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        淺談攔河圍堰填筑新工藝的應(yīng)用

        2021-04-02 21:23:13
        治淮 2021年1期
        關(guān)鍵詞:工程施工

        一、概述

        水工建筑物施工需進(jìn)行先筑堰圍水的前期工作,通常就地取土填入選擇的堰址上,逐步堆積形成攔河圍堰。由于筑堰土料的性質(zhì)不同,堰基堆積的淤土厚度不同,再加之水情與工況的不同,隨著填土高度的增高,一旦上下游形成一定的水頭差,且堰址淤泥土又不能承受上部堰體的重量,就會(huì)在交界面形成較大的滑動(dòng)面,導(dǎo)致沉陷和坡面滑動(dòng)的產(chǎn)生。

        一般河床中積淤厚度可達(dá)到2m 左右,由于土料直接倒入淤泥中,淤泥的含水量達(dá)到40%以上,其可塑性和流動(dòng)性較大,土料入淤后,會(huì)形成“淤抱土”。隨著堰體的增高,此時(shí)淤抱土受到了重壓力的作用,形成了液化,就會(huì)導(dǎo)致淤泥土量的增加。隨著堰體斷面的加大,滑動(dòng)面上移,從而形成較大的沉陷和滑動(dòng),就會(huì)將原來(lái)堰基的部分淤泥擠出,同時(shí)拉動(dòng)部分液化的填筑土料,一起滑向堰外。根據(jù)對(duì)填筑堰滑動(dòng)情況進(jìn)行分析,由于堰基內(nèi)的滑動(dòng)擠淤并不是一次性完成的,一般會(huì)歷經(jīng)數(shù)次滑動(dòng),當(dāng)堰基承載力達(dá)到或大于堰身載荷后,才會(huì)逐步使堰體趨向穩(wěn)定,其穩(wěn)定過(guò)程必然誘發(fā)一系列工程安全方面的問(wèn)題。

        如何解決筑堤土料和堰基淤泥的隔絕,使填筑土料形成有機(jī)的整體,減小滑動(dòng)面的上移,是必須重點(diǎn)研究解決的問(wèn)題。在堰基未填筑前,利用土工布作為隔絕鋪墊材料,使筑堰土料與基面淤土隔離,隨著高度增加,堰體通過(guò)自身的重力,可將堰基淤泥擠出。采用沉排的施工工藝,不僅能保證堰體的整體安全,也可確保前期工程進(jìn)度,有效控制工程投資,也有利于節(jié)約土地資源,避免因筑堰損失造成的土地?zé)o故開(kāi)挖而荒廢的情況。從某種意義上講,這對(duì)保護(hù)工程所在地的生態(tài)環(huán)境也有著積極的意義。

        二、土堰填筑出現(xiàn)的問(wèn)題

        土堰填筑常用于大中型水利工程的施工過(guò)程中。以山東省境內(nèi)兩個(gè)老閘加固工程為例(A、B二閘),這兩個(gè)閘均屬于大型水利一類(lèi)工程。工程位于湖區(qū)蓄水高水位與下游輸水河道低水位交界處,其河底的寬度在70m 左右,水面寬度在100m左右,圍堰填筑深度為6.0m(38~44m),堰前水位5m,堰址淤泥厚度達(dá)到2m 左右。填筑過(guò)程中采用了征地取土筑堰的施工方法,就地取土并直接倒入堰址上,當(dāng)堰體形成后受到堰體重量和堰前水壓力的作用,發(fā)生了不同程度的堰體滑動(dòng)。根據(jù)施工記錄,A 河節(jié)制閘施工堰填筑期間,發(fā)生了4 次較大的變形,堰內(nèi)外水位差在1.5~2.0m,堰基向背水面位移了5m,垂直位移達(dá)到了2.5m 左右,依據(jù)施工前閘身引水段測(cè)量圖,清淤量為1.5 萬(wàn)m3。而當(dāng)堰體填筑驗(yàn)收后,由于坡面的滑動(dòng),淤積量增加到6.5萬(wàn)m3。圍堰未筑之前河床淤積高度為20cm 左右,且閘門(mén)啟閉基本自如。由于在填筑過(guò)程中出現(xiàn)擠淤滑動(dòng),造成河床淤積量增加,閘門(mén)處淤泥淤至胸墻,導(dǎo)致閘門(mén)無(wú)法啟動(dòng)。B 河節(jié)制閘由于原有的堰址淤泥厚度為1~1.5m,當(dāng)基本達(dá)到堰體填筑要求后,堰體初步形成后進(jìn)行區(qū)內(nèi)抽水,內(nèi)外水位差為1.8m,前后發(fā)生了3 次較大的變形,原有堰體設(shè)計(jì)的土方為6.0 萬(wàn)m3,由于堰身發(fā)生滑動(dòng),向背水面產(chǎn)生的水平位移達(dá)到2.0m,垂直位移為1.8m,最后整個(gè)堰體形成后的土方量為9 萬(wàn)m3左右,堰體實(shí)際變形土方3.0 萬(wàn)m3。通過(guò)以上兩個(gè)攔河圍堰施工發(fā)生的狀況進(jìn)行分析,均是由于堰基與堰體交界面產(chǎn)生了滑動(dòng)面,而形成較大的堰體失穩(wěn),淤基在產(chǎn)生第一次滑動(dòng)后不久,堰體內(nèi)裂縫深度的展開(kāi),堰基原有淤泥層面連帶動(dòng)著筑堰土料,受浸蝕后產(chǎn)生擾動(dòng)影響,填料土被液化為類(lèi)似淤泥土,滑動(dòng)面上移,形成滑動(dòng)向外擠壓。根據(jù)以上兩個(gè)實(shí)例,可見(jiàn)利用土堰自身重力擠淤(堰基),這種方法損失太大,一般會(huì)使堰體的三分之一土料變?yōu)橛倌啾粩D出堰體外,尤其在堰體施工期間,經(jīng)常會(huì)造成堰體失穩(wěn)。在工程初期不僅影響工程的順利開(kāi)工,甚至?xí)斐砂踩鹿?。因此?duì)攔河堰圍堰填筑進(jìn)行安全性專(zhuān)家認(rèn)證,以及圍堰竣工后進(jìn)行驗(yàn)收十分必要。

