溫州市下新田水閘外江圍堰設(shè)計方案對比分析

林長強，李 慧

（溫州市水利電力勘測設(shè)計院，浙江 溫州 325000）

在已建海堤上進行穿堤建筑物施工，需設(shè)置圍堰抵御外江潮水對施工的影響。圍堰的標(biāo)準(zhǔn)、高度、斷面型式等對工程的實施難度、投資等具有直接影響，是圍堰施工中需要重點關(guān)注的部分[1]。本文針對溫州市中心區(qū)北片商務(wù)區(qū)下新田水閘工程圍堰原設(shè)計方案與優(yōu)化后設(shè)計方案進行對比分析。

1 工程概況

下新田水閘工程位于溫州市中心區(qū)北片商務(wù)區(qū)內(nèi)，水閘以防洪排澇擋潮為主，規(guī)模為2 m×5 m，工程等別為Ⅱ等，建筑物級別為2級。主要建筑物包括水閘閘室、上游護坦、上游翼墻、下游箱涵及上下游防沖槽。其中下游箱涵及防沖槽位于現(xiàn)狀堤防范圍內(nèi)。

工程的施工需要對現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)堤破口施工。現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)堤斷面結(jié)構(gòu)為土石堤結(jié)構(gòu)。塘頂高程為6.47 m，凈寬5 m。防浪墻為C20鋼筋砼重力式防浪墻，墻頂高程7.47 m，頂寬0.40 m。底腳設(shè)有二級護坦平臺，高程分別為2.15 m和4.10 m。整段堤防采用拋石和土工網(wǎng)石籠防沖。背水坡為1∶2.5，螺母塊植草護面。

2 水文地質(zhì)條件

工程位置的潮位特征值采用龍灣站平均潮位0.76 m，多年平均高潮位3.70 m，設(shè)計高潮位5.66 m。

經(jīng)鉆探揭露和地質(zhì)測繪，工程區(qū)地質(zhì)土層物理力學(xué)性質(zhì)如下:

（1）①-2 層:粉砂(堤身填土)，層厚 2.50 m～2.50 m；①-3層:塊石（堤身填土），主要由塊石、碎石、粉砂等組成，直徑為30 cm～70 cm左右，層厚2.80 m，層頂標(biāo)高2.35 m；

（2）②層:淤泥夾粉砂，層厚0.90 m～2.30 m，層頂高程1.61 m～2.75 m；②-1層淤泥:灰黃色，飽和、流塑，含少量貝殼，新近沉積的沖海積軟土，分布在圍區(qū)內(nèi)表層，厚度0.30 m～1.20 m，沿堤線均有分布，極易受潮水沖刷，室內(nèi)試驗無試驗樣品。靜力觸探:錐頭阻力qc=0.10 MPa，側(cè)阻力fs＝1.50 kPa。②-2層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土:灰色，飽和，流塑，含云母片，局部富集貝殼，夾少量粉土，厚度0.6 m～1.1 m，呈透境體；室內(nèi)土工試驗共 2 組。ω=49.8%，ρ=1.68 g/cm3，e0=1.449；快剪 Cq=4.3 kPa、Фq=3.1°。靜力觸探:錐頭阻力 qc=0.12 MPa，側(cè)阻力fs＝3.3 kPa。

（3）③層:含淤泥粉砂，層厚12.30 m～14.70 m，層頂高程-0.49 m～1.75 m；③-1層淤泥:灰色，飽和，流塑，含云母片，含少量貝殼，手感濕滑；未揭穿，全場分布；室內(nèi)土工試驗共57組。ω=59.6%，ρ=1.64 g/cm3，e0=1.674；快剪 Cq=7.4 kPa、Фq=3.9°；靜力觸探:錐頭阻力qc=0.20 MPa，側(cè)阻力fs＝4.5 kPa。

（4）④層:淤泥，層厚8.10 m～9.20 m，層頂高程-13.49 m～-12.29 m；

（5）⑤層:淤泥質(zhì)粘土，未鉆穿，揭露最大厚度15.70 m，層頂高程-22.39 m～-20.49 m。

3 外江圍堰設(shè)計方案對比分析

水利工程項目施工建設(shè)中，圍堰是項目建設(shè)的核心，對工程項目資源優(yōu)化及擴大經(jīng)濟效益具有重要作用。圍堰設(shè)計是水電工程施工導(dǎo)流的重要環(huán)節(jié)。設(shè)計過程中應(yīng)注意洪水、導(dǎo)流能力的計算，緊密結(jié)合工程的實際情況，選取設(shè)計參數(shù)，控制圍堰尺寸滿足項目要求。

