臺風雨為主，降雨量大、涉及范圍廣、分布較為均勻。番禺區洪水主要來源于西江、北江和流溪河三地，所以流域特征明顯，加上汛期伶仃洋的潮汐作用，造成水流流態混雜。

2 導流設計標準和方案

2.1 設計標準

導流主要建筑物連接內涌和外江，在常規情況下，其橫向和縱向鋼板樁圍堰的設計標準為10 a 一遇洪水，以應對最高潮水位3.26 m。若遇極端降雨或罕見洪水，則導流設計洪量和流量會顯著增加。如針對20 a 一遇洪水，預計導流洪量和流量上限分別達到40.56 萬m3和2 064 m3/s；50 a 一遇洪水，預計導流洪量和流量上限分別達到47.32萬m3和2 408 m3/s。

2.2 設計方案

基于工程所在區域的洪潮水文資料和自身的特殊性質，參考類似工程的設計做法和經驗，本項目采用了多種導流方案，以適應不同建筑物和流量條件[3]。設計導流建筑物時，特別考慮了內涌和外江的獨特需求。同時，在汛期進行工程施工中，采取一次性斷流和圍堰擋水的措施，并新建了臨時箱涵，接駁原泵站排澇出口，以實現在不同條件下的有效導流。導流建筑物主要包括圍堰、鋼板樁、隔堤和臨時涵箱。首先，為了形成圍堰，根據設計要求打設鋼板樁；在鋼板樁施工完成后開始隔堤施工，或與其同步進行；導流箱涵設計成凈寬為10 m 的四口箱涵，采用C25 混凝土澆筑，在圍堰建到一定高度后開始施工，以便在施工期間維持水流。外江導流時，西側采用雙排長18 m 的SP-Ⅳ鋼板樁進行支撐[4]，并在內側鋪設土工膜及填砂，加上鋼管焊接支撐，以增強其穩定性；東側采用單排同樣長度的鋼板樁，輔以鋼圍檁支撐。內涌導流時，采用隔堤，隔堤頂高程設計為1.80 m，軸線長度80 m，使用土工膜袋充砂結構，同時在河床底部鋪設寬5 m 的松木樁，以提高其抗滑穩定性。

3 圍堰設計、施工、拆除和防滲

3.1 設計

3.1.1 外江圍堰設計

外江圍堰采用土工膜袋充砂結構型式，堰基鋪設一層高強土工格柵。外江圍堰設計標準為10 a一遇，水位上限可達2.26 m，從安全角度考慮，超高設計0.5 m、波浪爬高0.5 m，圍堰頂部高程設計為3.46 m。由于圍堰不負責兩岸交通任務，因此圍堰頂部寬度為3.0 m，軸線長度為137.80 m?；诨娱_挖工程考慮，在距離基坑較近的內涌側設置1 排長24 m 拉森SP-Ⅳ鋼板樁，以確保工程的抗滑穩定性，并在圍堰迎水面鋪設土工膜和厚50 cm 砂袋，沿河床底部淤泥邊緣鋪寬5 m；拋石護腳頂寬8 m，放坡1∶2.5。圍堰施工分段進行，在靠近導流側預留6 m 的應急搶險段，在汛期洪水超標及城市內澇時導流滿足不了泄洪要求或接到上級部門指示的情況下，可以通過扒開該部分圍堰進行泄洪。

3.1.2 內涌圍堰設計

內涌圍堰采用土工膜袋充砂結構型式，堰基鋪設一層高強土工格柵。圍堰頂部寬度設計為3.0 m，水位上限為0.75 m，從安全角度考慮，超高設計0.8 m，圍堰頂部高程設計為1.55 m，軸線長度為39.10 m。在圍堰迎水面鋪設土工膜和厚50 cm 砂袋，并在河床底部順淤泥邊緣鋪寬5 m；為保證隔堤具有良好的抗滑穩定性能，在內涌側安置6 m 松木樁進行處理，內涌隔堤導流如圖1 所示。內涌圍堰施工分段進行，在圍堰西側預留6 m 的應急搶險段，在汛期洪水超標及城市內澇時導流滿足不了泄洪要求或接到上級部門指示的情況下，可以通過扒開該部分圍堰進行排水泄洪[5]。

