吴超，耿召志，刘金鑫，周珂
(1.浙江华东工程咨询有限公司，浙江 杭州 311122；2.三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002）
1 引言
修建防洪堤能有效的抑制洪水，避免洪水对堤脚的冲刷破坏，免遭财产损失，对我国的经济发展和保障人民群众生命财产安全起到了积极作用[1-2]。而受河道水流冲刷及河道渗水等影响，使防洪堤的基础施工作业难度加大，一旦基础部位施工存在问题，将对整个防洪堤的施工质量和施工进度造成极大的影响。如何解决防洪堤在基础施工中的防排水难题，加强防洪堤水下混凝土施工工艺和质量控制，保证防洪堤基础混凝土的整体施工质量，成为实际工程建设中的一个重难点。
2 工程概况
黑水河松新下坝河段左岸防洪堤受汛期黑水河河水冲刷影响损毁严重，影响到白鹤滩水电站移民安置项目的顺利推进，需要对左岸堤防修复重建，对右岸易崩塌岸线进行防护。左岸堤防重建修复总长1787.35m，主体结构为混凝土面板。河道右岸顺应地形修建干砌块石护坡稳定岸线。新建护脚共7段，总长为3568.80m，防洪堤工程级别为4级，防洪标准为20年一遇，修复重建线参照原护堤线布置，并与上下游衔接。
黑水河流域面积宽广，水流量较大，天然落差高，地区全年降雨量丰富，施工过程中工期紧张，施工难度大。同时，由于基础施工时大部分工作面位于水下，受河道中湍急水流影响，施工过程中需要根据水工建筑物基础高程和水位情况，对防洪堤基础分段采取河道改道疏水，进行基础施工，同时需要做好汛期防排水措施方案。
3 防洪堤基础防排水施工
3.1 河道导流施工
3.1.1 施工导流方案
根据河流现状，左岸防洪堤有两段临水，在施工前，需对此两段河道进行改道，河流改道施工采用1m³小型液压挖掘机进行开挖，开挖深度为2.2m，上下口宽分别为17m与15m，并在所需改道起点位置处进行拦水填筑，填筑材料取自河道开挖料，填筑时进行分层碾压填筑，机械或人工碾压密实。
3.1.2 施工道路设置及涵管导流计算
结合现场施工情况，右岸防洪堤施工需设置三条跨河的临时道路，临时道路跨河采取预埋涵管再回填碎石的方式，道路宽度为4m。同时，对涵管过车部位进行支撑加固，并在涵管外壁设置节流环减少渗流作用[3]。对跨河涵管配置进行涵管过水能力计算，计算断面图及计算过程如下。
图1 涵管过水断面图
河流最小流量为12m³/s，根据水文资料当年12月至来年4月平均流量为54m³/s。设计无压涵管过流，计算采用圆形断面无压均匀流的水利计算公式。
设其管径为d，水深为h，定义式中，α称为充满度，所对应的圆心角θ称为充满角。由几何关系可得各水利要素之间的关系。
分别就管径为1m、1.25m两种情况计算，其中粗糙系数n=0.013。水深h约为0.7m～0.8m。管径坡度i=0.0036，流量为54m³/s。
计算得到当管径分别为1m、1.25m时，其单根涵管过水量分别为1.3m³/s、1.752m³/s，根据现场情况，选取d=1.25m的涵管，单条过河道路所需涵管长度为31m×5m=155m，本工程设置的3条跨河通道所需涵管总长度为465m。现场道路设置及管涵埋设见图2。
图2 河道道路设置与涵管埋设
3.2 基础开挖施工防排水方案
基坑开挖后，对于河道内渗水和雨季施工排水等问题，现场基坑采用明沟排水系统[4]，排水系统布置兼顾基坑开挖及主体工程施工，采用水泵分段集中抽排水。防排水，排水沟、集水井设在基础轮廓线以外，排水沟边缘离开坡脚不小于0.3m，且深度应始终保持比挖土面低 0.4m～0.5m。集水井应比排水沟低0.5m～1.0m，并随基坑的挖深而加深，保持水流通畅。
基坑采用明沟排水，流入基坑内的渗水量与土的种类、渗透系数、水头、底面积等有关，需通过抽水试验或凭经验估计，或按大井法估算。大井法估算按下式计算。
式中：K－渗透系数（m/d）；渗透系数取素填土的渗透系数取86.4m/d；H－稳定水位至设计基坑底的深度（m)，当基底一下为深厚透水层时，H值可酌加3m～4m，以保安全；R－影响半径（m）；根据土质查表取100m；r0－引用基坑半径（m）。