3.1 原設(shè)計方案—常規(guī)土石圍堰

現(xiàn)狀灘涂面高程約為2.0 m，根據(jù)城區(qū)類似工程，原設(shè)計考慮采用鋼管樁土石圍堰[2]。

圍堰斷面結(jié)構(gòu)形式見圖1:樁徑Φ220 mm、樁距0.6 m、二排樁排距1.2 m、樁長10 m，分別在高程1.5 m、4.88 m處設(shè)槽鋼拉梁，圍堰上游高程4.38 m處采用編織袋裝土壘筑寬0.88 m，下斜邊坡為1∶1.5。圍堰下游4.38 m高程處設(shè)0.88 m寬拋石平臺，下斜邊坡為1∶1.5，兩鋼管樁間采用編織袋裝土回填，外排樁內(nèi)側(cè)由竹籬片擋土，竹籬片內(nèi)側(cè)加止水彩布加強止水，圍堰總長度66.6 m。

該方案為常規(guī)土石圍堰，廣泛用于內(nèi)河施工中，但對于本工程的特殊情況，實施中存在很多缺點。

（1）占地面積大。下新田水閘工程圍堰高度較高，上下游均采用放坡形式，特別是內(nèi)側(cè)護坡，高差約為5.78 m，故圍堰占地面積較大，約為1198 m2。

（2）施工難度大。水閘工程圍堰設(shè)計以海堤的拋石鎮(zhèn)壓層作為圍堰基礎(chǔ)，層厚不一，導(dǎo)致鋼管樁施工無法打穿拋石層，對施工造成很大困難。

（3）圍堰投資大。工程圍堰斷面大，相應(yīng)的工程量和圍堰投資也比較大，經(jīng)初步估算，下新田水閘原圍堰設(shè)計方案投資約為90萬元。

圖1 原設(shè)計下游圍堰斷面結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 優(yōu)化后設(shè)計方案—利用下游永久防沖樁兼做圍堰

優(yōu)化后設(shè)計方案利用原設(shè)計下游永久防沖樁。原設(shè)計防沖樁為密排Φ800鉆孔灌注樁，樁長12 m，間距0.9 m，主要布置在防沖槽末端，用于加強水閘末端防沖，呈“]”字型與上游消力池銜接。由于圍堰的作用主要是保證防沖槽以上段的施工安全，工程量小，可候潮施工，因此可以利用該防沖樁作為圍堰。原設(shè)計防沖樁樁頂標(biāo)高-0.5 m，所需圍堰頂標(biāo)高為4.88 m，因此需調(diào)整防沖樁樁長，即底高程較原設(shè)計加長5 m，頂高程較原設(shè)計加高5 m，共加長10 m。樁頂設(shè)C25鋼筋砼帽梁，迎水側(cè)由內(nèi)向外分別為竹籬笆+350 g/m2無紡?fù)凉げ肌⒕幙棿钔良皰伿罌_。見圖2。

因原設(shè)計“]”字型平面布置與防洪堤未形成封閉，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整兩側(cè)防沖樁布置成喇叭口[3]，與未破堤段的防洪堤進行閉合防滲。調(diào)整后圍堰總長度為49.3 m。

結(jié)合工程實際情況，該方案具有較多優(yōu)點。

（1）占地面積小。由于內(nèi)側(cè)采用密排灌注樁，較鋼管樁有更強的抗彎性能，可取消內(nèi)側(cè)護坡，占地面積約為429 m2，較原方案小。

（2）施工難度低。優(yōu)化設(shè)計方案采用鉆孔灌注樁（沖擊鉆）[4]，無需開挖拋石層即可成孔，施工難度小，施工質(zhì)量有保證。

（3）圍堰投資少。優(yōu)化設(shè)計方案在已有永久樁基基礎(chǔ)上適當(dāng)加長，僅需計算加長部分的樁基投資作為圍堰投資，且圍堰線路長度較短，總體上圍堰投資少。經(jīng)初步估算，該方案投資約為70萬元，較原設(shè)計小。

圖2 優(yōu)化后下游圍堰斷面結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)語

圍堰工程作為水利工程項目建設(shè)的核心，具有至關(guān)重要的作用。圍堰設(shè)計應(yīng)在詳細勘察項目實際概況的基礎(chǔ)上擬定方案，合理選取圍堰結(jié)構(gòu)，對圍堰布置進行全面優(yōu)化。

經(jīng)過對溫州市下新田水閘工程現(xiàn)狀進行全面分析，優(yōu)化后的外江圍堰采用原設(shè)計防沖樁兼做臨時圍堰，已取得良好成效。該方案的實施保證了溫州市下新田水閘工程的施工方便可靠，投資收益豐厚，且能在合同要求工期內(nèi)順利完成施工任務(wù)，得到了參建各方的一致好評，可為類似工程提供參考。