余紅剛，黃康華

（1.臺州市路橋區(qū)水利水電工程質(zhì)量監(jiān)督站，浙江 臺州 31 8 0 5 0；2.浙江東洲建設(shè)咨詢有限公司，浙江 杭州 31000 2）

外海軟土地基水閘工程施工導(dǎo)流實踐探析

余紅剛1，黃康華2

（1.臺州市路橋區(qū)水利水電工程質(zhì)量監(jiān)督站，浙江 臺州 31 8 0 5 0；2.浙江東洲建設(shè)咨詢有限公司，浙江 杭州 31000 2）

軟土地基水閘施工導(dǎo)流是水閘工程建設(shè)的基礎(chǔ)和重要保障。金清老港通航排水閘工程為破海堤建閘工程，圍堰位于外海30 ～ 40 m厚的淤泥層上，地基承載力及穩(wěn)定性較差，如果軟土地基處理不當(dāng)，將會影響整個工程項目的施工，采用“拋石擠淤重力式土石結(jié)構(gòu)”能滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定需要，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。結(jié)合金清老港通航排水閘工程軟基水閘工程案例，探討軟基水閘導(dǎo)流設(shè)計與施工實踐。

施工導(dǎo)流方案；破堤建閘；軟土地基；拋石擠淤

1 工程簡介

水閘施工導(dǎo)流是水閘工程建設(shè)的基礎(chǔ)和重要保障。外海軟土地基上建閘對施工導(dǎo)流的設(shè)計與施工提出了更高的要求，如果軟土地基處理不當(dāng)，將會影響整個工程項目的施工。為此，就需要認真分析軟基水閘特征，制定出合理科學(xué)的水閘導(dǎo)流設(shè)計及施工方案。

金清老港通航排水閘工程位于臺州市路橋區(qū)金清老港堵壩中段，為外海軟土地基上破堤建閘工程。工程完成后，將已經(jīng)封堵的金清老港打通，作為臺州市路橋區(qū)金清港通航排水通道。金清老港通航排水閘設(shè)計船閘寬25.00 m，閘底高程 - 3.90 m，設(shè)計排澇流量352 m3/s。通航排水閘由上游合金鋼網(wǎng)兜拋石防護、上游護坦、閘室、下游護坦及下游合金鋼網(wǎng)兜拋石組成。整個通航排水閘與老港堵壩緊湊布置，由西北向東南，正向穿堤，正向排水，水流順暢[1]。

金清老港通航排水閘工程導(dǎo)流采用圍堰擋水（擋潮）的方式，內(nèi)、外側(cè)圍堰和左右岸堵壩相連接，組成一個封閉的區(qū)間，形成干地施工環(huán)境。由于圍堰位于30 ～ 40 m厚的淤泥層上，地基承載力及穩(wěn)定性較差，因此，圍堰基礎(chǔ)處理既是圍堰設(shè)計的重點，也是工程順利施工的關(guān)鍵所在。

2 導(dǎo)流建筑物設(shè)計

2.1 導(dǎo)流工程布置

根據(jù)地形、地質(zhì)條件，金清老港通航排水閘采用一期截斷河流的方式進行導(dǎo)流，形成干地施工環(huán)境。

導(dǎo)流建筑物總平面布置見圖1。

圖1 導(dǎo)流建筑物總平面布置示意圖

2.2 導(dǎo)流標準

金清老港通航排水閘屬穿堤（壩）建筑物，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級，根據(jù)SL 303 — 2004《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定[2]，相應(yīng)的臨時導(dǎo)流建筑物為5級。

本工程圍堰采用土石結(jié)構(gòu)，根據(jù)施工進度安排，工程計劃全年施工。由于本工程屬破堤建閘工程，外海側(cè)圍堰不僅僅是為了保護基坑，更重要的是保證堵壩內(nèi)溫黃平原的村莊、城鎮(zhèn)不受風(fēng)暴潮破壞，因此，本工程外海側(cè)圍堰導(dǎo)流標準取50 a一遇，相應(yīng)高潮位5.06 m，內(nèi)河側(cè)圍堰導(dǎo)流標準取10 a一遇，相應(yīng)水位2.86 m。

2.3 圍堰工程設(shè)計

由于圍堰基礎(chǔ)坐落在深厚的軟土地基上，地基承載力及穩(wěn)定性較差，圍堰應(yīng)盡可能布置在距水閘深基坑開挖邊線一定的安全距離以外，以防圍堰荷載對開挖邊坡產(chǎn)生不利的影響。外海圍堰采取拋石擠淤重力式土石結(jié)構(gòu)，兩側(cè)采用拋石擠淤結(jié)構(gòu)確保堰體穩(wěn)定，中間采用涂泥防滲；內(nèi)河側(cè)圍堰在最大水深達2.00 m左右的土質(zhì)老河床上修筑，袋裝土圍堰較難保證修筑質(zhì)量從而影響圍堰的安全性，采用與外海側(cè)圍堰類似的土石混合結(jié)構(gòu)形式。

