舟山市定海區白泉大閘重建工程建設技術

彭 淵,王文杰

(1.浙江廣川工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310020;2.舟山市定海區白泉鎮人民政府,浙江 舟山 316012)

1 工程概況

舟山市定海區白泉大閘重建工程位于舟山市定海區白泉鎮。白泉鎮位于舟山本島東北部,與普陀山、沈家門、岱山島相毗鄰。該工程是中央水利建設投資項目,浙江省強塘固房”工程項目和舟山市重點水利建設項目。工程內容包括拆除現有老閘、外移新建1座總凈寬40m的白泉大閘及1 300m的浦道隔堤 (見圖1)[1].。新建水閘和隔堤按50 a一遇防潮標準設計[2].,工程概算投資7 671.32萬元,現已經基本建成。工程建成后可進一步提高區域防洪減災能力,滿足城鎮工農業用水,改善河網水質等綜合利用功能,對確保白泉鎮經濟平穩較快發展具有重要意義。

2 工程建設依據

2.1 安全鑒定成果

現狀白泉水閘位于白泉大河末端,是一座以排澇擋潮為主,兼顧當地交通的中型水利工程。工程建于20世紀60年代,是當地防汛、排澇、水環境改善和水資源調度不可缺少的重要建筑,運行以來取得了良好的社會效益、經濟效益和生態效益?，F狀白泉大閘經過近40 a的運行使用,各種設備和設施老化、病害明顯,威脅水閘安全的隱患較多,并且排澇規模已經不能滿足白泉鎮整體防洪排澇功能的需要,經過安全鑒定被評定為四類閘,需拆除重建。

圖1 工程平面布置圖

2.2 閘下沖淤影響分析

工程附近海域、海床及岸灘與水動力相適應,總體處于基本穩定狀態。工程附近海域岸線變化主要由于連島圍涂及磯頭間小海灣的圍涂引起,磯頭岸線外側泥沙淤積不明顯;海域的潮動力強勁,灌門水道深槽的等高線所圍面積1960—2006年間略有增大,從趨勢上能說明狹道海域的沖刷特性;深泓線的擺動幅度遠小于潮流沖刷槽的寬度,亦較為穩定。閘下浦道近期淤積迅速,現狀深槽基本靠清淤維持。

原閘址重建,閘下浦道的變化基本是淤積的,由數學模型結果確定漲、落潮歷時和漲、落潮平均流速,預測了電廠現狀、近期和中遠期3種排水規模下,閘下浦道年內平均淤積厚度。泥沙數學模型計算結果表明,近閘河段先淤積,且淤積強度最大,平均淤積厚度0.6～1.0m;橫向分布表現為先淤槽后淤灘;入?？陂T處以沖刷為主,隨著排水規模的增加,沖刷長度增大。大洪水期閘下浦道呈現沖刷形態,近閘段平均沖刷厚度0.3～0.5m,遠離閘門區域,沖刷幅度逐漸減小。但從閘下的沖淤幅度看來,即便閘上游發生20 a一遇的大洪水,電廠現狀排水規模條件下大閘工程年內運行引起的閘下泥沙淤積也很難全部得到清淤。

由于原址重建清淤疏浚工作量大,將閘址外移至入?？陂T處,對于閘下河床的防淤具有很好的效果。計算結果初步分析表明:閘下河床略有淤積,閘下平均淤積厚度0.2～0.4m,但淤積的總量較原址重建顯著減小;閘左側的電廠排水通道具有束水攻沙的作用,有利于閘下防淤。洪水期內,閘下河床基本處于沖刷狀態,平均沖刷厚度與原址重建相當。但從閘下的沖淤幅度看來,如果閘上游發生較大洪水時,閘址外移后大閘工程年內運行引起的閘下泥沙淤積能基本得到清淤。

