林長(zhǎng)強(qiáng),李 慧
(溫州市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院,浙江 溫州 325000)
在已建海堤上進(jìn)行穿堤建筑物施工,需設(shè)置圍堰抵御外江潮水對(duì)施工的影響。圍堰的標(biāo)準(zhǔn)、高度、斷面型式等對(duì)工程的實(shí)施難度、投資等具有直接影響,是圍堰施工中需要重點(diǎn)關(guān)注的部分[1]。本文針對(duì)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(jì)方案與優(yōu)化后設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比分析。
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(jí)別為2級(jí)。主要建筑物包括水閘閘室、上游護(hù)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(duì)現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)堤破口施工?,F(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(jí)護(hù)坦平臺(tái),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(hù)面。
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(jì)高潮位5.66 m。
經(jīng)鉆探揭露和地質(zhì)測(cè)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(yàn)無(wú)試驗(yàn)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(yàn)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(chǎng)分布;室內(nèi)土工試驗(yàn)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。
水利工程項(xiàng)目施工建設(shè)中,圍堰是項(xiàng)目建設(shè)的核心,對(duì)工程項(xiàng)目資源優(yōu)化及擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。圍堰設(shè)計(jì)是水電工程施工導(dǎo)流的重要環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意洪水、導(dǎo)流能力的計(jì)算,緊密結(jié)合工程的實(shí)際情況,選取設(shè)計(jì)參數(shù),控制圍堰尺寸滿足項(xiàng)目要求。
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(jì)考慮采用鋼管樁土石圍堰[2]。
圍堰斷面結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1:樁徑Φ220 mm、樁距0.6 m、二排樁排距1.2 m、樁長(zhǎng)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(tái),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(qiáng)止水,圍堰總長(zhǎng)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(duì)于本工程的特殊情況,實(shí)施中存在很多缺點(diǎn)。
(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(hù)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(jì)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(wú)法打穿拋石層,對(duì)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(jì)方案投資約為90萬(wàn)元。
圖1 原設(shè)計(jì)下游圍堰斷面結(jié)構(gòu)示意圖
優(yōu)化后設(shè)計(jì)方案利用原設(shè)計(jì)下游永久防沖樁。原設(shè)計(jì)防沖樁為密排Φ800鉆孔灌注樁,樁長(zhǎng)12 m,間距0.9 m,主要布置在防沖槽末端,用于加強(qiáng)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(jì)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(zhǎng),即底高程較原設(shè)計(jì)加長(zhǎng)5 m,頂高程較原設(shè)計(jì)加高5 m,共加長(zhǎng)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(wú)紡?fù)凉げ?、編織袋填土及拋石防沖。見(jiàn)圖2。
因原設(shè)計(jì)“]”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(jìn)行閉合防滲。調(diào)整后圍堰總長(zhǎng)度為49.3 m。
結(jié)合工程實(shí)際情況,該方案具有較多優(yōu)點(diǎn)。
(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(qiáng)的抗彎性能,可取消內(nèi)側(cè)護(hù)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(jì)方案采用鉆孔灌注樁(沖擊鉆)[4],無(wú)需開(kāi)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(jì)方案在已有永久樁基基礎(chǔ)上適當(dāng)加長(zhǎng),僅需計(jì)算加長(zhǎng)部分的樁基投資作為圍堰投資,且圍堰線路長(zhǎng)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(wàn)元,較原設(shè)計(jì)小。
圖2 優(yōu)化后下游圍堰斷面結(jié)構(gòu)示意圖
圍堰工程作為水利工程項(xiàng)目建設(shè)的核心,具有至關(guān)重要的作用。圍堰設(shè)計(jì)應(yīng)在詳細(xì)勘察項(xiàng)目實(shí)際概況的基礎(chǔ)上擬定方案,合理選取圍堰結(jié)構(gòu),對(duì)圍堰布置進(jìn)行全面優(yōu)化。
經(jīng)過(guò)對(duì)溫州市下新田水閘工程現(xiàn)狀進(jìn)行全面分析,優(yōu)化后的外江圍堰采用原設(shè)計(jì)防沖樁兼做臨時(shí)圍堰,已取得良好成效。該方案的實(shí)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(píng),可為類似工程提供參考。