2.3.1 外海側(cè)圍堰設(shè)計

外海側(cè)圍堰地基土體為多元結(jié)構(gòu)，主要為Ⅲ1層淤泥、Ⅲ2層淤泥及Ⅲ3層淤泥，均為低強度、高含水量、高壓縮性軟土，性質(zhì)差、厚度大，是圍堰地基沉降和抗滑穩(wěn)定的主要控制性土層。外海側(cè)圍堰基礎(chǔ)土層地質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 外海側(cè)圍堰基礎(chǔ)土層物理力學(xué)指標表

為了保證基坑開挖對圍堰基礎(chǔ)的影響，確保堰體安全穩(wěn)定，經(jīng)專家論證，外海側(cè)圍堰布置在老港堵壩外側(cè)約210 m處，圍堰長約325 m，為重力式土石結(jié)構(gòu)，其堰頂高程為6.00 m，頂寬4.12 m；迎水側(cè)及背水側(cè)采用拋石體鎮(zhèn)壓保護，拋石體之間采用填筑土方防滲；迎水側(cè)拋石分兩級平臺，第1級平臺頂高程3.00 m，寬10.28 m，第2級平臺頂高程2.50 m，寬10.00 m；背水側(cè)拋石體頂高程3.00 m，頂寬14.28 m；為加快防滲土方填筑進度，在防滲土方兩側(cè)設(shè)置拋石棱體，迎水側(cè)拋石棱體頂高程5.00 m，背水側(cè)拋石棱體頂高程4.00 m；防滲土方頂高程6.00 m，迎水面邊坡1∶2.00，背水側(cè)邊坡1∶4.52，迎水側(cè)采用50 cm的大塊石理砌保護，塊石理砌護面下設(shè)400 g/m2無紡?fù)凉げ?。為滿足圍堰及基坑整體穩(wěn)定要求，外海側(cè)圍堰內(nèi)坡腳與基坑開挖外邊線至少距離50 m。

三是關(guān)注數(shù)學(xué)概念的理解．學(xué)生對概念的深層次理解與例題的多樣性和例題對概念結(jié)構(gòu)的完整呈現(xiàn)關(guān)系密切．這一點康軒版教材給予了很好的啟示．Van De Walle指出，在短時間內(nèi)將焦點注意在分數(shù)計算規(guī)則和答案的獲得，有兩種顯著危險，第一是沒有幫助學(xué)生思考關(guān)于運算的意義和為何他們要如此做，第二，這種規(guī)則的獲得將很快就會失去，這些用于分數(shù)計算的規(guī)則將變得相似和混淆[16]．因此，在教材編寫以及教學(xué)實踐中需關(guān)注學(xué)生概念的理解，而非聚焦于規(guī)則的記憶和答案的獲得．

為保護圍堰防滲土方不被越浪沖毀，防滲土方上部采用30 kN/m的土工布進行保護。

外海側(cè)圍堰斷面見圖2。內(nèi)河側(cè)圍堰斷面見圖3。

圖2 外海側(cè)圍堰典型斷面圖

圖3 內(nèi)河側(cè)圍堰典型斷面圖

2.3.2 內(nèi)河側(cè)圍堰設(shè)計

內(nèi)河側(cè)圍堰地基土體為多元結(jié)構(gòu)，主要為Ⅲ1層淤泥及Ⅲ3層淤泥，各土層均為低強度、高含水率、高壓縮性軟土，性質(zhì)差、厚度大。內(nèi)河側(cè)圍堰基礎(chǔ)土層地質(zhì)參數(shù)見表2。

表2 內(nèi)河側(cè)圍堰基礎(chǔ)土層物理力學(xué)指標表

內(nèi)河側(cè)圍堰布置在老港堵壩內(nèi)側(cè)約188 m處，圍堰長約329 m，為重力式土石結(jié)構(gòu)，其堰頂高程為3.40 m，頂寬4.50 m。迎水側(cè)及背水側(cè)采用拋石戧堤保護，拋石體之間采用土方填筑。迎水側(cè)拋石體頂高程1.80 m，頂寬3.00 m；背水側(cè)拋石體頂高程1.80 m，頂寬6.00 m；中間土方填筑頂高程3.40 m，頂寬4.50 m，迎水側(cè)、背水側(cè)邊坡均為1∶2.00，迎水側(cè)邊坡采用50 cm的大塊石理砌保護，塊石理砌護面下設(shè)10 cm的石渣墊層，墊層下設(shè)400 g/m2無紡?fù)凉げ肌?/p>

