某工程防沖趾墻設計方案優化

童富業

(中國市政工程西北設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 項目簡介

擬建管道全線敷設于雷壇河河道內，雷壇河近似南北向帶狀分布，總的地勢為北高南低，地面高程為1528.62～2086.36m，地貌形態上主要分為構造剝蝕低中山區和侵蝕堆積河谷區。河道內地表水水量大，河床地質條件以沖積砂礫石為主，局部地段為夾淤泥質土及生活垃圾。為避免管頂回填土因水流沖刷流失，最終致管道露出、造成工程再次損毀，設計采用防沖趾墻結構作為防洪防沖刷措施，順河流方向平均每50m滿河道寬度布設埋深為3.5～4m的防沖趾墻固定管道及河床。阿干鎮至峴口子段采用20a一遇防洪標準，沖刷深度約3.26m，防沖趾墻高3.5m；峴口子至南繞城高速段采用50a一遇防洪標準，沖刷深度為4.41m，防沖趾墻高4.5m；南繞城高速段至黃河段采用100a一遇防洪標準，沖刷深度為4.57m，防沖趾墻高4.5m。防沖趾墻為鋼筋混凝土矩形斷面形式：墻厚0.5m、全斷面布設，間距為河道橫斷面寬的3倍，并在防沖趾墻下游設置厚度為0.5m的電焊石籠鋪蓋，寬度為河道橫斷面寬，沿河流方向長度5m。起點位于阿干鎮，終點接孫家臺，管道主要用于污水收集，干管全長26.233km。

2 項目存在的問題

開工后進入具體施工階段，根據前期制定的施工方案，固定主管道的防沖趾墻為鋼筋混凝土現澆形式。第一，因地質條件差，河道狹窄，結構埋深達4m，基坑透水嚴重，如采用現澆結構，鋼筋安裝、模板安裝等工序施工作業時間長，滿足不了現澆結構施工條件。其次，采用現澆結構施工，基坑內施工持續時間長，極易塌方，不具備支護條件，安全隱患大。第三，采用現澆結構施工，受工作面狹小、施工導流條件限制，工期無法滿足要求。

3 問題分析和解決方案

根據防沖趾墻的使用功能及對原設計結構分析，將防沖趾墻下部1/2～2/3段埋設至河床1.5～2m以下，下部采用預制結構與上部現澆結構結合成整體，既能滿足施工條件又能達到原設計結構的結構安全與使用功能。建設、設計、監理、施工單位共同組織專家論證，一致認為方案可行。通過技術經濟分析，具體方案如下。

3.1 有效解決場地受限及縮短基坑暴露和抽排水時間

采取的板塊預制及施工總體工藝：根據防沖趾墻結構設計深度，K0～K12段防沖趾墻高度為4m，K12～K26+233段防沖趾墻高度為4.5m。結合現場地質條件、施工安全、模板配制模數、施工吊裝條件，下部高度2.4m采用預制標準塊和調節塊2種板塊，標準塊橫向分段寬度1.2m，用于墻體大面積施工部位，調節塊分段寬度0.6m，用于長度不能滿足標準塊安裝部位的長度調節及原有自來水管道下方安裝空間受限處。上部現澆高度分別為1.6m(墻高4m)和2.1m(墻高4.5m)。標準塊單塊重量約3.5t，調節塊單塊重量約1.8t，采取現場空余場地預制，微型隨車吊和挖掘機配合安裝，減小了因工作面狹小混凝土二次倒運的難題，如圖1所示。

圖1 防沖趾墻預制改現澆示意圖(單位:mm)

(1)鋼筋配筋。鋼筋直徑及間距按原設計(如圖2所示)不變，豎向筋采用預制板塊頂部外伸搭接錨固長度布置(35d，d為鋼筋直徑,同一截面接頭數量不大于50%)，橫向筋按閉口箍筋配置，便于加工及安裝。

圖2 防沖趾墻設計配筋(單位:mm)

