汾河太原段治理三期工程施工方案設(shè)計(jì)
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摘要：啟動實(shí)施汾河太原段綜合治理三期工程是山西省為改善太原市生態(tài)環(huán)境的重要舉措，文中就該工程的施工難點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的施工方案設(shè)計(jì)，對工程的實(shí)施起到了一定的指導(dǎo)和借鑒作用。
關(guān)鍵詞：施工導(dǎo)流；防滲；土方平衡
1汾河太原段綜合治理三期工程建設(shè)概況
汾河為黃河的一級支流，是山西省境內(nèi)的第一條大河，全長約710km，流經(jīng)太原市區(qū)段汾河長度近40km。1998年以來，為改善城市環(huán)境，太原市政府對主城區(qū)段總長約20km的汾河河道分兩期進(jìn)行了綜合治理。2010年為進(jìn)一步改善太原市生態(tài)環(huán)境，提升城市品味，創(chuàng)建宜居城市，啟動實(shí)施了汾河太原段綜合治理三期工程。汾河太原段綜合治理三期工程處于汾河中游太原市區(qū)段，北起二期工程治理段末端（祥云橋南500m處），南至?xí)x祠迎賓路南2km處，長度12.0km，呈南北向展布。本項(xiàng)目的主要建設(shè)內(nèi)容包括以下幾部分：1）堤防工程：包括移堤和現(xiàn)有堤防加固兩部分。河道移堤總長度14.1km，其中樁號0+000~10+400西大堤西移，長度10.4km，樁號8+300~12+000東大堤東移，長度3.7km，；移堤后河道拓寬至430~450m。剩余的現(xiàn)有堤防進(jìn)行加固處理，長度約10.3km。2）蓄水池工程：治理段共設(shè)有1號、2號兩座壅水閘壩，分別布置于樁號7+400和樁號11+800的主槽內(nèi)，形成2座蓄水池，池長分別為7.4km和4.4km，總蓄水量1450萬m3，蓄水面積440萬m2。兩座壅水閘壩均由三部分組成：即位于中部的壅水閘和兩側(cè)的液壓壩。其中，壅水閘布置在中間約100m寬的排沙行洪槽范圍內(nèi)，閘壩上游側(cè)設(shè)工作橋，兼做蓄水池兩岸人行交通橋。通航建筑物均布置在壅水閘的中間，共2座，可利用現(xiàn)有主槽作為主航道，滿足三期工程治理段至汾河二壩河道的水上通航。三期工程航線全長11.8km，通航建筑物采用單線單級船閘。3）排污暗涵工程：排污暗涵的作用是截斷兩岸邊山支溝降雨初期水質(zhì)較差的小流量洪水，以減少對汾河蓄水池水體污染的幾率。暗涵最大設(shè)計(jì)流量25m3/s，支溝匯入前暗涵凈尺寸為3m×3.5m（寬×高），支溝匯入后的暗涵凈尺寸為4m×3.5m（寬×高）。本期治理段暗涵起點(diǎn)與二期工程東西暗涵相接，向下游延伸至治理段末端，設(shè)計(jì)總長度為24km（東西暗涵各12km）。4）防滲墻工程：根據(jù)地質(zhì)勘查資料分析，蓄水池若不做防滲處理，年補(bǔ)水費(fèi)用將增加4440～5400萬元，同時蓄水池滲漏將使兩岸的地下水位抬高，可能會對兩岸形成一定的浸沒影響，所以，對蓄水池進(jìn)行防滲處理是十分必要的。經(jīng)比較確定采用垂直防滲方案，蓄水池東西兩岸縱向采用防滲墻和暗涵組合的型式，在平面上防滲墻與暗涵錯開布置，防滲墻設(shè)置在暗涵的臨水側(cè)，暗涵與防滲墻之間水平鋪設(shè)厚1m的黏土層連接，形成防滲墻—暗涵防滲體系，東西兩岸縱向垂直防滲墻各12km。兩座壅水閘壩底板段前端垂直河道設(shè)有一道垂直防滲墻并與蓄水池兩側(cè)縱向防滲墻“T”接。
2施工重點(diǎn)及難點(diǎn)分析
