南水北调中线天津干线工程子牙河倒虹吸施工围堰方案比选

　　摘要：对天津干线子牙河穿越施工导流围堰的几种较为合理的设计方案进行比较，最后选用塑性斜墙围堰。

　　关键词：天津干线；子牙河施工导流；围堰；方案比选；南水北调

　　中图分类号：TV682.5 文献标识码：B 文章编号：1004－7328（2009）05－0090－02

　　天津干线在子牙河西河闸下游约5.5 km处，以倒虹吸型式穿越子牙河。倒虹吸全长816.47 m，设计流量18 m3/s，加大流量28 m3/s。倒虹吸结构尺寸为2 孔3.6 m×3.6 m的现浇混凝土箱涵，建筑物等级为1 级。穿越处的子牙河段下游与海河干流连通，上游来洪水时泄洪，不来洪水时担负引滦入津的蓄水任务，因为引滦入津输水入海河后，需常年维持较高水位，以满足市区和沿河的工农业生产生活、旅游景观、海河航运等用水的需求。通常河水很少流动，倒虹吸处河水深达7～8m，为施工带来困难。

　　1 导流标准与导流时段

　　西河闸上游不远处有独流减河泄洪闸，汛期及非汛期中小洪水均可通过泄洪闸和西河闸的控制不进入西河闸的下游河段。为此，拟定天津干线子牙河倒虹吸施工导流建筑物的级别为4 级，导流设计洪水重现期为10 年。采用施工围堰一次拦断河槽，明渠导流方案。为保证施工安全、降低工程投资，选定非汛期导流，导流时段为10 月至次年5 月。

　　2 施工围堰方案比较

　　因海河干流蓄水需要、导致倒虹吸处常年河水较深，施工具有一定的难度。在围堰型式的选择时，重点比较了钢板桩格形围堰与土石围堰。

　　2.1 钢板桩格形围堰的特点

　　钢板桩围堰具有断面尺寸小、抗冲能力强、钢板桩的回收率较高等优点。格形围堰是由钢板桩围成一定形状的封闭格体，内填土石料构成。格体的几何形状主要有圆形、鼓型、花瓣型3 类，此外还有带戗堤或双排格体等混合形式。在此，重点比较国内外较为常见且施工技术较为成熟的圆形、鼓型、花瓣型格体围堰，见表1。

　　表1 各种钢板桩围堰比较

　　由表1 看出，3 个方案中花瓣型格体围堰投资最大，圆形格体围堰与鼓型围堰投资相近。由于子牙河施工围堰挡水高度为7 m左右，属于中低水头围堰，在类似的工程案例中，圆形格体围堰技术更加成熟，施工难度相对较小。故选用钢板桩圆形格体围堰方案，与土石围堰方案进一步比选。

　　2.2 土石围堰的特点

　　土石围堰结构简单，可就地取材，充分利用开挖弃料，既可机械化施工，又可人工填筑，既便于快速施工，又易于拆除，可在任何地基上修建，是应用最为广泛的一种围堰型式。土石围堰按其材料组成可分为均质土围堰和土石混合围堰；按防渗体的结构又可分为斜墙围堰和心墙围堰；按防渗材料看有塑性和刚性之分。刚性心墙围堰一般建在岩基上，造价较高，不适用于子牙河施工。因此，重点比较塑性斜墙围堰和塑性心墙围堰，见表2。

　　由表2 看出，两方案投资相差不大，但斜墙围堰施工制约较少，容易保证工程质量。因此，选用塑性斜墙围堰与钢板桩围堰进行进一步比较。

　　表2 塑性土石围堰比较

　　2.3 钢板桩圆形格体围堰与塑性斜墙围堰比较

　　钢板桩圆形格体围堰格体平均宽度为6.76 m，设计格体高度7.37 m，钢板桩为平腹板型（即一字型）。格体内填料为碎石料。塑性斜墙围堰最大堰高7.37 m，围堰顶宽6.0m，背水侧石方边坡1∶1.5，迎水侧石方边坡为1∶2，堆石顶宽4.0 m；壤土斜墙边坡1∶6，围堰斜墙与堆石间均设有砂石过渡层和土工布。

　　两种型式的围堰长均为120 m。

　　（1）经济比较。经过计算，钢板桩圆形格体围堰与塑性斜墙堆石围堰的工程量与造价见表3。

　　表3 塑性斜墙堆石围堰与钢板桩圆形格体围堰工程量与造价比较

　　（2）施工技术难度比较如下：①钢板桩圆形格体围堰需要由专业队伍施工，施工高度机械化，技术难度较大。一般的技术特点有：样架质量要求高，安装定位要准确，不能歪斜，否则板桩拼装不能闭合。板桩的安装要求从格体两侧并列进行或两侧交替进行，使其同时安装完，并在闭合之前保持稳定。打插板桩必须在同一格体的板桩全部拼装完毕，且相邻格体安装2～5 块板桩之后进行。格体要求回填透水性较好的砂石骨料，回填时必须注意相邻格体之间的填升速度，避免鼓胀变形导致板桩不能安装。②塑性斜墙堆石围堰的施工工序和技术要求简单明了，在子牙河工程中，可直接利用自卸汽车向水中倒土，石方施工简便快捷，拆除也较方便。

　　从经济性、施工技术难度等各方面综合比较看出，塑性斜墙堆石围堰更加适合作为子牙河倒虹吸的施工围堰，因此决定采用这一方案。

　　作者简介：卢登峰（1981-），男，助理工程师，主要从事水利工程施工组织设计工作。