沿海軟基水閘圍堰設計若干問題的探討

劉林松,朱英杰,葉永波

(臺州市水利局,浙江 臺州 318000)

1 問題的提出

水閘圍堰工程作為典型的水利工程臨時建筑物,其作用僅作為施工期臨時擋水,水閘建成后即被拆除,并非永久建筑物,較主體建筑物級別低。因此無論從設計、施工以及管理上均不如主要建筑物重視,但沿海的軟基水閘圍堰,其地基基礎薄弱,直接面臨潮水風浪沖擊,工程條件差,受破壞的可能性大,一旦出現(xiàn)圍堰垮塌、滲漏等情況,由于遠離陸地,組織搶險的難度較大,并且因環(huán)境特殊,受風浪潮水影響,圍堰破壞后,其修復的時間較長,難度較大(如圍堰排水、清除水閘基坑淤泥等),直接影響水閘的施工。從目前情況看,由于水閘圍堰工程的原因而影響主體工程的情況屢見不鮮,尤其是處于無限風區(qū)軟基上的圍堰,情況更為突出,而出現(xiàn)問題時,很多并非超設計標準,對此需要引起足夠的重視,主要存在以下幾個方面的問題:①海浪易越頂,外海側(cè)石塊及內(nèi)海側(cè)閉氣土方?jīng)_刷嚴重;②施工及管理、防護不充分,易出現(xiàn)工程事故;③閉氣土方施工困難,施工速度慢;④現(xiàn)場施工條件變化大,無法保證合同雙方正常利益。

2 原因分析

針對以上問題可以從設計、施工、管理等方面分析原因,彌補缺陷,保證圍堰工程安全有效運行。

2.1 設計因素

2.1.1 設計較簡單,深度不足

對于海堤來說,設計時需充分考慮軟土地基基礎處理、外坡防風浪防護等工程所處的環(huán)境。但對于圍堰來說,認為施工單位在施工組織設計時需進行詳細地設計,因此一般設計單位只是簡單地進行平面布置、控制大體尺寸等,還有部分圍堰工程無設計。對于施工方來說,重點考慮的是施工的布置和具體實施,而不會仔細考慮各細部結構,因此此部分設計深度不夠。對于目前通常采用的外側(cè)石方填筑、塊石防護、背水面閉氣土方防滲的土石混合結構型式設計(見圖1),缺乏各項具體參數(shù)(如理砌塊石防護指標、基礎處理參數(shù)),很難達到實施深度的要求。

圖1 常規(guī)水閘圍堰斷面設計示意圖

2.1.2 設計高程標準不一

目前沿海水閘圍堰的設計頂高程大多是按照SL 435—2008《海堤工程設計規(guī)范》所規(guī)定的設計潮位與安全超高的和 (規(guī)范出臺前,浙江沿海圍堰設計也基本按此標準),以海堤級別3級、臨時工程5級為例,圍堰度汛按照3～5 a一遇標準,超高取值0.5 m。SL 252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》中規(guī)定的5級臨時建筑物按照5～10 a一遇設計,圍堰堰頂高程應按設計洪水位加波浪高度,再加安全加高確定,根據(jù)DL/T 5087—1999《水電水利工程圍堰設計導則》條文說明7.1.1規(guī)定,波高即沿邊坡波浪爬高加雍高,其中安全加高值可取0.5 m,2個規(guī)范的規(guī)定不一致。SL 435—2008《海堤工程設計規(guī)范》不考慮波浪因素,主要是因為海邊的波浪較內(nèi)河的波浪大很多,眾多沿海工程波高值是一個較大的數(shù)值,如果考慮,則與海堤主體工程高程相差不大,增加投資過大,因此主要采取度汛期增加本身結構強度來度汛。在實際運行中,軟基上的圍堰面向大海,工程周圍的風浪和海底涌浪產(chǎn)生的波高及破壞力相當大。按照規(guī)范得出的堰頂高程極易造成壅水波浪漫頂,破壞圍堰結構。如臺州市三山北涂圍墾工程圍堰按照5 a一遇設計3.98 m,安全超高值取0.5 m,得出堰頂高程4.5m,實際實施時,采取加高加固等多項措施后才保證了圍堰的安全。