圖1 內涌隔堤導流示意

3.2 施工

（1）清理雜物。在圍堰施工前，做好工程測量工作，設置科學的平面控制點與導標；在圍堰填筑前，使用挖掘機等器械清理施工區域的亂石雜物，保障河床工作環境。

（2）圍堰基礎采用回填塊石、粗砂沖實及高強土工格柵鋪設，再進行圍堰護腳處理及打鋼板樁。

3.3 拆除

3.3.1 拆除條件

內、外江圍堰的拆除條件為主體工程水下設備和金屬結構安裝完畢、工程水下部分通過驗收，具體條件根據實際情況及業主、運營單位的要求確定。

3.3.2 拆除過程

當水閘施工完畢達到通水條件后，須對圍堰進行拆除，恢復原狀。由于水閘外江圍堰斷面較大，為使依次拆除后殘留斷面能繼續擋水和維持穩定，先拔除鋼板樁，從圍堰的背水坡開始先打開一個缺口，引水進閘，待水位與外江平衡時，分層進行拆除。首先利用水上挖掘機等挖掘設備進行拆卸，再通過汽車或運輸船送到指定棄渣場。拋石體從中部開始用長臂挖掘機邊挖邊退，直至岸坡完成清理，將清理出的泥沙石運至備用場地，備用場地清除泥沙后可重復利用。

3.4 防滲

針對圍堰的防滲處理，采用了特制的防滲材料和技術，以確保整個圍堰的防滲性能。圍堰防滲方案的選擇基于巖土工程原理和實地地質調查，確保了防滲措施的有效性和可靠性。

整個圍堰采用土工膜袋充砂結構型式，西側與支護鋼板相銜接，鋼板樁有凹槽位，鋼板樁施工后會出現微小位移現象，從而導致膜袋砂與鋼板樁銜接處出現縫隙，達不到完全止水目的。根據場地實際情況，圍堰防滲處理步驟為：①圍堰膜袋砂與鋼板樁銜接處，在吹填砂前，預留約500 mm長土工膜袋，當鋼板樁出現位移時，膜袋砂跟隨鋼板樁位移而自動擴充填實。②鋼板樁凹槽位置及鋼板樁位移位置，采用膏狀漿液灌漿處理。③因漏水縫隙有流水，需要急速凝膠止水。配制水玻璃雙液，具體方法是先取得濃度為35或40 Bé的水玻璃，然后按照1∶1的比例將水與水泥混合，制成水泥漿，再按照1∶0.3的體積比配制水泥漿與水玻璃混合液，即可進行現場試驗。從地質勘探資料可知，江底淤泥較深（＞8 m），需作堰體基礎處理。將塊石用船運至指定位置，拋填于已開挖好的圍堰基礎處，厚度約2 m，平整完成后用粗砂沖實，再鋪設高強土工格柵和土工布，搭接長度≥30 cm。④圍堰堤身用土工膜袋充砂分層填筑，土工膜袋選用高強度聚丙烯編織布（防老化型）。圍堰填筑時，應實時關注位移和變形情況。當膜袋砂表面垂直方向沉降大于10 mm/d 或水平方向位移大于5 mm/d 時，應暫停填筑，當垂直方向沉降和水平方向位移速率穩定后再進行施工[6]。填過2層膜袋砂后，需停止施工1～2 d，在膜袋砂沉降無顯著變化后再繼續充填。⑤為保證圍堰穩定性，在圍堰主體填筑到水面高度開始進行拋石施工，拋石施工完畢后停止施工5～7 d，等膜袋砂及拋石整體沉降穩定后再往上充填膜袋砂。⑥為保證隔堤具有良好的抗滑穩定性，在內涌側安置1 排拉森SP-Ⅳ鋼板樁，并利用拋石擠淤方法使圍堰外側基底達到一定高程，再鋪設雙向土工格柵。

