◎ 許自玉 安徽省港航建設(shè)投資集團(tuán)有限公司

1.工程概況

某復(fù)線船閘工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為Ⅱ級(jí)船閘，為新建 2000 t 級(jí)單線單級(jí)船閘一座，船閘有效尺度為 240m×23m×5.2m，與一線船閘中心距離120m，工程主基坑防滲體系由岸側(cè)防滲帷幕、土圍堰防滲帷幕和雙排樁結(jié)構(gòu)構(gòu)成，形成了一套完整的全封閉式防滲體系。其中船閘上游右岸縱向防滲位于老河道和擬拆除船閘內(nèi)，距離擬修建的退建蓄洪堤堤軸線26米，其地質(zhì)條件為：上層局部為②-0淤泥(Q4al)，層厚0.3～2.3m，需清理至原狀土后回填，回填土采用開挖的粉質(zhì)黏土，下層為⑤粉質(zhì)黏土及黏土(Q3al)，層頂埋深為24.70～45.85m，揭示厚度一般為1.90～28.40m,,平均厚度12.8m，滲透系數(shù)建議值為3×10cm/s。采用混凝土防滲墻，混凝土防滲墻厚度采用60cm，C20P12素混凝土澆筑而成，進(jìn)入較好隔水層深度不小于2m。

該復(fù)線船閘工程對(duì)基坑防滲結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量與施工工期的要求很高，通過施工階段工程施工現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)復(fù)勘等情況分析，原設(shè)計(jì)對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工條件理解不夠深入，船閘上游右岸縱向防滲設(shè)計(jì)布置方案不盡合理，為此，從防滲墻施工工藝優(yōu)化、節(jié)約工期等方面對(duì)該復(fù)線船閘工程基坑防滲施工方案進(jìn)行優(yōu)化。

圖1 防滲布置

圖2 原方案素混凝土防滲墻剖面圖

2.方案優(yōu)化

2.1 原方案介紹

船閘上游右岸縱向防滲墻原位置為防滲帷幕拐點(diǎn)G至防滲帷幕拐點(diǎn)F，位于老河道和船閘內(nèi)，距離退建蓄洪堤堤軸線距離為26米，現(xiàn)狀河道底高程約15m至16m，退建蓄洪堤軸線位于現(xiàn)狀河道岸坡上，地勢(shì)東高西低，高程約18m至25m。素混凝土防滲墻墻頂設(shè)計(jì)高程為21m，底高程為0m，超澆0.5m，超澆后墻頂高程為21.5m，導(dǎo)墻深度為1.53m?？紤]利用導(dǎo)墻回漿，施工過程中防滲墻導(dǎo)墻頂高程為23m，故施工平臺(tái)填筑高程需為23m。施工GF段防滲墻前需完成老河道清淤、該段區(qū)域內(nèi)原船閘涉及部位拆除以及退建蓄洪堤填筑至23m高程，方能進(jìn)行該段素混凝土防滲墻施工。此方案主要存在以下不足之處：

1）該處素混凝土防滲墻施工前最深處需要填筑土方高度約11m，回填土不利于素混凝土防滲墻成槽施工，易造成塌孔現(xiàn)象，對(duì)防滲墻成槽質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

2）由于退建蓄洪堤填筑和船閘拆除施工影響，且退建蓄洪堤填筑、船閘拆除施工周期較長，會(huì)導(dǎo)致船閘防滲體系封閉時(shí)間滯后，影響整個(gè)工程施工進(jìn)展。

2.2 優(yōu)化后方案介紹

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為保證素混凝土防滲墻施工質(zhì)量，加快上游防滲墻施工，早日完成全體防滲體系封閉，為促進(jìn)工程一期主基坑開挖提供有利條件。

工程對(duì)該部位的岸坡防滲進(jìn)行方案優(yōu)化：

1）將GF段平移26m至退建蓄洪堤軸線，防滲墻軸線移至退建堤軸線后，HG軸線段長度增長26m，總長變?yōu)?42.7m，EF軸線段長度減少26m，總長變?yōu)?0.9m，防滲墻軸線總長度不變。

2）將上游右岸縱向防滲墻從G2點(diǎn)處至主壩壩腳，約356m，降低5m布置，即墻頂高程從21m降低至16m，G1至G2長度為14m。降低后防滲墻頂主要位于②-2 粉質(zhì)黏土(Q4al)內(nèi)，滲透系數(shù)為1×10cm/s和④-1 粉質(zhì)黏土及黏土 (Q3al)內(nèi)，滲透系數(shù)為6×10cm/s，地質(zhì)條件較好，墻底高程0m維持不變，依舊深入⑤粉質(zhì)黏土及黏土(Q3al)不小于2m。退建蓄洪堤堤軸線現(xiàn)狀高程約18-25m，滿足現(xiàn)行施工上游右岸素混凝土防滲墻施工。圖3、圖4為優(yōu)化后素混凝土防滲墻平面布置圖及剖面圖。