2.3.3.1 計算方法

根據(jù)SL 435—2008《海堤工程設(shè)計規(guī)范》，圍堰整體穩(wěn)定計算采用瑞典條分法[3]?？够€(wěn)定計算公式為：

式中：K為抗滑安全系數(shù)；Wi為土條的重量（kN）；Li為土條的滑弧長（m）；ci為土條滑動面上的凝聚力（kPa）；φi為土條滑動面上的內(nèi)摩擦角（°）；αi為滑動面中點的切線與水平線的夾角（°）；T為土工織物設(shè)計強度（kN）。

2.3.3.2 計算結(jié)果

外海側(cè)圍堰圍堰考慮50 a一遇高潮位運行工況（基坑內(nèi)無水），考慮圍堰及基坑的整體穩(wěn)定，采用理正巖土工程軟件進行抗滑穩(wěn)定計算，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.066。

內(nèi)河側(cè)圍堰考慮10 a一遇洪水位運行工況 用理正巖土工程軟件進行抗滑穩(wěn)定計算，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.100。

圍堰堰頂高程不低于設(shè)計洪水的靜水位與波浪高度及堰頂安全加高值之和，本工程安全加高不低于50 cm。考慮地形條件及現(xiàn)場調(diào)查經(jīng)驗，內(nèi)圍堰不計波浪因素，外圍堰考慮部分波浪加高（由于外圍堰所處的金清老港位于西門口內(nèi)側(cè)，是個天然的避風(fēng)港灣，波浪較小，根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗，取30 ～ 40 cm）。內(nèi)圍堰預(yù)留54 cm，外圍堰預(yù)留94 cm。

3 施工安全控制

從施工安全和加快施工進度的角度考慮，將水閘施工場地適當(dāng)平整后，先進行基礎(chǔ)混凝土灌注樁灌注施工，待混凝土灌注樁達到70%設(shè)計強度后再進行水閘基坑大開挖作業(yè)。把灌注樁施工平臺定在高程0.00 m附近，水閘基坑大開挖作業(yè)分區(qū)分快進行。

由于本圍堰設(shè)計防洪標準高，且要求較短時間內(nèi)建成，為確保施工期的安全，在加強圍堰施工沉降位移觀測的同時，在加載厚度依據(jù)設(shè)計加荷曲線的基礎(chǔ)上參考了附近海域海堤施工地基地表的實時沉降觀測成果對堰體的施工加載速率、間隔時間、加載層厚進行了控制，不僅保證了圍堰的施工安全，而且較好地保證了施工工期。依據(jù)施工觀測的資料，對本工程堰體施工中的堆載速率控制分析總結(jié)如下。

堰體施工控制參數(shù)見表3。

表3 堰體施工控制參數(shù)表

4 圍堰運行情況

本工程外海側(cè)圍堰不僅僅是為了保護基坑，更重要的是保證堵壩內(nèi)溫黃平原的村莊、城鎮(zhèn)不受風(fēng)暴潮破壞，外圍堰安全性要求較高，選取樁號0 + 147，0 + 175，0 + 242 m三個監(jiān)測斷面，每個斷面設(shè)置6個位移及沉降監(jiān)測點進行施工期監(jiān)測，監(jiān)測點位置見圖2。

根據(jù)施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，圍堰運行期外海側(cè)圍堰內(nèi)側(cè)拋石擠淤體沉降約25.0 cm，外側(cè)拋石擠淤體沉降約32.0 cm，中間防滲土沉降約 - 9.6 cm（隆起）。圍堰運行期沉降速率較小，期間經(jīng)歷1個臺汛期，圍堰整體安全。

5 結(jié) 語

（1）金清老港通航排水閘圍堰位于30 ～ 40 m厚的淤泥層上，地基承載力及穩(wěn)定性較差，圍堰采用“拋石擠淤重力式土石結(jié)構(gòu)”能滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定需要，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。

（2）只要尊重科學(xué)，合理組織，避免盲目蠻干，在軟土基礎(chǔ)上也可以順利完成堰體加載施工，滿足合同工期要求。

（3）深厚淤泥層上在較短時間內(nèi)進行加載施工，建議采取如排水插板等措施對基礎(chǔ)進行處理，這樣更有利于基礎(chǔ)承載力的提高，便于后續(xù)施工安全控制。圍堰施工期及運行期應(yīng)注重防滲結(jié)構(gòu)的觀測和檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，以免堰體坍塌造成事故。

[1] 江小輝．浙江省臺州市金清老港通航排水閘工程施工圍堰調(diào)整設(shè)計報告[R]．杭州：浙江省水利水電勘測設(shè)計院，2012．

[2] 中華人民共和國水利部．SL 303 — 2004水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范[S]．北京：中國水利水電出版社，2004．

[3] 中華人民共和國水利部．SL 435 — 2008海堤工程設(shè)計規(guī)范[S]．北京：中國水利水電出版社，2009．

（責(zé)任編輯 姚小槐）

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2017-02-12

余紅剛(1975 - )，男，高級工程師，大學(xué)本科，主要從事水利水電工程質(zhì)量管理工作。