(2)吊環鋼筋。采用HPB235鋼筋制作，標準塊采用2個φ16吊環，調節塊采用1個φ16吊環，吊環筋布設在預制塊頂部，沿墻板厚度方向居中布置，標準塊沿橫向布設于距兩端各0.2m處，調節塊沿橫向居中布置，吊環筋錨固長度≥30d(d為鋼筋直徑,不包含彎鉤)。

(3)預制要求。標準塊采用集中預制，在各防沖趾墻施工部位就近選擇預制場地，避開溝槽開挖面、堆土區、吊裝、導流河水施工工作面，調節塊根據各標段實際情況采用現場預制或集中預制，在達到設計混凝土強度90%以上進行安裝。

(4)溝槽開挖。根據各防沖趾墻現場地質條件、地形條件、施工導流條件，合理確定開挖及預制塊安裝順序，槽底厚度為10cm采用人工清底，保證槽底地基不受擾動，及槽底標高和平整度滿足要求，同時做好降排水。

(5)板塊安裝。采用挖掘機配合微型隨車吊安裝，根據每道防沖趾墻沿河道橫斷面方向逐塊安裝，安裝以使用標準塊為主，由污水主管道位置，沿管道外壁向兩側逐塊安裝，全部使用標準塊不能滿足安裝寬度要求部位，采用調節塊補充；安裝過程中使用直徑10cm以上圓木對撐臨時固定。

(6)回填。防沖趾墻板兩側分層對稱回填，防止墻板受不對稱土壓力發生傾斜，邊回填，邊夯實，回填高度距板頂與現澆結合部位約20cm。

(7)板塊拼縫及透水孔布設。上部1.6m(2.1m)現澆部分，按原設計位置、間距設置透水孔及反濾包，下部2.4m預制部分，取消透水孔，墻板間豎向拼縫，在防沖墻上游側設置級配砂礫石反濾層。

(8)現澆部分施工。結合預制安裝分段、施工導流條件分段多工點平行流水作業。

3.2 有效解決河水導流問題

河道狹窄地段直接采用長12m直徑800mm壁厚8mm的導流鋼管，上下游管口位置設土圍堰，管底標高控制在防沖趾墻頂上方10cm處；河道較寬處采用左右分幅施工，左(右)幅施工時河水導流至右(左)幅。

因此，可考慮將防沖趾墻原位現澆方案改為現澆加預制安裝方案即不改變原方案防沖效果，同時也能滿足河道狹窄無法大開挖的要求，還可以將現澆部分和預制部分錯位平行施工。經過調整，原現澆混凝土數量減少近2/3，預制部分和現澆部分錯位同時施工，可大大壓縮工期，降低施工難度，減小施工安全風險。

4 方案實施及取得的成果

調整后的方案經建設、設計單位、監理單位、施工單位共同論證，一致認為方案可行。因此最終的施工方案由原來的原位現澆改為現澆加預制方案平行施工作業(如圖3所示)，現場僅用了55d即完成了所有的防沖趾墻施工，大大節省了工期，同時極大地減少了流入黃河的污水，受到沿線人民群眾一致好評。后經成本核算，此次方案調整共計節省成本約388萬元。項目于2020年6月底如期竣工，未發生任何等級質量、安全和環境事故。

圖3 防沖趾墻下部為預制上部現澆施工

5 結語

本項目以在狹窄常流水河道埋設污水管線，為在短時間內治理污水污染黃河問題，確保污水管線穩定，對在以往工程案例中鮮有采用的防沖趾墻設計方案進行優化，原設計現澆方案在現場客觀條件限制下很難在短時間內完成，且河道上游隨著天氣變化冰雪融水形成的洪水時有發生，夏季防洪應急能力面臨巨大挑戰。項目部臨危受命，通過結合現場情況，因地制宜，優化調整設計及施工方案，才使得項目能夠取得良好的經濟效益及社會效益。本案例可以對其他相似類型黑臭水體治理工程管道沿河道埋設施工的設計方案優化提供借鑒。