圖3 優(yōu)化后素混凝土防滲墻平面布置圖

圖4 優(yōu)化后素混凝土防滲墻剖面圖

2.3 優(yōu)化方案的滲控效果分析

根據(jù)基坑剖面地質(zhì)資料以及防洪堤結(jié)構(gòu)尺寸資料，選取典型基坑剖面建立有限元模型，開展防滲墻移至退建堤軸線且墻頂高程為16m時(shí)的基坑滲流場(chǎng)進(jìn)行模擬分析。滲流計(jì)算邊界條件設(shè)置如下：模型底部邊界取隔水邊界；模型左側(cè)邊界緊臨一線船閘，其表面節(jié)點(diǎn)為已知水頭邊界，水頭值根據(jù)一線船閘區(qū)域淮河水位確定，按照施工期10年一遇度汛水位為26.9m；模型右側(cè)為退建蓄洪堤區(qū)域，其表面節(jié)點(diǎn)為已知水頭邊界，水頭值根據(jù)區(qū)域地下水位監(jiān)測(cè)成果確定，而模型上表面的其它節(jié)點(diǎn)均視為潛在出滲邊界。

滲流分析得到的基坑壓力水頭云圖和總水頭等值線如圖5、6所示。左側(cè)邊界滲入基坑的單寬滲流量為1.29×10m/s，右側(cè)邊界滲入基坑的單寬滲流量為5.05×10m/s，開挖基坑的單寬滲流量為1.80×10m/s?？偹^等值線在防滲結(jié)構(gòu)布置分布密集，壓力水頭等值線經(jīng)過防滲結(jié)構(gòu)后大幅跌落，優(yōu)化方案下防滲結(jié)構(gòu)的滲控效果顯著，可有效控制基坑滲流量，南移防滲墻側(cè)基坑滲流量很小，符合滲流控制要求。

圖5 基坑典型剖面滲流壓力水頭云圖（單位：m）

圖6 基坑典型剖面滲流總水頭等值線圖（單位：m）

基坑滲流流速和滲流總梯度分布圖如圖7、8所示。由圖可知，基坑滲流流速最大值為0.623E-05m/s，位于基坑底部左側(cè)，其高程為8.84m?；犹荻茸畲笾禐?7.7659，位于左側(cè)防滲墻位置，右側(cè)防滲墻處也出現(xiàn)了較大了梯度值，這表明防滲墻起到了很好的控滲效果。

圖7 2-2剖面滲流流速分布圖（單位：m/s）

圖8 2-2剖面滲流總體梯度分布圖

3.防滲墻施工方案的對(duì)比分析

結(jié)合工程施工的實(shí)際情況，對(duì)優(yōu)化前與優(yōu)化后的兩種施工方案從工期、質(zhì)量、施工環(huán)境、投資等方面進(jìn)行綜合分析。

（1）在工期方面：原方案施工需提前完成老河道清淤、船閘拆除和退建蓄洪堤填筑，使得防滲施工開工至少滯后2個(gè)月，原方案防滲墻深度21m，采用液壓抓斗“三抓法”成槽施工需要52天完成。優(yōu)化后方案能提前進(jìn)行防滲墻施工，為主基坑開挖提供有利條件，防滲墻深度16m，需要30天完成，節(jié)約工期22天。

（2）在質(zhì)量方面：優(yōu)化后方案在原狀土上成槽施工，對(duì)防滲墻成槽質(zhì)量控制有利。

（3）在施工環(huán)境影響方面：原方案涉及老河道清淤和船閘拆除，場(chǎng)地受限，施工便道受陰雨天氣影響嚴(yán)重；優(yōu)化后方案所處環(huán)境良好，場(chǎng)地清理后滿足施工要求，便道通暢。

（4）在經(jīng)濟(jì)性對(duì)比上：原方案需填筑11m高度土方，土方量約增加2萬方，增加費(fèi)用45萬元；優(yōu)化后方案防滲墻降低5m深度，相比原方案節(jié)約費(fèi)用約200萬元。

根據(jù)方案對(duì)比及滲控效果分析，最終確定了該船閘上游右岸縱向防滲南移26m的最優(yōu)方案，同時(shí)對(duì)該南移防滲墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，保證工程防滲穩(wěn)定性和工期的同時(shí)有效節(jié)省了工程投資。

4.結(jié)論

（1）綜上所述，該船閘上游右岸縱向防滲南移是合理的，對(duì)工期、質(zhì)量、施工環(huán)境及投資方面是有利的，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工需求。

（2）對(duì)于本研究中的堤基，通過有限元分析防滲墻優(yōu)化對(duì)基坑起到了較好的防滲作用?？紤]經(jīng)濟(jì)和工效，滿足設(shè)計(jì)防滲要求的最優(yōu)防滲墻方案是南移26m，防滲墻長度不變，頂高程降為為16m，厚度60cm，進(jìn)入較好隔水層深度不小于2m。

（3）上述分析為該工程的防滲優(yōu)化提供了切實(shí)可行的方案，為工程其余部位防滲優(yōu)化提供了很好的方向，為工程主基坑開挖提供了有利條件，在接下來的研究工作中，還需對(duì)工程深基坑及降水等方面進(jìn)行深入研究和優(yōu)化。