2.1.3 施工期沉降不足

圍堰工程雖然時間較短,但根據(jù)施工組織設計,從施工期加上運行期一般要超過1 a。對于軟基上的圍堰,沉降值考慮與否對圍堰工程是否滿足設計要求關系較大 (具體和圍堰高度、地基參數(shù)等有關)。目前設計海堤時,對海堤工后沉降都有足夠的重視,但對圍堰的沉降基本未考慮,從而容易導致運行一段時間后設計高程不足,尤其是未進行地基處理的圍堰,其沉降量更大,對于跨汛期的工程,影響更是明顯。

2.2 現(xiàn)場管理及施工因素

2.2.1 參建各方現(xiàn)場管理不夠重視,現(xiàn)場施工以粗放型為主

對于圍堰工程,參建各方在監(jiān)督管理上,沒有具體規(guī)定也沒有可參照的有效管理依據(jù) (如設計圖紙,合同規(guī)定等),在實際操作中以施工單位自我控制為主,施工單位認為是臨時工程,對其重要性認識不足,未采取有效措施(如位移觀測等),容易出現(xiàn)荷載加載過快、防護不充分等問題。運行期管理不足也是一個值得注意的問題,如:外海側(cè)拋石局部沖刷后未及時修補,淘刷情況加劇;斜坡上閉氣土方經(jīng)長時間暴曬后過于干燥,容易出現(xiàn)裂縫,未及時修補,若覆蓋層不足,容易引起滲漏。

2.2.2 施工組織設計考慮不充分,閉氣土方施工進度緩慢,延緩施工進度

土石圍堰的施工工序是先基礎再外海側(cè)拋石體、內(nèi)側(cè)子堤,最后內(nèi)側(cè)閉氣土方施工。閉氣土方施工有多種方法,如采用對開駁船結合桁架式筑堤機的方式填筑,汽車運載等。對于圍堰主堤與子堤之間,子堤高程以下的閉氣土方施工較容易,此區(qū)域已形成一個閉合區(qū)域,土方直接加載即可,而對于子堤高程以上靠近圍堰主堤的斜坡土方的加載則有一定的難度,若采用圍區(qū)內(nèi)的原狀土,由于其含水率高,加上圍堰很難立刻封閉,內(nèi)部仍受潮水的影響,子堤高程以下的土方含水率仍較高,承載力弱,則斜坡土方很難加載。再由于斜坡下部土方承載力不足,加載過程中容易把子堤高程以下的土方擠出子堤至基坑,造成今后清淤工作量的增加。

2.3 其他因素

針對圍堰問題,根據(jù)目前合同制定的情況,基本按照一般性臨時建筑物對待,即無具體定量數(shù)據(jù)、只按照固定總價方式處理,投標方為了效益最大化而采取不平衡報價的方法。對于工程規(guī)模不大,工程量變化不大,比較明確的臨時工程,適合采用此種方法,但對于沿海軟基上的圍堰,卻有違合同初衷,容易損害招投標雙方的合法權益。因為軟基上的圍堰,其基礎條件、工程施工環(huán)境等因素極可能變化,容易引起招標提供的基本條件的變化,如:圍堰位置地質(zhì)參數(shù)與提供指標值相差過大或未進行鉆探等,從而引起圍堰總價的變更,如果總價增加過大,由于是固定價合同,則損害投標方的利益,投標方對增加圍堰的投入缺乏積極性,無法保證圍堰的有效施工;若總價減少很大,則損害了發(fā)標方的利益。尤其是采用不平衡報價,更偏離了圍堰本身的價格,在出現(xiàn)問題時,容易引起糾紛,損害各方利益。

