汾河太原段治理三期工程施工方案设计

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摘要：启动实施汾河太原段综合治理三期工程是山西省为改善太原市生态环境的重要举措，文中就该工程的施工难点和重点进行了分析，提出了相应的施工方案设计，对工程的实施起到了一定的指导和借鉴作用。

关键词：施工导流；防渗；土方平衡

1汾河太原段综合治理三期工程建设概况

汾河为黄河的一级支流，是山西省境内的第一条大河，全长约710km，流经太原市区段汾河长度近40km。1998年以来，为改善城市环境，太原市政府对主城区段总长约20km的汾河河道分两期进行了综合治理。2010年为进一步改善太原市生态环境，提升城市品味，创建宜居城市，启动实施了汾河太原段综合治理三期工程。汾河太原段综合治理三期工程处于汾河中游太原市区段，北起二期工程治理段末端（祥云桥南500m处），南至晋祠迎宾路南2km处，长度12.0km，呈南北向展布。本项目的主要建设内容包括以下几部分：1）堤防工程：包括移堤和现有堤防加固两部分。河道移堤总长度14.1km，其中桩号0+000~10+400西大堤西移，长度10.4km，桩号8+300~12+000东大堤东移，长度3.7km，；移堤后河道拓宽至430~450m。剩余的现有堤防进行加固处理，长度约10.3km。2）蓄水池工程：治理段共设有1号、2号两座壅水闸坝，分别布置于桩号7+400和桩号11+800的主槽内，形成2座蓄水池，池长分别为7.4km和4.4km，总蓄水量1450万m3，蓄水面积440万m2。两座壅水闸坝均由三部分组成：即位于中部的壅水闸和两侧的液压坝。其中，壅水闸布置在中间约100m宽的排沙行洪槽范围内，闸坝上游侧设工作桥，兼做蓄水池两岸人行交通桥。通航建筑物均布置在壅水闸的中间，共2座，可利用现有主槽作为主航道，满足三期工程治理段至汾河二坝河道的水上通航。三期工程航线全长11.8km，通航建筑物采用单线单级船闸。3）排污暗涵工程：排污暗涵的作用是截断两岸边山支沟降雨初期水质较差的小流量洪水，以减少对汾河蓄水池水体污染的几率。暗涵最大设计流量25m3/s，支沟汇入前暗涵净尺寸为3m×3.5m（宽×高），支沟汇入后的暗涵净尺寸为4m×3.5m（宽×高）。本期治理段暗涵起点与二期工程东西暗涵相接，向下游延伸至治理段末端，设计总长度为24km（东西暗涵各12km）。4）防渗墙工程：根据地质勘查资料分析，蓄水池若不做防渗处理，年补水费用将增加4440～5400万元，同时蓄水池渗漏将使两岸的地下水位抬高，可能会对两岸形成一定的浸没影响，所以，对蓄水池进行防渗处理是十分必要的。经比较确定采用垂直防渗方案，蓄水池东西两岸纵向采用防渗墙和暗涵组合的型式，在平面上防渗墙与暗涵错开布置，防渗墙设置在暗涵的临水侧，暗涵与防渗墙之间水平铺设厚1m的黏土层连接，形成防渗墙—暗涵防渗体系，东西两岸纵向垂直防渗墙各12km。两座壅水闸坝底板段前端垂直河道设有一道垂直防渗墙并与蓄水池两侧纵向防渗墙“T”接。

2施工重点及难点分析

本工程为河道疏浚蓄水美化工程，其中施工导流、垂直防渗工程以及土方工程是工程施工组织设计的重点及难点。1）工程全部位于汾河河道内，建筑物施工必须进行施工导流，由于工程施工线路较长，导致导流工程量大，同时主体工程所处河道地下水埋深较浅，河堤、暗涵以及蓄水建筑物基础施工是均需要进行降排水，因此，选择合理的施工导流及施工降排水方案，是加快施工进度、确保工程施工安全的重要环节。2）防渗工程主要包括水泥土地连墙和高喷防渗墙，水泥土地连墙总防渗面积为32.61万m2，高喷防渗墙进尺1.06万m，施工线路长，是控制工程质量和施工进度的关键项目，确定合理的防渗墙施工方案是是施工组织设计的重点。3）本工程土方开挖量为681万m3，回填量为587万m3，工程量大，投资约1亿元，占建筑工程费用的1/7。为了控制和降低工程造价，减少土方的二次倒运，加快施工进度，进行合理的土方平衡是十分必要的。

3施工导流

3.1导流标准

本工程蓄水工程的等别为Ⅲ等，相应壅水坝及岸墙按3级建筑物设计；船闸的工程等级为Ⅶ级，相应永久性主要建筑物级别为4级，次要建筑物按5级建筑物设计，根据《水利水电工程施工组织设计规范》（SL303-2004）的规定，导流建筑物级别为5级。本工程采用汛期与非汛期相结合的导流方式，导流建筑设计洪水标准为5年一遇，主河道洪水流量汛期为1250m3/s，非汛期为167m3/s；风峪河非汛期为0.98m3/s。

3.2导流方式

3.2.1堤防工程

堤防施工导流方式为围堰围护，原河道泄流。1）原大堤加固段导流：现状大堤可利用长度为10.3km（东岸2.7km，西岸7.6km），需进行加固处理，该施工段利用汛期施工，将原大堤填筑至设计高程。依据5年一遇汛期洪水流量，经计算河道水深为3.5m，低于现状堤顶高程，故加高堤防施工时利用原大堤挡水，原河床泄洪。原大堤迎水面防护施工时采用非汛期围堰，依据5年一遇非汛期洪水流量，非汛期围堰时水深为1.1m，围堰设计高度为1.6m。2）改线堤段导流：大堤改线段采用非汛期施工。依据5年一遇非汛期洪水流量，非汛期围堰时水深为1.1m，围堰设计高度为1.6m。