        三、新工藝的推廣模式——軟體沉排

        1.淤泥層較厚排體布置形式

        淤泥層超過(guò)3m,可采用復(fù)合體沉排。對(duì)排體進(jìn)行局部段加筋,并布設(shè)一定的拉扣套置在岸邊的樁位上。由于圍堰填筑發(fā)生在冬天,且河床水深達(dá)到5m 以上,為便于施工,將裝好的織袋土放置在堰體的囊中,囊口深度為1.5~2m,當(dāng)堰體形成一定的重量后,逐步放置兩側(cè)的拉繩沉入水中。囊口一方面起到使堰體均勻下沉作用,另一方面可以隨著堰體重量的增加,使囊口內(nèi)填充物逐步插入淤泥中,在軟體沉排與淤泥交界面形成滑動(dòng)時(shí),囊口內(nèi)填充物可以起到一定的阻滑作用,從而使滑動(dòng)面在垂直向下的作用力與側(cè)向力作用下,提高軟排與淤層交界面摩阻系數(shù),有效地減小較大滑動(dòng)面的產(chǎn)生,使土料得到充分有效的使用。

        2.淤泥層較淺的軟體沉排布置形式

        一般淤泥層在2m 左右,沉排相對(duì)簡(jiǎn)單。某翻水站攔河堰堰前水深為4.84m,堰基寬度為61.68m;下游堰前水深6.5m,堰基寬度為73.68m。堰基填筑前,采用土工格柵作為堰基鋪墊材料,在堰左右岸的格柵上倒土,兩道土堰共6 萬(wàn)m3,從施工到堰的成形,均未發(fā)生較大的沉降變形,尤其在進(jìn)行站塘區(qū)間內(nèi)排水到位后,發(fā)現(xiàn)二道堰擠淤較為理想。堰體在自重作用下,被擠出的淤泥在左右岸兩邊較深,一般在1.5~2.0m 左右。施工運(yùn)行期70 天內(nèi),對(duì)7個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)(上下游布置同數(shù)量測(cè)點(diǎn))的監(jiān)測(cè)成果匯總后發(fā)現(xiàn),攔河堰體上游垂直與水平位移分別為7mm 和6mm,下游垂直與水平位移分別為6mm和4mm。沉排后,攔河堰處于安全狀態(tài),也有效地節(jié)約了工程成本。

        四、效果分析

        1.綜合效益

        采用土工布復(fù)合材料作為軟體沉排排體,并根據(jù)施工的實(shí)際需求,對(duì)堰體進(jìn)行設(shè)計(jì)改造,節(jié)省了筑堰土料的使用,對(duì)節(jié)約土地資源有一定的積極意義;更好地解決了堰體填筑后無(wú)規(guī)則的變形,形成了有序可控的變形;更好地解決了筑堤土料受淤土的包裹,造成堰體重量的增加,形成滑動(dòng)面上移情況的發(fā)生,有力保障了堰體施工過(guò)程和運(yùn)行后的安全穩(wěn)定。

        2.經(jīng)濟(jì)效益

        以A、B 二閘實(shí)際發(fā)生的成本為例,進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。

        B 河節(jié)制閘:從工程成本分析,采用排體的增加費(fèi)用:D1=面積×單價(jià)費(fèi)用=60m×50m×15 元/m2=45000 元;土堰施工由于堰體的滑動(dòng)形成的土方增加費(fèi)用:D2=土方量×單價(jià)。打拆堰費(fèi)用30 元/m3(中標(biāo)價(jià)),土地征用費(fèi)用每畝為30000 元,則30000m3/2m=15000m2=22.50 畝,土地征用費(fèi)為30000×22.50=675000 元,土方費(fèi)用D2=30×30000+675000=1575000 元>D1,D2∶D1=35∶1。

        A 河節(jié)制閘:從工程成本分析,采用排體的增加費(fèi)用:D1=面積×單價(jià)費(fèi)用=70m×55m×15 元/m2=57750 元;土堰施工由于堰體的滑動(dòng)形成的土方增加費(fèi)用:D2=土方量×單價(jià)。打拆堰費(fèi)用30元/m3(中標(biāo)價(jià)),土地征用的費(fèi)用每畝為30000元,則50000m3/2m=25000m2=37.5 畝,筑堤土方土地征用費(fèi)用為30000×37.5=1125000 元,故整個(gè)土方費(fèi)用D2=30×50000+1125000=2625000 元>D1,D2∶D1=45.5∶1。

        五、結(jié)論

        從施工整體安全效果以及結(jié)合實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效果來(lái)看,攔河堰采用軟體沉排的形式,不僅能較好地提高堰體安全性,而且能節(jié)約投資和推進(jìn)工程進(jìn)度,綜合效益十分顯著。如何選擇合適的軟排設(shè)置,應(yīng)在加強(qiáng)工藝性研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)具體情況進(jìn)行布置,使之在實(shí)踐中進(jìn)一步完善和提高■

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