3 工程建設技術特點

3.1 采用閘址外移重建方案,有效解決了浦道長期淤積的問題

本工程處于舟山市發電廠灰庫東堤與舟山市釣浪圍墾工程西直堤之間的約125 m寬的浦道上,浦道長度約1 400m。浦道左側為灰庫東堤,為拋石透水堤,布置有2處電廠的冷卻水排放口,排水流量為40m3/s,排水方式為24 h不間斷均勻排水?；規鞏|堤頂部建有1條從碼頭至電廠運煤的皮帶運輸機及管道[2].。

因工程涉及敏感物較多,新建水閘的選址對工程投資、施工及建成后運行影響均較大,本工程對新建水閘的選址進行了原址重建和外移重建2個方案的論證。

原址重建為拆除老閘,在老閘位置按新的設計標準和規模新建水閘。新閘左側與山體連接,右側與釣浪圍墾工程西直堤閉合,水閘外側有長1.4 km,寬125m的浦道,受外海風浪影響小,相對安全;水閘基礎靠近山體,建閘工程投資小,估算投資約1 493萬元,施工時對周邊建筑物影響較小,特別是電廠排水口仍能保持獨立運行,基本不受施工影響。本方案由于水閘內縮于浦道內側,距離出?？谳^遠,存在閘前淤積的隱患。結合閘下沖積專題研究的成果,初步認為年淤積厚度約47.2 cm,水閘運行期間需定期進行機械清淤,清淤年運行費約115萬元。

外移重建為新閘址基本位于浦道的出?？?距離最外側口門約100m,距離老閘位置約1 300m。該處建閘結合消能布置,閘外沖淤基本平衡,不存在閘外側定期清淤問題,年運行費用低。但因閘下地基軟弱,建閘費用相對較高,估算投資約1 723萬元;對于外海風浪影響和建閘施工期的影響也相對較大。

閘址外移重建雖然前期建筑費用高,但可以有效解決原址重建情況下浦道長期存在淤積的問題,極大地降低工程年運行費用。對于外海風浪影響方面,可以通過加強工程結構等措施加以解決;施工期的影響可以通過合理的施工方案和施工導流加以解決。

3.2 采用新建浦道隔堤將浦道一分為二,解決了上游排澇和電廠排水的矛盾

工程的布置受灰庫堤、釣浪圍墾工程西直堤和電廠24 h不間斷排水口的制約,工程的建設不能影響相關建筑物的正常運行,特別是不能對電廠冷卻水排放產生影響。由于本次水閘需外移重建,場地狹窄、地基軟弱,周邊敏感建筑物多,工程總體布置難度大,是本工程的主要難點。

工程總體布置方案在水閘外移重建的基礎上,又對封閉浦道和不封閉浦道2個方案進行論證,論證中充分考慮了周邊敏感物的影響,從電廠及上游排澇、施工難度、工程管理和投資等方面進行了綜合論證。

3.2.1 封閉浦道布置方案(方案1)

考慮新建海堤連接段封閉浦道,浦道成為內河。由于電廠的灰庫東堤為拋石透水堤,不能與西直堤形成擋潮標準海塘閉合圈,需增加內側的閉氣土方施工,改建東堤為標準堤塘,長度為930m(見圖2)。

另外發電廠的冷卻水排放口排水不能間斷,如工程建成后,排放口處將成為內河,冷卻水排放如果仍按現狀直排浦道再通過水閘外排入海,將對河道的生態及水閘運行產生不利的影響,并且臺風期間水閘不能開閘排水,對電廠影響極大,電廠難以承受。因此排水口需外接管道,穿堤將排放口延伸至外海。

3.2.2 不封閉浦道布置方案(方案2)

在方案1的基礎上采用不封閉浦道,新建浦道隔堤將浦道一分為二,電廠灰庫東堤與浦道隔堤間為預留電廠排水通道,寬23m,釣浪圍墾工程西直堤與浦道隔堤間為排澇河道,寬98m。