3.2.2其他建筑物

壅水闸坝施工采用分期导流，非汛期围堰。一期围护右岸，围堰高1.7m，原河道泄流；二期围护左岸，围堰高2.0m，利用建成的液压闸坝段泄流。考虑汾河二期工程暗涵下泄雨污水的导流，根据实际情况，在治理段首端-南环高速段河道中间开挖一条10m宽的导流渠，深1.0m，将上游暗涵下泄水导入南环高速桥下游现有小主槽内。

3.3基坑排水

施工期间在基坑内沿基坑轮廓线布置排水沟，水经排水沟汇入集水井，在井边设置水泵站，将水从集水井中抽排。东西暗涵基础强夯施工采用管井降水。根据汾河二期工程实际施工排水估算本工程为912600台时。

4防渗工程施工

4.1防渗工程布置

根据地质情况，蓄水池存在渗漏和两岸浸没等问题，需采取防渗措施。经比较确定本工程采用垂直防渗方案，防渗墙采用水泥土地连墙和高喷防渗墙，蓄水池闸坝下及跨越南环高速路桥、小店桥和风峪河口等地段时，防渗墙采用高压喷射注浆法，其余地段采用多轴搅拌水泥土地连墙防渗墙。两岸纵向防渗墙平行于两岸暗涵布置，总长度约24km，是防渗工程的重点。防渗墙采用与岸墙错开布置的方式（见图1，该图为东岸布置方案，西岸相同），即防渗墙平行布置于岸墙和暗涵之间的一级平台上，与暗涵组成防渗体系，即通过填筑在暗涵内侧齿墙上的宽9.2m、厚1m的黏土层将防渗墙和暗涵连接，形成防渗墙—黏土—暗涵防渗体系。防渗墙距岸墙控制线7.2m，待岸墙、暗涵及其内侧的黏土层、墙后填土施工完成后再行防渗墙的施工。防渗墙底高程伸至隔水层内0.5m，防渗墙顶至水平黏土层顶面。

4.2水泥土地连墙施工

水泥土地下连续防渗墙墙体固化材料采用普通硅酸盐水泥，成墙厚度不小于20cm。渗透系数不大于10-6cm/s，桩间搭接长度按15cm控制，钻具垂直精度不小于1/200。成墙后要求墙体完整连续，满足防渗要求，允许比降不小于50。防渗墙施工工序为：起重机悬吊多头搅拌机定位下沉，启动带有搅拌头的搅拌机，沿导向架搅拌下沉；搅拌机下沉至设计深度后，提升20cm，开启灰浆泵从搅拌机中心管下端管口压开单向球阀，将水泥浆压入土中，边喷浆边旋转边提升；重复搅拌下沉，使软土和水泥浆搅拌均匀，重复搅拌提升。

4.3高喷防渗墙施工

高压喷射注浆成墙采用摆喷法，摆角15°，孔距0.6m，要求成墙厚度不小于15cm。防渗墙施工前应进行高喷试验，以选定合理的施工参数。防渗墙施工工序：测量放线→钻进→成孔检查→下入三重管→高压灌浆→封孔。为保证高喷防渗墙的搭接厚度，高喷防渗墙钻孔施工时应严格控制孔斜率，孔斜率应按不同孔深控制，孔深小于10m时，孔斜率不大于2%，孔深小于20m大于10m时，孔斜率不大于1%，孔深大于20m时，孔斜率不大于0.8%。

5土方平衡

本工程土方开挖回填量大，投资约1亿元左右，约占建筑工程费用的15%。制定合理的土方平衡规划，对于降低工程造价，加快施工进度，具有积极的作用。土方平衡规划原则一般为：1）优先考虑就近利用，减少土方倒运运距。2）合理确定工程区不同区域的施工顺序，减少可利用开挖料的堆存场地，提高开挖料一次利用率，较少二次倒运量。3）严格控制不可用料开挖、清除，保证可用开挖料的质量。4）利用料堆放场的设置应布置合理，应考虑进出场、运距等方面的因素。在充分分析挖填工程的施工进度、土方挖填的数量以及挖填运距等相关因素的基础上，进行土方平衡计算。按照施工分区布置，将整个施工区段按东西岸大约每400m分为一个施工段，土方调配首先考虑相邻施工段或同桩号东西岸施工段之间调配；其次邻近段调配完成后，如剩余土方或缺土，综合考虑整个施工区情况后，进行二次调配；通过土方平衡调配计算，东岸缺土约66.2万m3（自然方），西岸余土约66.3万m3（自然方），桩号0+000～桩号5+219.6余土约133万m3（自然方），桩号5+219.6至末端缺土约132.9万m3（自然方）。由上可知，邻近段内平衡后，约133万m3（自然方）土方需二次调配，调配后整个工程的土方基本可以达到挖填平衡。

6结语

汾河太原段综合治理三期工程是汾河流域生态综合治理的重要组成部分，工程的建成对改善太原市生态环境具有重要的意义。施工方案设计对工程的前期准备和后期实施具有指导作用。

作者:侯旭 单位:山西省水利水电勘测设计研究院