粉黏土地質臨海工況下 臨時止水圍堰結構型式研究

時學海

摘 要：本文對大唐東營2×1000MW新建工程廠外取排水口臨時圍堰型式進行研究，綜合考慮黃河流域粉黏土地質及取材方便等特點，結合油田及政府部門對臨時圍堰的要求，確定采用充填砂袋、鋼板樁及倒“T”混凝土壓頂的結構型式。對圍堰不同工況的穩定性和滲透進行了計算，并進行了物模實驗。圍堰施工后抵御了多次風暴潮，滲水量控制較好，為類似工程的施工提供參考。

關鍵詞：黃河流域;粉黏土地質;臨時圍堰;穩定性;止水滲流

中圖分類號：U655? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）07-0067-04

1? 工程概況

1.1? 工程簡介

大唐東營2×1000MW新建工程海水取排水工程為滿足取排水口干施工需要，需在海側修建一道580m的圍堰。其中臨時段長度380m，內部結構施工完成后再予以拆除;永臨段長度200m，內部干施工完成后部分拆除并與新建北堤銜接共同防波擋浪。因陸域有大量油井及煉油設施，要求臨時圍堰能夠抵御東營港地區百年一遇的風暴潮破壞（如圖1）。

1.2工程地質情況

本工程場地地層以粉質黏土、粉土、粉砂為主。穿堤箱涵設計底標高為-7.0m，位于粉土層，該層土滲透性較好，在內外水頭壓力差作用下，易形成管涌。

2圍堰結構型式確定

2.1圍堰結構型式比選

圍堰屬臨時工程，工程完工后須予以拆除，投資不宜過高，設計既可靠又經濟的防滲結構，是袋裝砂圍堰結構設計的關鍵，同時圍堰止水也是工程成敗的首要問題之一。該地區砂源豐富，優先考慮袋裝砂結構形式，該結構成本低，防水性能較好。目前常用袋裝砂的臨時止水圍堰的結構型式主要有：充填砂袋+黏土芯墻結構;充填砂袋+高壓旋噴樁墻結構、充填砂袋+混凝土防滲墻結構及充填砂袋+鋼板樁結構。由于本地區黏土資源缺乏，高壓旋噴樁及混凝土防滲墻結構施工易對充填砂袋造成破壞且后期拆除難度大，本圍堰最終采用采用充填砂袋+鋼板樁結構。

2.2圍堰斷面型式確定

根據設計水文情況，百年一遇的潮位為2.88m，東營地區每年10月份至次年的4月份為東北風盛行季節，會導致該地區增水，結合業主要求，圍堰頂標高定為+5.0m。

臨時圍堰堤心采用充填砂袋，從堤心向外依次為400g/m2的土工布，500mm厚的碎石墊層，700mm厚200～300kg塊石墊層，2t扭王字塊體護面，堤身內側打設長度為15m的拉森Ⅳ鋼板樁。堤頂結構考慮三種膜袋混凝土、“L”混凝土、倒“T”混凝土三種結構。其中膜袋混凝土結構經計算不滿足穩定性要求，“L”混凝土結構雖滿足驗算要求，但物模實驗失穩。最終選用倒“T”混凝土結構，斷面圖如2、3。

3? 圍堰穩定分析

3.1? 計算工況分析

圍堰驗算與考慮三種不同工況：

（1）圍堰外側極端水位2.88m，內側水位為最低水位-1.0m;

（2）圍堰外側極端水位2.88m，內側將水抽干-4.0m;

（3）圍堰外側極端水位2.88m，內側降水抽干，并開挖至基坑底部-7.0m。因臨時圍堰結構距離開挖面較遠約35m，且開挖深度較小（-4.0m），只考慮前兩種工況，永臨結合部位緊鄰圍堰，需將三種工況全部考慮。

3.2? 計算方法及參數分析

3.2.1計算方法

采用易工水運工程結構CAD集成軟件（土坡穩定模塊）計算整體穩定;若不穩定，考慮鋼板樁作用，并使用理正深基坑支護5.3計算鋼板樁踢腳穩定;

3.2.2計算條件和參數（如表1）

滑動面形狀：圓滑

計算采用方法：簡單條分法

土層指標采用：總應力法

不考慮地震

安全等級：二級

3.3? 計算結果

以永臨結合部圍堰（斷面2-2）為例，計算3種工況圍堰穩定性。臨時段圍堰（斷面1-1）穩定性計算在本文不再贅述。

（1）工況一（極端高水位2.88m+抽水至-1.0m+開挖至-7.0m，考慮鋼板樁）如圖4、表2。

（2）工況二（極端高水位2.88m+抽水至-4.0m+開挖至-7.0m，考慮鋼板樁）如圖5、表3。

（3）工況三（極端高水位2.88m+抽水至-7.5m+開挖至-7.0m，考慮鋼板樁）如圖6、表4。

4? 圍堰物模實驗分析

為進一步驗證斷面形狀的穩定性，對擬定充填砂袋+鋼板樁+“L”混凝土塊及倒“T”混凝土塊進行物模實驗驗證。在長90m，寬1m，深1.8m的水槽內，通過造波器模擬百年一遇水位的最不利情況，驗證結果“L”混凝土塊壓頂發生失穩，倒“T”混凝土塊壓頂穩固（如圖7、8）。

5? 圍堰滲透計算

根據《建筑基坑支護技術規程》 JGJ 120-2012附錄C滲透穩定性計算可得：

可得出滲流穩定。

式中：

Kf-流土穩定性安全系數;安全等級為一級的支護結構，Kf分別不應小于1.6;

ld-截水帷幕在坑底以下的插入深度（m），取ld=6.9;

D1-潛水面或承壓含水層頂面至基坑底面的土層厚度（m），取D1=4.5;

r–土的浮重度（kN/m3），取r=9.2;

h-基坑內外水頭差（m），取h =8.1;

rw-水的重度（kN/m3），取rw =10。

可得Kf=1.98>1.60，滿足要求。

6結語

臨時圍堰建成后，成功度過了2018年10月至2019年4月的東營風暴潮季節，經受住多次風暴潮的洗禮，同時圍堰內部基本無滲水，為取排水箱涵創造了良好干施工條件。實驗證明充填砂袋+鋼板樁+倒“T”混凝土結構臨時圍堰能夠適應黃河流域粉黏土地質，該結構型式圍堰穩定性及防滲效果均滿足設計及規范要求，同時該結構施工方便，造價低，便于后期拆除，能夠為類似工程的施工提供借鑒（如圖9）。

參考文獻：

[1] 張海龍， 馬斌，梁亞平.充填袋裝砂圍堰防滲結構研究[J].陜西水利，2017.

[2] 楊新才，王俐. 某船塢塢口圍堰設計及其止水技術[J].港工技術，2015.

[3] 中國建筑科學研究院. 建筑基坑支護技術規程[J].2012.