新建浦道隔堤與電廠灰庫東堤平行,起點為六眼閘處山體,終點止于新建白泉大閘,與西直堤形成擋潮閉合圈。由于浦道隔堤斷面型式受水閘布置寬度及電廠排水通道寬度的限制,傳統土石結構堤型由于斷面寬度過大,不能滿足要求,故創新地采用新型堤型斷面結構,滿足了布置需要,堤線長1 310m(見圖3)。

圖2 封閉浦道布置圖 (方案1)

圖3 不封閉浦道布置圖(方案2)

3.2.3 2個方案的比較

2個方案從下面幾個方面進行了比較 (見表1):

表1 總體布置方案比較表

續表1

通過比較,最終推薦了方案2。該方案解決了下游擋潮和上游排澇問題,并通過新建浦道隔堤,將原浦道一分為二,使得上游排澇和電廠排水有效分隔,既保證了水閘上游河道蓄淡對水質的要求,又使得上游排澇和電廠排水不再相互影響,方便管理;同時隔堤、水閘與西直堤連接形成防潮閉合圈,保證了保護區的防潮安全。

工程建成后上游排澇和電廠排水有效分隔,得到了工程周邊各利益相關方的肯定,為主管部門的決策提供了重要依據。工程實施過程也表明,該方案實施是順利的,施工是方便的,投資是合理且可控的。

3.3 合理的工程布置,提高了區域擋潮排澇標準,增加了御咸蓄淡功能

現狀白泉鎮防洪排澇能力不足10 a一遇,出海排水口門規模偏小,排水能力不足,隨著城鎮建設的發展,原來部分可用于調蓄洪澇的農田和低洼地將成為新的城區,可調蓄容量減少,內澇加劇。白泉大閘的新建把該區域排澇能力提高至20 a一遇,擋潮標準從20 a一遇提高至50 a一遇,形成高標準的防潮閉合圈,保證人民生命和財產安全。

白泉大閘的外移重建將使原來位于外海的浦道成為內河。從防洪排澇方面看,相當于增加了1個蓄洪區,對提高整個白泉流域的防洪排澇能力有著積極的效果;從御咸蓄淡方面看,工程建成后浦道成為內河,相當于增加了1個平地水庫(庫容約40萬m3),具有御咸蓄淡功能,其蓄水容積對海島的用水具有重要意義。

白泉大閘的改造結合白泉鎮河道的綜合整治開發利用,將極大增強白泉鎮的綜合功能,提高區域總體防洪排澇能力、改善水環境,營造兩岸水綠景觀,為全區經濟社會可持續發展和幸福宜居新定海建設提供堅實的水利基礎保障,社會效益顯著。

3.4 創新地采用新型堤型斷面結構,克服了工程場地狹窄等困難,滿足工程布置需要

新建水閘位于電廠灰庫東堤與釣浪圍墾工程西直堤之間的浦道上,上口寬度僅125m。根據功能要求,必須將現狀浦道一分為二,一側建水閘及上游河道,另一側作為電廠排水通道。

工程首先遇到的困難是場地狹窄,在125m寬的浦道內要布置40m凈寬的水閘、5m高度的隔堤、水閘排澇河道及電廠排水通道;電廠排水通道不能過窄,否則不能滿足電廠排水要求,也容易引起淤積,通過水動力及沖淤數模分析,電廠排水河道在滿足40 m3/s排水流量的前提下,河道底高程-0.50m,寬度須大于15 m;而且工程處地基為深厚的淤泥質軟土地基。設計、施工難度非常大,對設計方案的合理性要求非常高。

新建浦道隔堤為3級建筑物,設計擋潮標準為50 a一遇。隔堤的堤身寬度和斷面型式受場地寬度、周邊敏感物和深厚軟土地基的限制,常規的土石斷面結構型式已經不能滿足布置需要。根據工程實際情況和施工條件,隔堤堤型斷面結合地基處理和防滲布置,創新地設計出新型樁基框架堤型斷面結構,大幅度縮小了堤身斷面寬度,為工程布置和順利實施創造了有利條件。

