王鑫焱
(安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司 合肥 230088)
上新埂二站屬于東大圩水系治理及濕地建設(shè)工程中的建設(shè)內(nèi)容,東大圩是合肥市周邊融農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、田園觀光、鄉(xiāng)村度假為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)示范區(qū)。擬建的上新埂二站位于南淝河右岸、老上新埂站下游約50m 處,具有抽排澇水和給濕地補(bǔ)水的雙重功能,抽排流量為7.0m3/s,反向補(bǔ)水流量為0.8m3/s,裝機(jī)7 臺(tái)套。泵站由進(jìn)水池、站身、壓力水箱、穿堤出水涵、防洪控制段、控制閥井和出水管道等構(gòu)成。
上新埂二站為堤后式泵站,泵房為分基型,臥式機(jī)組,底板高程8.0m。泵房進(jìn)水側(cè)設(shè)置斜坡式擋墻,擋墻頂高程8.5m,底高程5.5m。進(jìn)水池底板高程3.6m。壓力水箱的底板高程為10.7m,穿堤出水涵的底板高程為10.7~7.7m,防洪閘底板高程為7.7m。南淝河堤為1 級(jí)堤防,穿堤涵處堤頂高程約15.5m,堤內(nèi)地面高程約7.5m。
該工程主體工程施工相對(duì)簡(jiǎn)單,但穿堤涵、防洪閘、出水池及兩側(cè)翼墻等外臨南淝河,施工時(shí)需要布置擋水圍堰,而南淝河是通航河道,施工期不得影響航運(yùn)安全,因此,外河側(cè)擋水圍堰的選型及布置尤為重要,既要滿足基坑安全,又不能影響航運(yùn)及度汛安全。
擬建場(chǎng)地位于南淝河右堤內(nèi)坡、排澇溝之間,筑堤前原地面標(biāo)高約在9.5~6.5m 之間,起伏較大,微地貌屬南淝河一級(jí)階地。站址處,現(xiàn)狀南淝河右堤頂高約15~15.5m,內(nèi)坡腳高程為8.5~8.7m。站址處勘探揭露的地層依次如下:堤身填土,以重粉質(zhì)壤土為主,夾中粉質(zhì)壤土,近排澇溝擋墻處夾含碎石及少量塊石,主要分布在堤身處,層底高程9.60~6.08m;中、重粉質(zhì)壤土,夾少量輕粉質(zhì)壤土薄層,層厚1.4~2.1m,層底高程7.40~5.56m;中夾輕粉質(zhì)壤土,層厚0.7~1.9m,層底高程6.14~5.06m;淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土,層厚2.5~6.4m,層底高程2.76~-0.82m;重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土,層厚1.8~3.5m,層底高程-0.36~-2.73m;中粉質(zhì)壤土,局部為重粉質(zhì)壤土,夾薄層輕粉質(zhì)壤土、砂壤土,該層未揭穿。
上新埂二站為小(1)型泵站,南淝河堤為1 級(jí)堤防,根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2017),穿堤涵級(jí)別與堤防級(jí)別相同,為1級(jí),站身及進(jìn)水池等為3~4 級(jí)。相應(yīng)的外側(cè)擋水圍堰導(dǎo)流建筑物級(jí)別為4 級(jí),導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)選用10年一遇進(jìn)行設(shè)計(jì)。
泵站穿堤涵洞導(dǎo)流時(shí)段選擇在11月至次年3月,泵站施工時(shí)上游來(lái)水均通過(guò)圩內(nèi)水系與中心溝連通,利用圩區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的老東林站及上新埂站排入南淝河。施工時(shí)泵站在上下游填筑圍堰擋水。
上新埂二站處南淝河施工期11月至次年3月水位為9.8m,河底高程4~7.5m。
泵站施工前南淝河側(cè)需要填筑圍堰擋水,而南淝河為通航河道,基坑邊線距離南淝河主航道僅64m。目前南淝河日船舶流量約50 艘次,施工期間,需保障正常通航要求,為減小工程施工對(duì)過(guò)往船舶通航安全的影響,根據(jù)海事部門相關(guān)要求,南淝河主航道寬約60m,右岸邊線距離堤頂邊線距離約27m,航道范圍不得占用。因此,外側(cè)圍堰無(wú)法采用均質(zhì)土結(jié)構(gòu),擬采用袋裝土圍堰和鋼圍堰兩種方案進(jìn)行比選。