4 圍堰施工監測

4.1 監測點位布設

導流圍堰施工監測的首要任務是設置監測點位，主要包括以下4 個方面：①平面控制網點布設。應設置于基坑影響范圍外的建筑物，在各個施工段均設置3個網點，并在網點下方埋設反射棱鏡。②水準基點布設。應選擇在基坑影響范圍外的建筑物首層，該建筑物必須是樁基礎且滿足已建多年的要求，以保證沉降基本穩定。在各個施工段均設置3個高程網點。③沉降觀測點設置。在混凝土失去塑性前埋入Φ18 鋼筋，在鋼筋裸露部位焊接鋼板，再在鋼板上固定反射片。鋼筋頂部突出的部位，經磨光后可作為沉降觀測點。④水下監測點設置。分別于內涌、外江和基坑各設置2個監測點，其中內涌和外江監測點布設后，基于點位安裝水文尺?；颖O測點位需要鉆孔，孔深為15 m，內直徑為110 mm，然后向孔內插入PVC 過濾管，進行填礫及洗井，方能測得孔內水位。

4.2 監測注意事項

4.2.1 測量精度指標與設備選擇

結合國家相關規范及本工程特點，建筑物觀測規范的三級標準符合本工程需求，可用來規范本工程監測精度指標，其中沉降觀測點坐標誤差為±1.5 mm、位移觀測點坐標誤差為±10 mm。在測量儀器選擇上，選用精密自動安平水準儀觀察沉降情況，可配合測微器及精密鋁合金水準尺進行觀測，測量精度為0.7 mm；選用CTS-632R4 全站儀進行位移觀測，測距精度可達2 mm+2 ppm×D，測角精度為2.0″。為保證觀測數據的可靠性，監測所用設備均應定期進行校準核驗。

4.2.2 監測頻率確定

在導流圍堰項目啟動前，應測定穩定初始值，并應不少于2 組；當遭遇暴雨、結構變形、危險事故等重大變化時，應當加密連續監測[7]。一般情況下，埋設初期0～7 d，每天監測1 次；7～30 d，每2 d 監測1 次；1～3 個月，每周監測1～2 次；3 個月以后每月監測1～2 次，直至變形趨于平衡，達到最大收斂值為止。監測主要以儀器測量為主，日常巡視為輔。每次監測前，應對控制點位進行反復校核，若有位移情況，應及時進行糾正，保證儀器測量準確度[8]。

4.3 監測信息化處理

施工監測的目的是通過數據信息，掌握和應對可能出現的險情，以便及時反饋到決策層，制定解決方案，完善處理方法，從而保障施工安全[9]，因此信息的傳遞必須準確快速。本工程采用了先進的監測設備，委派經驗豐富的專業人員進行現場測量工作，并將測量數據及時輸入計算機進行后期處理。由于本工程規模較大、監測周期長，為此，組建了專業測量小組，并配有高性能的監測設備和通信網絡。按照工程設計要求和相關規范標準，明確相應報警值界限詳見表1。

表1 報警值界限mm

測量結束后，將實際測量值與允許值進行對比，從而預測變形發展動態趨勢。當發現數值差異較大，則應及時向有關部門提交報表，匯報情況；若測量結果無異常，則需在監測結束后向上級遞交完整的觀測報告，從而實現信息化施工的目的。

5 結語

番禺區前鋒水閘重建工程導流圍堰施工綜合考慮了工程地質、水文情況，采用鋼板樁導流方法，在圍堰施工中采用土工膜袋充砂結構型式，同時依據場地實際情況，進行圍堰防滲處理及施工安全信息化監測。經過現場驗證，本工程在導流圍堰施工進度、成本控制、施工質量方面都取得了較好的效果。在建設期間，由于受到導流流量大、人力資源有限等條件的制約，造成工期滯后，因此，建議在今后導流圍堰設計與施工中，合理安排施工計劃，以保障水利水電工程的施工效率和質量安全。