雙排木樁圍堰在寶應湖退水閘加固工程中的應用

陳言兵 蔣金城

雙排木樁圍堰在寶應湖退水閘加固工程中的應用

陳言兵 蔣金城

一、工程概況

寶應湖退水閘工程位于寶應湖和高郵湖兩湖之間的大汕子隔堤上，主要功能為汛前預排寶應湖澇水，汛期擋住入江水道洪水，汛后排除寶應湖澇水，是淮河入江水道江蘇省境內的一個重要建筑物。工程經多年運行存在一定的病害，在淮河入江水道整治工程中對該閘進行加固。為不影響該閘汛期的運行，須在一個非汛期內完成該閘水下結構加固。為保證加固工程干法施工，采用上下游分別填筑約80m土圍堰進行擋水。

二、圍堰方案設計

寶應湖退水閘加固工程施工圍堰原設計方案為普通土質圍堰，頂寬4.0m，邊坡按1∶4比例放坡，設計土源為使用挖泥船在高郵湖、寶應湖湖區高地部分取土。但此方案存在幾個方面的問題：（1）湖區取土不利于湖泊的保護；（2）湖區土源含水量太大，不利于壓實作業；（3）寶應湖側圍堰使用挖泥船施工，需部分占用航道，對緊鄰金寶航道通行影響較大；（4）使用挖泥船施工，圍堰施工工期較長，不利于工程總體進度目標的實現。

基于以上問題的考慮并結合工程現狀和土質情況，對圍堰工程做了如下的實施方案：

（1）圍堰頂高程取按原設計方案確定，上游施工圍堰堰頂高程設為8.0m（含0.50m高防浪子堰），下游施工圍堰堰頂高程設為7.5m（含0.50m高防浪子堰），寬均為5.0m，圍堰兩側打雙排木樁，雙排木樁之間填均質粘土，土源取自15km外的南水北調工程棄土區。木樁樁長6.0m，間距 0.30～0.50m，打入土中2.5m，兩側對應木樁用φ8鋼筋對拉。圍堰雙排木樁填土側綁扎雙層竹排，迎水側鋪設750g/m2土工膜防水。

（2）圍堰迎水坡采用750g/m2土工布鋪設，上下沿口用編織袋裝土壓實進行防護。

（3）圍堰橫斷面如圖1。

圖1 圍堰斷面設計圖

三、圍堰安全復核

1.抗滑穩定計算

圍堰內抽完水時，K=F垂直·ξ/ F水平=5.46＞1.30，故安全（土體之間的摩擦系數取ξ＝0.4）。

2.抗傾覆穩定計算

圍堰內抽完水時，K＝M正/M負=4.43＞1.50，故安全。

3.整體抗滑穩定計算

根據地質資料，整體抗滑穩定計算采用瑞典圓弧滑動法驗算，電子計算機軟件計算成果見圖2。根據《水利水電工程施工組織設計規范》（SL303-2004），圍堰邊坡安全穩定系數K不小于1.05（4～5級），故安全。

4.木樁受力復核

經計算復核木樁打入深度為2.5m時，考慮主動土壓力Ea、水壓力Eh等對拉筋位置求距，計算出被動土壓力Ep均小于理論被動土壓力，故安全。

四、圍堰施工

1.施工流程

定位放樣→打樁→扎竹排→鋪設防水土工膜→筑入土方→筑土袋子堰→抽水→加固。

2.定位放樣

受靜水總壓力及受力中心的影響，結合經濟適用、安全富余的原則，圍堰的中心部位采用近似弧形以減少水壓力。

3.木樁施打

圍堰樁采用長6.5m杉木，打樁機械采用長臂挖掘機，打樁采用靜壓加鍾擊的方法進行，打樁和土方填筑交替分段進行，即打入一段15m左右的木樁后，就進行鋼筋加固聯結，鋪設雙層竹排和土工膜，筑入土方，上述工序完成后再進行下一段木樁的打入。

4.綁扎竹排

機械打好樁后（含橫向聯接），在筑入土方前綁扎竹排、鋪設土工膜，以防止土方流失及成形圍堰的塌陷。根據水深及樁的間距，定做一定長度及寬度的竹排，然后用鐵絲進行綁扎，竹排應從河床底延伸至水面上0.50m，套扎在圍堰樁內。

5.筑入土方

筑入土方采用排水擠淤的方法進行施工，筑入的土方必須采用硬質粘性土，土源從南水北調工地棄土區購入，用自卸車陸路運到工地，用裝載機筑入。分層填筑，直至填筑至水面以上；水面以上土方必須分層填筑、壓實。筑入土方過程中注意經常檢查木樁以及對拉鋼筋，防止木樁發生傾斜。

圖2 瑞典圓弧滑動法計算成果圖

6.圍堰防護

筑入土方一出水面，兩邊用袋裝土加固，并在臨水側鋪設土工布，以防風浪沖刷。

7.閘塘抽水

圍堰內排水應控制降水速率，分階段進行。在水位每下降30～50cm左右時適當停頓，使圍堰逐步穩定。同時，在抽水過程中加強觀測，一發現異常，采取相應的補救措施。

8.圍堰加固

抽水結束后，根據圍堰的實際情況進行加高或內、外側加固，直至成形。

9.圍堰的管護

閘塘排水和施工期間必須配備足夠的備用土源以及防汛物資，并加強值班、巡查工作，機械隨時待命。

在上下游設置水尺，加強水情和圍堰變形觀測、巡查，并做好記錄，如遇超設計標準水位，應及時啟動應急預案。

五、圍堰拆除

圍堰拆除流程：閘塘充水→木樁、竹排、土工布拆除→水上土方拆除→水下土方拆除。

圍堰木樁及主要土方采用長臂挖掘機分段拆除，首先將木樁等拆除，然后分段先拆除水上土方，利用長臂挖掘機優勢將圍堰水下土方拆除，拆除同時復核圍堰范圍內底高程，防止留有壩梗。

六、使用效果與總結

該工程圍堰在使用過程中除個別木樁發生傾斜等情況，其他均正常，圍堰變形、沉降觀測反映的各項指標均符合規范要求。在整個施工過程中安全運行了8個月。在此期間還因南水北調金寶航道輸水上游水位達到設計標準6.5m，圍堰經受住了考驗，未發生任何險情，為整個工程的順利實施發揮了作用。該方案與原方案相比，土方少用約10000m3，工期縮短了約25d，為水下工程實施爭取了寶貴的時間。

雙排木樁圍堰適用與水深在2～4m之間的地域，能有效解決土源緊張、航道影響、水域保護等問題，并能有效縮短工期、節約工程造價

（作者單位：淮安市水利勘測設計院有限公司 223005 江蘇省灌溉總渠管理處 223200）