本工程為河道疏浚蓄水美化工程，其中施工導(dǎo)流、垂直防滲工程以及土方工程是工程施工組織設(shè)計(jì)的重點(diǎn)及難點(diǎn)。1）工程全部位于汾河河道內(nèi)，建筑物施工必須進(jìn)行施工導(dǎo)流，由于工程施工線路較長，導(dǎo)致導(dǎo)流工程量大，同時主體工程所處河道地下水埋深較淺，河堤、暗涵以及蓄水建筑物基礎(chǔ)施工是均需要進(jìn)行降排水，因此，選擇合理的施工導(dǎo)流及施工降排水方案，是加快施工進(jìn)度、確保工程施工安全的重要環(huán)節(jié)。2）防滲工程主要包括水泥土地連墻和高噴防滲墻，水泥土地連墻總防滲面積為32.61萬m2，高噴防滲墻進(jìn)尺1.06萬m，施工線路長，是控制工程質(zhì)量和施工進(jìn)度的關(guān)鍵項(xiàng)目，確定合理的防滲墻施工方案是是施工組織設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。3）本工程土方開挖量為681萬m3，回填量為587萬m3，工程量大，投資約1億元，占建筑工程費(fèi)用的1/7。為了控制和降低工程造價，減少土方的二次倒運(yùn)，加快施工進(jìn)度，進(jìn)行合理的土方平衡是十分必要的。
3施工導(dǎo)流
3.1導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)
本工程蓄水工程的等別為Ⅲ等，相應(yīng)壅水壩及岸墻按3級建筑物設(shè)計(jì)；船閘的工程等級為Ⅶ級，相應(yīng)永久性主要建筑物級別為4級，次要建筑物按5級建筑物設(shè)計(jì)，根據(jù)《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004）的規(guī)定，導(dǎo)流建筑物級別為5級。本工程采用汛期與非汛期相結(jié)合的導(dǎo)流方式，導(dǎo)流建筑設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇，主河道洪水流量汛期為1250m3/s，非汛期為167m3/s；風(fēng)峪河非汛期為0.98m3/s。
3.2導(dǎo)流方式
3.2.1堤防工程
堤防施工導(dǎo)流方式為圍堰圍護(hù)，原河道泄流。1）原大堤加固段導(dǎo)流：現(xiàn)狀大堤可利用長度為10.3km（東岸2.7km，西岸7.6km），需進(jìn)行加固處理，該施工段利用汛期施工，將原大堤填筑至設(shè)計(jì)高程。依據(jù)5年一遇汛期洪水流量，經(jīng)計(jì)算河道水深為3.5m，低于現(xiàn)狀堤頂高程，故加高堤防施工時利用原大堤擋水，原河床泄洪。原大堤迎水面防護(hù)施工時采用非汛期圍堰，依據(jù)5年一遇非汛期洪水流量，非汛期圍堰時水深為1.1m，圍堰設(shè)計(jì)高度為1.6m。2）改線堤段導(dǎo)流：大堤改線段采用非汛期施工。依據(jù)5年一遇非汛期洪水流量，非汛期圍堰時水深為1.1m，圍堰設(shè)計(jì)高度為1.6m。
3.2.2其他建筑物
壅水閘壩施工采用分期導(dǎo)流，非汛期圍堰。一期圍護(hù)右岸，圍堰高1.7m，原河道泄流；二期圍護(hù)左岸，圍堰高2.0m，利用建成的液壓閘壩段泄流?？紤]汾河二期工程暗涵下泄雨污水的導(dǎo)流，根據(jù)實(shí)際情況，在治理段首端-南環(huán)高速段河道中間開挖一條10m寬的導(dǎo)流渠，深1.0m，將上游暗涵下泄水導(dǎo)入南環(huán)高速橋下游現(xiàn)有小主槽內(nèi)。
3.3基坑排水
施工期間在基坑內(nèi)沿基坑輪廓線布置排水溝，水經(jīng)排水溝匯入集水井，在井邊設(shè)置水泵站，將水從集水井中抽排。東西暗涵基礎(chǔ)強(qiáng)夯施工采用管井降水。根據(jù)汾河二期工程實(shí)際施工排水估算本工程為912600臺時。
4防滲工程施工
4.1防滲工程布置
