城市靜水流域土圍堰施工工藝

伍華剛 蔣逸謙 王凱

作者簡介：

伍華剛（1989—），經(jīng)濟(jì)師，主要從事公路橋梁施工技術(shù)工作。

文章以鄂爾多斯市烏蘭木倫河3號橋為例，介紹了城市景觀橋梁建設(shè)過程中土圍堰的計算與建造方法，并從測量勘察、圍堰填筑、環(huán)保措施等方面分析了靜水流域土圍堰的施工工藝，為類似景觀橋梁的土圍堰建造提供借鑒。

景觀橋梁;靜水流域;砂性;土圍堰

U443.16+2A301043

0 引言

在橋梁工程建造中，會用到圍堰，有土圍堰、鋼圍堰、混凝土圍堰、竹籠圍堰等形式[1-2]。在水深<2 m，流速<0.3 m/s的水域中，通常采用土圍堰的形式，具有施工簡便、造價低、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)[3]。

由于土圍堰主要為土質(zhì)結(jié)構(gòu)，土質(zhì)部分會對附近水域造成污染，而城市中的景觀河道大多不通航，為靜水流域，土圍堰的土質(zhì)對于水域的污染效果更加明顯，不符合城市建設(shè)的環(huán)保要求[4]。同時，土圍堰不僅要承受水流的不斷沖刷，還需要承受車輛及特種設(shè)備的壓力，無疑對土圍堰的穩(wěn)定性及承載力提出了更高挑戰(zhàn)[5-6]。本文針對靜水流域土圍堰的施工進(jìn)行總結(jié)，對圍堰施工具有指導(dǎo)意義。

1 工程概況

烏蘭木倫河3號橋是國內(nèi)首座雙飛翼景觀特大橋梁，橋位區(qū)內(nèi)地表水系主要為烏蘭木倫河，為人工河，水位常年穩(wěn)定，康巴什境內(nèi)烏蘭木倫河長度為9.24 km，全部已治理，河道比降為1/1 572，河段現(xiàn)狀河道底寬260～760 m。烏蘭木倫河3號橋位于烏蘭木倫水庫壩址以下3.4 km處，橋位處流域面積為347.8 km2，其中烏蘭木倫水庫壩址以上控制流域面積為328 km2，區(qū)間流域面積為19.8 km2。勘察期間溝中有水流，河道內(nèi)水位標(biāo)高為1 283.5 m，水流深約1.7～2.5 m。橋位區(qū)屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，微地貌屬構(gòu)造剝蝕丘陵斜坡與溝谷兩種地貌形態(tài)。地形一般較平緩，局部起伏較大，植被較發(fā)育。河床較平坦，岸坡較陡，建設(shè)場地區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定。本項目采用超高空間異形支架體系作為臨建結(jié)構(gòu)，輔助完成鋼箱梁、鋼箱拱的吊裝。因本項目采用支架施工法，樁基較多，且承臺、立柱等永久結(jié)構(gòu)均需在橋面下進(jìn)行施工，為截止水源，采用土圍堰進(jìn)行臨時防護(hù)。本文主要從理論計算、測量放樣、圍堰填筑、頂面硬化等方面介紹土圍堰的施工工藝。

2 理論計算

2.1 土圍堰滲流計算

土圍堰基底為原狀巖層，巖層結(jié)構(gòu)通過地勘報告確定，該部分計算按透水地基上土壩進(jìn)行滲流計算。根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘查規(guī)范》表2～3分級，確定透水系數(shù)的取值。計算時按實際情況進(jìn)行取值，內(nèi)側(cè)邊坡0 m水位為極限狀態(tài)，邊坡類型為透水堤基貼坡式排水。

根據(jù)計算結(jié)果中單位寬度滲流量及每日滲流量等制定防護(hù)措施，通過土袋堆填及兩布一膜覆蓋、基坑集水溝及抽水泵循環(huán)工作等措施，即可處理外部滲水，不影響基坑內(nèi)施工。

2.2 穩(wěn)定性計算

由于土圍堰平臺用于施工車輛通行，考慮為“土體抗剪強(qiáng)度不足而滑動”失穩(wěn)類型，擬用圓弧滑動法（條分法）進(jìn)行穩(wěn)定性驗算。將圍堰尺寸及各項土質(zhì)特性導(dǎo)入理正巖土計算6.0版軟件中，考慮滲水及土工布圍擋情況，以0.5 m為步長自動驗算最不利圓心及半徑，考慮圍堰使用過程中的最重特種設(shè)備為最不利荷載，偏壓便道。

2.3 圍堰設(shè)置

圍堰填土采用砂性土與水泥結(jié)合填筑，以提高圍堰整體穩(wěn)定性。通過計算，滿足后期使用設(shè)備的最不利荷載，偏壓便道。承臺側(cè)坡度≤1∶1，親水側(cè)坡度≤1∶2，頂寬設(shè)置15 m，滿足大型車輛通過。圍堰的填筑高度根據(jù)河道高度確定，高出河道≥1 m。圍堰由北岸填筑至南岸，預(yù)留由圍堰邊至岸邊30 m不填筑，以便水流的順利流動。為保證南北岸連通，臨時搭設(shè)棧橋，以便施工人員通行。