4.1.1 圍堰斷面設(shè)計(jì)
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量地形情況及規(guī)范要求,擬定袋裝土圍堰的施工方案。袋裝土圍堰上部寬為 2m,水深2.3~4.1m,根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn),擬定袋裝土內(nèi)外邊坡均為 1︰1.5,圍堰設(shè)計(jì)擋水位9.8m,圍堰頂標(biāo)高10.6m,圍堰最大高度約3.8m。
4.1.2 圍堰施工方案
圍堰采用粘性土裝袋,由 8t 自卸汽車或者裝載車轉(zhuǎn)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng),挖掘機(jī)取土,編織袋人工裝土,在大堤外側(cè)將亂石堆放成平臺(tái),挖掘機(jī)和吊機(jī)在平臺(tái)上工作,吊機(jī)將袋裝土吊至施工部位均勻填實(shí)。袋裝土圍堰外側(cè)搭設(shè)防撞鋼管樁,圍堰內(nèi)側(cè)干地施工泵站穿堤涵。為了防止雨水沖刷和風(fēng)浪的影響,圍堰填筑完成后,迎水面外側(cè)坡腳及坡頂采用裝土編織袋壓實(shí)防護(hù)以及拋石防護(hù)。袋裝土圍堰施工需要拆除南淝河大堤砌石及外坡拋石。工程施工結(jié)束,擬采用抓斗式挖泥船挖土,船舶運(yùn)土送棄土區(qū)堆放。
4.1.3 對(duì)南淝河航道的影響
采用袋裝土圍堰基本能滿足海事對(duì)航運(yùn)的要求,但在圍堰施工及拆除期間,短期內(nèi)對(duì)航運(yùn)有一定影響,運(yùn)行期間與過(guò)往船只發(fā)生碰撞風(fēng)險(xiǎn)也較大。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:一是圍堰填筑及拆除階段,施工設(shè)施均會(huì)占用一定的通航水域。袋裝土圍堰頂高程10.6m,頂寬2m,內(nèi)外坡1︰1.5。施工設(shè)施沿航道方向占用了約120m 的通航水域?qū)挾?,施工設(shè)施距離航道底邊線僅約14m。二是過(guò)往船舶與施工設(shè)施碰撞風(fēng)險(xiǎn),在圍堰搭設(shè)及拆除階段,需要使用汽車吊、挖掘機(jī)等各類施工設(shè)施,船舶存在與其發(fā)生碰撞的可能性,尤其是下行的船舶。拆除圍堰時(shí)需要用到挖泥船,施工拋石防沖槽時(shí)需要用到船舶,與其發(fā)生碰撞的可能性增加。三是擬建工程位于南淝河與店埠河交匯處,河道水流條件復(fù)雜,河道中可能會(huì)產(chǎn)生漂流物碰撞圍堰,影響正常施工;四是南淝河水流對(duì)袋裝土圍堰會(huì)造成一定沖刷,對(duì)袋裝土圍堰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在威脅。圍堰頂高程 10.6m,水位較高時(shí)疊加船行波的影響,存在堰頂過(guò)流風(fēng)險(xiǎn)。
4.2.1 圍堰斷面設(shè)計(jì)
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量地形情況以及對(duì)圍堰施工通航要求、安全性、可行性考慮,南淝河側(cè)圍堰擬采用雙層鋼板樁內(nèi)填粘土結(jié)構(gòu)圍堰。圍堰設(shè)計(jì)擋水位9.8m,頂標(biāo)高取10.6m。采用熱軋U 型鋼板樁,雙層布置,中間間隔 5m,填均質(zhì)土,單片樁寬400mm,高170mm,長(zhǎng)9m。鋼圍堰頂高程 10.6m,頂部寬度5m,設(shè)拉桿。圍檁采用 400×400×13×21H 型鋼,支撐體系采用Φ609mm×16 圓管加活絡(luò)頭。
靠近大堤采用袋裝土圍堰與鋼板樁接頭,袋裝土迎水側(cè)坡腳及坡頂采用防雨布?jí)簩?shí)防護(hù)和拋石防護(hù)。施工期間應(yīng)加強(qiáng)對(duì)大堤的沉降、位移等變形觀測(cè),鋼板樁圍堰拆除后需對(duì)鋼板樁產(chǎn)生的施工縫進(jìn)行處理,以保證大堤的安全性。