结合现场勘察设计资料，并综合考虑现场实际情况后，计算得到每50m渗水量Q为13526.6m³/d，按50m为一个施工段组织施工，在高峰期共有9个工作面需要抽排水，每个工作面有3个小工作面流水施工，因此高峰期需配置的水泵数量为7×9×3=189台水泵。
3.3 汛期防排水施工措施
该项目防护堤修复工程安排在枯水期施工，防洪度汛标准采用施工时段5年一遇洪水。但施工中不可控因素较多，为保证施工顺利进行并满足施工质量要求，针对本工程特点和施工要求，进行了汛期防排水措施专项方案的设计。
如图3所示，施工以芭蕉林为界，将左岸防洪堤分为3段，即芭蕉林往黑水河上游为上游段、芭蕉林段、芭蕉林以下为下游段。
图3 汛期左岸防洪堤河段分段规划图
①上游段大部分位于河水直接冲刷部位，靠近防洪堤部位河床较低，在汛期到来之前，对面板已施工完成部位及时进行大卵石回填及干砌石护坡施工，确保汛期达到度汛要求。对于护坡面板未施工完成的部分先用原开挖土回填至河床标高，在护坡上铺设双层土工布，再将原破除掉的混凝土面板堆放至护坡上，同时在护坡坡脚设置钢筋石笼进行防护，待汛期结束后再行组织施工。
②芭蕉林部位高程较高，且不受河水的直接冲刷，在汛期到来之前，对面板已施工完成部位及时进行大卵石回填，确保汛期达到度汛要求。对于护坡面板未施工完成的部分，用原开挖土回填至原地形标高即可，待汛期结束后再组织施工。
③下游段河床相对较低，但主河道在离防洪堤较远，河水不直接冲刷防洪堤，在汛期到来之前，对面板已施工完成部位及时进行大卵石回填及干砌石护坡施工，确保汛期达到度汛要求。对于护坡面板未施工完成的部分先用原开挖土回填至河床标高，护坡采用双层土工布+原混凝土面板的方式进行防护。
4 水下混凝土施工
4.1 水下混凝土施工重难点分析
①施工时段虽然避开汛期，但施工段位于黑水河下游河段，河流水位较高，水流湍急，流速较大。同时受到施工中某些不稳定因素的影响，使水下混凝土浇筑施工难度加大，质量也难以保证。
②趾墩基础和堤身施工时，需要在河道内进行基础开挖，此时河道水流虽已改道，但由于河道内沉积物均为孔隙较大的卵石和河砂，且河道开挖宽度和面积较大，河道水流和地下水渗透使水倒灌进入基坑内部，也给施工造成一定影响。
③左岸防洪堤施工采取分段施工方式，现场受场地与地形限制影响严重，施工机械设备、人员、材料等周转较大，不利于现场施工组织和安排。水下趾墩基础分段长度大，墙顶、墙底落差大，一次混凝土浇筑方量过大会导致混凝土对模板压力过大，造成混凝土爆模或模板开裂等问题，且模板水下拼装，拆卸和调运难度都较大。
④部分基础趾墩置于抛石基床上部，由于基床厚度较大，水下混凝土浇筑质量受基床沉降、基床顶部整平程度、模板吊装精度、模板与基床结合部漏浆程度等多重因素的影响，质量控制难度大。
4.2 水下混凝土施工措施
①进行施工工期的调整和优化，安排在枯水期施工，避开汛期时间6月1日至10月31日。若在汛期施工，期间需做好汛期度汛排水专项措施和方案。
②减少木模板的使用量，采用拼装便捷的钢模板进行施工。模板的加工制作选在上游岸边距离基础施工较近的场地约50m处。组装场地的选择需满足现场钢模板运输方便的要求，也要方便模板组装完成后的吊运要求，并有利于加快钢模板组装及出运进度[5]，保证施工质量。
③做好模板的定位放点及封堵作业。将组合好的钢模板吊装进行定位，调整好位置和高度后将模板进行固定，并在模板底部使用封堵沙袋堵住水流，使整体式模板形成一个围堰结构，在使用水泵将模板内部的水抽出。
④合理采用水下导管法进行施工。待模板中的渗流水抽至底部后，采用导管法进行混凝土的浇筑，浇筑时从高处开始平行推进浇筑，以便将未排出的水赶向另一侧并利用抽水设备及时排出，保证混凝土的浇筑质量。
5 总结
结合本工程特点和施工经验，通过施工导流、基础施工防排水方案和汛期防排水措施等技术措施，保证了在山区湍急河道中防洪堤基础部位的施工质量和进度要求，为白鹤滩水电站移民迁建工作赢得了宝贵时间。同时，通过优化施工方案、采取整体式模板组装施工，解决了防洪堤基础水下混凝土浇筑的难题，进一步提升了防护堤的整体施工质量，为山区湍急河道等复杂环境条件下进行防洪堤基础的施工提供了可参考性建议。