3 措施及建議

3.1 圍堰設計

3.1.1 按照主體工程的施工圖深度進行充分有效地設計

將圍堰設計作為主體工程設計的主要內(nèi)容之一,設計深度達到施工圖深度,如:施工設計圖應留出一定沉降富余量后的圍堰設計斷面;重點易沖損部位采用合金鋼網(wǎng)兜等具體措施以增強防護能力;圍堰主體及子堤地基應進行基礎處理設計;圍堰拋石主堤內(nèi)側(cè)設置一定寬度的拋石平臺,以增加對斜坡土方的承載力;鋪設復合土工膜以保證防滲有效,防止閉氣土方局部變形引起滲漏等具體措施以確保有效施工。

3.1.2 綜合考慮圍堰設計高程

SL 435—2008《海堤工程設計規(guī)范》對于沿海主體工程的高程是潮水位、安全加高及波浪爬高之和。對于臨時工程不考慮波浪爬高,但實際波浪爬高是一個不可忽略的值。因此處于海邊的圍堰設計高程不是簡單地考慮風浪或不考慮風浪,應結合多項因素(如是否處于無限風區(qū)、波浪沖刷強度等),同時最好在附近進行適當觀測。雖然完全考慮波高值不太現(xiàn)實,但是考慮到波浪越頂?shù)闹饕茐淖饔檬菦_刷壩頂,沖損壩頂內(nèi)側(cè)閉氣土方,因此,可以在適當提高設計高程及安全加高的基礎上,按照SL 435—2008《海堤工程設計規(guī)范》的要求加強壩頂?shù)姆雷o,可以有效緩解圍堰壓力。設計潮位重現(xiàn)期應按照SL 252—2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》臨時工程的上限取值,安全加高值適當增加。如對于目前沿海大多數(shù)采用的主體3級建筑物的臨時圍堰工程,應至少采用10 a一遇潮水位加上安全加高 (提高級別,按0.7 m),并且需要重點加強圍堰頂部的防護設計,以減小波浪沖損?，F(xiàn)行施工的眾多圍堰工程,在現(xiàn)行SL 435—2008《海堤工程設計規(guī)范》適當加高的基礎上,采取有效防護措施,可以基本保證圍堰安全。

3.2 施工及管理

(1)嚴格實施圍堰工程管理。把圍堰管理作為工程管理的一項重要內(nèi)容寫入各方招標投標文件中,參建各方按照規(guī)范要求進行監(jiān)督管理。

(2)合理安排施工期,采取各種措施確保進度。水閘工程平均潮位以下高程的施工應安排在非汛期完成,盡量減少汛期圍堰破壞后對主體工程的影響,子堤頂高程以上斜坡閉氣土方,可采用經(jīng)翻曬的圍區(qū)內(nèi)淤泥進行快速加載貼坡至設計平臺 (需演算平臺上土方覆蓋層垂直厚度,保證不發(fā)生流土),結合復合土工膜防滲,以盡快形成封閉區(qū)域,減少外海潮水影響,加快土方固結,確保施工進度。

(3)施工單位認真做好施工,加強維護。充分考慮施工期沉降問題,做好沉降觀測,控制施工加載速率,確保工程安全。同時加強圍堰工程維護,按照實際情況分階段進行防護,及時修補迎潮面沖損護面;臺風期采用土工布鋪設防護堰頂附近閉氣土方,以減少沖損;炎熱天氣時應對閉氣土方灑水等各種方式及時修補土方裂縫。

3.3 其 他

由于圍堰工程和施工組織設計有很大關系,因此其招標投標就按照具體方案具體工程量進行核算,并且考慮部分沖損后重新利用至海堤上。圍堰工程按照設計圖紙的工程量進行招標投標,與主體工程一同按照相應的規(guī)則實施,與一般性的臨時工程區(qū)分開來。

4 結 語

沿海軟基水閘圍堰工程所處環(huán)境差,條件惡劣,需引起高度重視,并采取有效的技術措施,減少圍堰的損壞,以確保水閘工程的安全施工,確保整體工程的施工進度。