新型樁基框架堤型設計思路是隔堤采用混凝土灌注樁基礎和上部輕型框架結構以盡可能減少隔堤占地,增加電廠排水河道寬度。新型堤型是以鋼筋混凝土框架為主,并結合土石堤的復式斷面,框架是擋潮、防浪和擋土的主要結構,采用框架結構可減輕堤身重量,減少地基處理費用。直立堤身內外側與土石堤結合形成復式斷面,直立堤后填土,作為防滲閉氣土方和綠化帶,與堤后地面平順連接。為避免框架結構基礎可能與地基存在不均勻沉降對防滲的不利影響,框架后適當填土并結合預制板樁增加防滲系統的可靠性。地基處理采用φ80 cm灌注樁基礎。該堤型占地面積小,有利于內外河道布置,盡可能增加河道過水斷面;施工速度較快、工程質量容易保證(斷面結構見圖4)。

工程施工實踐證明,工程方案是安全、合理的,是成功的典型案例。

3.5 施工導流難度高,創造性地提出 “大套小”導流方式,保證施工順利進行

該工程施工場地狹窄、水閘規模大,施工時既要滿足電廠不間斷排水需要,又要滿足上游河道行洪的需求,因此施工組織和施工導流難度高。水閘施工圍堰標準采用汛期5 a一遇,圍堰頂高程3.50m。如采用一次性圍堰只能滿足電廠排水和小洪水要求,預留的口門寬度難以滿足上游流域汛期的排澇要求,工程風險大。如采用常規的分期導流方式,在本工程軟土地基條件下,一期縱向圍堰會把拋石體遺留在地基中,從而影響二期水閘的地基處理,不僅增加施工難度,同時也會增加工程投資,影響水閘的防滲效果。

工程建設過程中創造性地采用了“大套小”的二期導流方式,將圍堰分2期進行施工。施工時先按全閘范圍構筑一期圍堰,時間安排在非汛期內至少完成西側5孔及翼墻的施工,達到啟閉要求,并在汛期到來前,構筑二期縱向圍堰,進行東側剩余5孔水閘及翼墻的施工。二期縱向圍堰形成后,拆除一期縱向圍堰及部分橫向圍堰,使得排水口門寬度達到36m,基本滿足汛期上游排澇要求。施工圍堰采用土石圍堰、鋼板樁圍堰和灌砌石擋墻圍堰等多種結構型式的圍堰聯合布置,以減少投資和施工期對浦道的占用,從而滿足施工場地布置和施工期電廠不間斷排水和河道行洪的要求,具體布置見圖5、6。

圖5 一期圍堰平面布置圖

圖6 二期圍堰平面布置圖

采用 “大套小”的二期導流方式,也可充分發揮施工單位的積極性,在施工設備和人員充足的前提下,可加快一期的施工進度,從而降低施工成本。建設單位也可根據實際情況,適時調整施工進度,增加施工的靈活性。該種施工導流方式對今后同類工程建設有借鑒作用。

4 結 語

本工程涉及敏感物多,涉及面廣,場地狹窄,技術難度大。工程中采用了閘址外移結合新建隔堤不封閉浦道的總體布置,有效地解決了浦道長期存在的淤積問題,減少每年的閘下清淤費用和上游排澇和電廠排水相互影響的矛盾,同時又很好地協調了各方的利益,得到有關各方的好評。工程建成后在提高區域擋潮排澇標準的同時,還具有御咸蓄淡功能,社會效益顯著。在技術創新方面,采用了新型隔堤斷面結構和“大套小”施工導流方案,克服了工程場地狹窄、電廠排水不能間斷等困難,滿足了工程布置需要,同時保證了施工順利進行,對今后同類工程的建設和施工具有借鑒意義。

[1].彭淵,金玉,仇健,等.舟山市定海區白泉大閘重建工程初步設計報告 [R]..杭州:浙江廣川工程咨詢有限公司,2009.

[2].中華人民共和國水利部.SL 265—2001水閘設計規范 [S]..北京:中國水利水電出版社,2001.