3 測量勘察

3.1 現(xiàn)場勘察

圍堰施工前，按圖紙對兩岸土質(zhì)、地形進(jìn)行勘察，設(shè)計最優(yōu)的施工便道。便道設(shè)計需考慮車輛通道臨邊是否有臨時建筑或不穩(wěn)定建筑，做好保護(hù)措施后再進(jìn)行施工。為確保車輛施工過程中的安全，車輛通道填筑延長到岸上50 m，使其最大坡度≤15%，轉(zhuǎn)彎處加寬至20 m以上，并對臨邊構(gòu)筑物采取加固措施，如圖1～3所示。

3.2 測量放樣

根據(jù)填土圍堰的平面布置圖，利用全站儀在對應(yīng)的樁號位置進(jìn)行放樣圍堰的平面坐標(biāo)，其中主拱座圍堰邊距承臺外邊線10 m，將竹片打入對應(yīng)的放樣點(diǎn)便道土中，以便于標(biāo)示。放樣點(diǎn)在水中插竹竿做好標(biāo)記。當(dāng)因為確實無法標(biāo)示水中的坐標(biāo)點(diǎn)時，為了控制施工的精度，用不斷測量的方式進(jìn)行精度修正。

4 圍堰填筑

4.1 土料堆填

施工時，自卸車運(yùn)輸材料到指定的拋填地點(diǎn)，調(diào)轉(zhuǎn)車頭，往路基中線水域傾倒土料。后繼車輛均順著前一車輛填土形成的坡面從路基中線往前呈三角形方式傾倒砂黏土，再逐次向兩側(cè)全寬范圍擴(kuò)展。推土機(jī)配合自卸車的施工，將堆積的土料往路基水域推填，并將高出水面的填土路堤表面整平。

4.2 路基壓實

當(dāng)土料路堤填高出水面之后，鋪墊平整，然后用振動壓路機(jī)碾壓使堤身密實。行走路徑為從路基兩邊到中間反復(fù)碾壓，一般橫向重疊1/3輪胎軌跡。行走速度≤2 km/h。根據(jù)其他類似工程的施工經(jīng)驗，采用振動壓路機(jī)靜壓1遍、震壓2遍，直到填筑層頂面土塊穩(wěn)定。當(dāng)填筑層頂面不再下沉?xí)r（無輪跡），即可判斷碾壓密實，達(dá)到相關(guān)要求。

4.3 碾壓試驗

本次碾壓試驗為砂巖料的碾壓試驗，試驗使用在最優(yōu)含水量范圍的砂巖土料進(jìn)行。根據(jù)碾壓試驗方案的施工要求，對含水量、厚度、碾壓遍數(shù)不同的碾壓層進(jìn)行干密度檢測，檢測其是否達(dá)到設(shè)計要求，若符合設(shè)計要求，以此確定各項施工參數(shù)。本次試驗采用環(huán)刀法對砂巖土進(jìn)行取樣。

4.4 邊坡防護(hù)

（1）兩布一膜覆蓋于圍堰的親水側(cè)，土袋覆蓋于兩布一膜的外側(cè)，并在最外側(cè)籠蓋一層迷彩網(wǎng)。

（2）堰堤土袋頂面寬度為1.8 m，高度超出水面≥1 m，單向坡≤2%，堰堤任何一側(cè)的放坡均≤1∶1。

（3）土袋內(nèi)裝入不滲水的黏性土，用人工裝土的方式，裝入袋容量的2/3左右，扎緊袋口。將土袋投放至水中，上下層土袋錯開堆放，土袋整體需平整，靠水側(cè)的土袋可裝入細(xì)小的砂石增大重量，防止被水流沖走。

5 環(huán)保設(shè)置

5.1 濾網(wǎng)、迷彩網(wǎng)布置

圍堰施工時會向河床內(nèi)卸土，此時由于水的流通性，導(dǎo)致污染面積擴(kuò)大，使周圍水質(zhì)大面積污染。故施工前就需要在河床上下游間隔2 m的位置設(shè)置濾網(wǎng)/防污帷幕，進(jìn)行防污染處理。同時，在邊坡土袋表面覆蓋迷彩網(wǎng)，防止邊坡土壤的擴(kuò)散。

5.2 頂面硬化

圍堰填土頂面鋪設(shè)20 cm水穩(wěn)層，以提高圍堰的承載負(fù)荷，防止車輛荷載局部集中以及降水對圍堰的破壞，可以有效提高圍堰整體的穩(wěn)定性和耐用性，對長期施工有保證。路面顏色分明，可提高夜間施工的安全性。

5.3 排水系統(tǒng)建設(shè)

圍堰建設(shè)完成后，需要清理圍堰內(nèi)部的積水。圍堰內(nèi)清水部分抽出后直接排入現(xiàn)有河道內(nèi)，被污染部分需要排入污水系統(tǒng)。提前建立排污系統(tǒng)，使得圍堰內(nèi)污水能夠及時排除，保證圍堰內(nèi)的施工進(jìn)度。

6 結(jié)語

本文以烏蘭木倫河3號橋土圍堰的計算、建造為例，通過理論設(shè)計、圍堰填筑、防護(hù)措施等操作可知：

（1）相對于傳統(tǒng)的土圍堰施工方法，將水泥與砂性土混合，并對主體兩側(cè)頂面進(jìn)行混凝土硬化，能夠有效提高圍堰的穩(wěn)定性和承載力。

（2）使用新型的濾網(wǎng)/防污帷幕，更加有效地防止了土圍堰在施工及使用中對河道造成的污染，滿足城市景觀河道對水質(zhì)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）迎水面使用兩布一膜以及土袋堆砌，有效地減少了河水對圍堰的沖刷力，提高了圍堰的穩(wěn)定性。

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