4.2.2 圍堰施工方法
鋼圍堰施工采用打樁船一艘,駁船一艘,打樁船施工時(shí)順河道方向布置,采用定位樁固定,打樁船尺寸為 31.5m×6.0m×1.6m(總長(zhǎng)×型寬×型深),在拋石防沖槽的施工階段需要用到一艘施工船,施工船尺寸為5m×6.5m×1.5m。駁船規(guī)格為 150t,用于運(yùn)送鋼管樁。為防止板樁的屈曲變形和提高樁的貫入能力,一般都需要設(shè)置一定剛度的、堅(jiān)固的導(dǎo)向架,導(dǎo)向架采用 H 型鋼制作,場(chǎng)地平整后按照設(shè)計(jì)尺寸吊裝就位,并連成整體,必要時(shí)在圍檁內(nèi)側(cè)打設(shè)幾根定位樁。然后鋼板樁貼著導(dǎo)向架下沉。振動(dòng)錘打拔鋼板樁,對(duì)準(zhǔn)樁與定位樁的鎖口,錘下降,靠振動(dòng)錘與樁自重壓樁至表層軟弱土以下一定深度不能下降為止。從一角開始逐塊插打,由于單塊打入,易向一邊傾斜,為了確保插打位置準(zhǔn)確,第一片鋼板樁是插打的關(guān)鍵。以第一根鋼板樁為基準(zhǔn),再向兩邊對(duì)稱插打鋼板樁。鋼板樁打設(shè)完畢后,開始安裝圍檁和支撐。圍堰外側(cè)搭設(shè)防撞鋼管樁,在鋼圍堰內(nèi)側(cè)干地施工泵站穿堤涵。施工結(jié)束后,拆除鋼板樁圍堰采用振動(dòng)錘拔除,拔樁前向圍堰內(nèi)灌水,自下而上拆除內(nèi)支撐,先拆除下部支撐,將水灌進(jìn)一層,再拆處上部支撐。拔樁時(shí)先用振動(dòng)錘夾住鋼板樁頭部振動(dòng) 1~2min,使鋼板樁周圍的土松動(dòng),產(chǎn)生“液化” ,減少土對(duì)樁的摩阻力,然后慢慢往上振拔。鋼板樁拔除應(yīng)檢查核對(duì)樁的編號(hào)和長(zhǎng)度,確保鋼板樁完全拔除。
4.2.3 對(duì)南淝河航道的影響
鋼圍堰為矩形斷面,布置范圍比袋裝土圍堰小,更能滿足海事對(duì)航運(yùn)的要求,但在鋼圍堰打拔過(guò)程中,施工機(jī)械短期內(nèi)對(duì)航運(yùn)也有一定的影響:
一是工程附近南淝河主航道水深條件良好,可以保證雙向通航要求,但在鋼板樁打拔期間,需要用到一艘打樁船,仍會(huì)占用部分通航水域,會(huì)對(duì)過(guò)往船舶的通航安全帶來(lái)一定的影響。
二是過(guò)往船舶與施工設(shè)施碰撞風(fēng)險(xiǎn)比袋裝土圍堰小,由于鋼板樁圍堰軸線距離航道更遠(yuǎn),南淝河中的船舶與其發(fā)生碰撞的可能性會(huì)更小。
三是鋼板樁圍堰堰頂過(guò)流結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,南淝河水流對(duì)鋼板樁圍堰的沖刷及堰頂過(guò)流風(fēng)險(xiǎn)同樣存在,但鋼板樁圍堰由于臨水側(cè)為鋼板樁墻,抗沖刷能力強(qiáng),不會(huì)造成結(jié)構(gòu)的破壞。袋裝土圍堰堰頂過(guò)流將對(duì)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定造成巨大安全隱患,而鋼板樁圍堰堰頂過(guò)流對(duì)其整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定影響不大,基坑安全相對(duì)更有保證。
經(jīng)比較分析,當(dāng)采用鋼圍堰時(shí),施工水域距離航道底邊線約 21m, 當(dāng)采用袋裝土圍堰時(shí),施工水域距離航道底邊線約8m。采用鋼圍堰時(shí)施工水域占用較小,能給通行船只提供更安全的通航距離,對(duì)航道的安全通航影響較小。且鋼板樁圍堰抗水流沖刷能力更強(qiáng),堰頂過(guò)流結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好,基坑安全性會(huì)更好。從投資上看,袋裝土方案54 萬(wàn)元、鋼圍堰方案77.5 萬(wàn)元,兩者相差 23.5 萬(wàn)元,但考慮到工程水域復(fù)雜的水流條件以及較高的船流密度,因此最終推薦采用鋼圍堰方案