根據(jù)地質(zhì)情況，蓄水池存在滲漏和兩岸浸沒等問題，需采取防滲措施。經(jīng)比較確定本工程采用垂直防滲方案，防滲墻采用水泥土地連墻和高噴防滲墻，蓄水池閘壩下及跨越南環(huán)高速路橋、小店橋和風(fēng)峪河口等地段時，防滲墻采用高壓噴射注漿法，其余地段采用多軸攪拌水泥土地連墻防滲墻。兩岸縱向防滲墻平行于兩岸暗涵布置，總長度約24km，是防滲工程的重點(diǎn)。防滲墻采用與岸墻錯開布置的方式（見圖1，該圖為東岸布置方案，西岸相同），即防滲墻平行布置于岸墻和暗涵之間的一級平臺上，與暗涵組成防滲體系，即通過填筑在暗涵內(nèi)側(cè)齒墻上的寬9.2m、厚1m的黏土層將防滲墻和暗涵連接，形成防滲墻—黏土—暗涵防滲體系。防滲墻距岸墻控制線7.2m，待岸墻、暗涵及其內(nèi)側(cè)的黏土層、墻后填土施工完成后再行防滲墻的施工。防滲墻底高程伸至隔水層內(nèi)0.5m，防滲墻頂至水平黏土層頂面。
4.2水泥土地連墻施工
水泥土地下連續(xù)防滲墻墻體固化材料采用普通硅酸鹽水泥，成墻厚度不小于20cm。滲透系數(shù)不大于10-6cm/s，樁間搭接長度按15cm控制，鉆具垂直精度不小于1/200。成墻后要求墻體完整連續(xù)，滿足防滲要求，允許比降不小于50。防滲墻施工工序?yàn)椋浩鹬貦C(jī)懸吊多頭攪拌機(jī)定位下沉，啟動帶有攪拌頭的攪拌機(jī)，沿導(dǎo)向架攪拌下沉；攪拌機(jī)下沉至設(shè)計(jì)深度后，提升20cm，開啟灰漿泵從攪拌機(jī)中心管下端管口壓開單向球閥，將水泥漿壓入土中，邊噴漿邊旋轉(zhuǎn)邊提升；重復(fù)攪拌下沉，使軟土和水泥漿攪拌均勻，重復(fù)攪拌提升。
4.3高噴防滲墻施工
高壓噴射注漿成墻采用擺噴法，擺角15°，孔距0.6m，要求成墻厚度不小于15cm。防滲墻施工前應(yīng)進(jìn)行高噴試驗(yàn)，以選定合理的施工參數(shù)。防滲墻施工工序：測量放線→鉆進(jìn)→成孔檢查→下入三重管→高壓灌漿→封孔。為保證高噴防滲墻的搭接厚度，高噴防滲墻鉆孔施工時應(yīng)嚴(yán)格控制孔斜率，孔斜率應(yīng)按不同孔深控制，孔深小于10m時，孔斜率不大于2%，孔深小于20m大于10m時，孔斜率不大于1%，孔深大于20m時，孔斜率不大于0.8%。
5土方平衡
本工程土方開挖回填量大，投資約1億元左右，約占建筑工程費(fèi)用的15%。制定合理的土方平衡規(guī)劃，對于降低工程造價，加快施工進(jìn)度，具有積極的作用。土方平衡規(guī)劃原則一般為：1）優(yōu)先考慮就近利用，減少土方倒運(yùn)運(yùn)距。2）合理確定工程區(qū)不同區(qū)域的施工順序，減少可利用開挖料的堆存場地，提高開挖料一次利用率，較少二次倒運(yùn)量。3）嚴(yán)格控制不可用料開挖、清除，保證可用開挖料的質(zhì)量。4）利用料堆放場的設(shè)置應(yīng)布置合理，應(yīng)考慮進(jìn)出場、運(yùn)距等方面的因素。在充分分析挖填工程的施工進(jìn)度、土方挖填的數(shù)量以及挖填運(yùn)距等相關(guān)因素的基礎(chǔ)上，進(jìn)行土方平衡計(jì)算。按照施工分區(qū)布置，將整個施工區(qū)段按東西岸大約每400m分為一個施工段，土方調(diào)配首先考慮相鄰施工段或同樁號東西岸施工段之間調(diào)配；其次鄰近段調(diào)配完成后，如剩余土方或缺土，綜合考慮整個施工區(qū)情況后，進(jìn)行二次調(diào)配；通過土方平衡調(diào)配計(jì)算，東岸缺土約66.2萬m3（自然方），西岸余土約66.3萬m3（自然方），樁號0+000～樁號5+219.6余土約133萬m3（自然方），樁號5+219.6至末端缺土約132.9萬m3（自然方）。由上可知，鄰近段內(nèi)平衡后，約133萬m3（自然方）土方需二次調(diào)配，調(diào)配后整個工程的土方基本可以達(dá)到挖填平衡。
6結(jié)語
汾河太原段綜合治理三期工程是汾河流域生態(tài)綜合治理的重要組成部分，工程的建成對改善太原市生態(tài)環(huán)境具有重要的意義。施工方案設(shè)計(jì)對工程的前期準(zhǔn)備和后期實(shí)施具有指導(dǎo)作用。
作者:侯旭 單位:山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院