排泥場擠於圍堰的設(shè)計與施工

常星 汪晴娜

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司安徽合肥 230000）

排泥場擠於圍堰的設(shè)計與施工

常星 汪晴娜

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司安徽合肥 230000）

在淤泥地基上填筑施工圍堰，并運用抗滑穩(wěn)定計算來設(shè)計圍堰斷面，并結(jié)合工程實際驗證設(shè)計的合理性。

擠於；圍堰；抗滑穩(wěn)定

1 引言

淤泥的主要特點是含水率高，孔隙比大，呈流塑狀，靈敏度較高，一旦受到擾動，淤泥結(jié)構(gòu)從絮凝狀變成分散結(jié)構(gòu)，強度急劇降低，開挖難度大。擠淤就是利用填筑體直接擠開淤泥，不斷下沉，周圍淤泥對填筑體產(chǎn)生阻滑力和上托力，當填筑體和周圍淤泥處于極限平衡時，便不再下沉。隨時間的推移，被擠淤泥中的超孔隙水壓力逐漸排出，有效應(yīng)力逐漸加大，淤泥結(jié)構(gòu)強度不斷恢復，承載力逐漸加大，填筑體逐漸成為穩(wěn)定架構(gòu)。

擠淤方法在圍堰填筑中被廣泛應(yīng)用，主要利用圍堰自重進行擠淤，通過斷面推進過程中土體自身及機械的擠壓，使淤泥產(chǎn)生剪切破壞，加快地基流速變形的穩(wěn)定，從而有效提高圍堰的抗滑穩(wěn)定。

2 工程概況

臨北2#排泥場位于安徽省五河縣臨北鎮(zhèn)西200m，總面積約700畝，主要承擔著淮河干流180萬m3疏浚土方的排泥任務(wù)。排泥場圍堰長共1.8km，為均質(zhì)土圍堰，頂高程22.5m，擋泥側(cè)邊坡1：3，背水側(cè)邊坡為1：5，堰高4.0～6.0m。其中部分圍堰橫跨原唐家漥排灌站排水溝，跨溝堰長約100m，為淤泥地基，淤泥厚度為6.0～8.0m。如淤泥層完全清除后再填筑圍堰，花費投入太大。在討論設(shè)計變更時，曾提出打木樁或拋石擠淤，但考慮到工期、經(jīng)濟因素，且圍堰為臨時性工程，最后決定直接采用填土擠淤方法填筑排泥場圍堰。該圍堰現(xiàn)已交付使用，除填筑過程中，出現(xiàn)過一處滑塌及部分裂縫外，使用中暫未發(fā)現(xiàn)問題。

3 工程地質(zhì)

該排泥區(qū)位于淮河灘地上，該處曾為河道決口，幾經(jīng)防汛退讓，現(xiàn)成為一內(nèi)灣，地勢略有起伏，唐家漥排水溝從中穿過，溝底工程約13.0～14.0m。

唐家漥排水溝地基主要為③-1淤泥層，灰黑色，飽和，流～軟塑狀態(tài)，夾淤泥透鏡體，層底高程為4.0～5.0m，內(nèi)摩擦角φ=4°，粘聚力C=9kPa，地基承載力為80kPa，壓縮模量為3.9MPa；⑤層重粉質(zhì)壤土，黃或灰黃色，可至硬塑狀態(tài)，含有鐵錳結(jié)核和砂礓，內(nèi)摩擦角φ=8°，粘聚力C=28kPa。

4 擠淤圍堰設(shè)計與施工

根據(jù)圍堰在淤泥中接底情況可分為懸浮式和著底式兩種。本工程圍堰設(shè)計為懸浮式。淤泥地基上圍堰發(fā)生失穩(wěn)，其穩(wěn)定安全系數(shù)必定小于1，如圍堰穩(wěn)定，其穩(wěn)定安全系數(shù)必定大于1?；诖嗽恚衫每够€(wěn)定計算來驗算設(shè)計淤泥地基擠淤圍堰。根據(jù)《水利水電施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2004），4～5級土石圍堰安全系數(shù)不小于1.05，因此我們認為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.05的圍堰結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定安全。

本工程抗滑穩(wěn)定計算利用河海大學土木工程學院力學研究所研制“Slope-土石壩邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)”，采用瑞典圓弧法進行計算。

設(shè)計過程中，在給定圍堰斷面結(jié)構(gòu)下，分別假設(shè)擠淤深度為1.0m、2.0m、3.0m，在三種設(shè)計工況下分別進行抗滑穩(wěn)定計算，根據(jù)計算結(jié)果，得出隨著擠淤深度的增加，安全系數(shù)不斷增加。在給定擠淤深度工況下，分別假設(shè)圍堰邊坡為1：3、1：5、1.8、1：10，對四種設(shè)計工況分別進行抗滑穩(wěn)定計算，根據(jù)得出結(jié)果可知，隨著邊坡不斷變緩，安全系數(shù)不斷變大。而圍堰設(shè)計即要保證穩(wěn)定安全，的要經(jīng)濟，即圍堰斷面達到最小，因此需不斷進行試算。最終通過調(diào)整邊坡和擠淤深度，圍堰斷面設(shè)計為頂寬3m，擋泥側(cè)邊坡1：4，背水側(cè)邊坡為1：5，堰頂高程為22.5m，高程17.0m處設(shè)置寬5m的平臺，擠淤深度約為2.0m，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.06，滿足設(shè)計要求，其關(guān)鍵滑弧位置見圖1。

圖1 圍堰邊坡抗滑穩(wěn)定計算成果圖

另外，圍堰填筑底寬應(yīng)滿足施工及永久工程運用要求，并維持堰體在淤泥中不增寬，不解體，堰底寬度應(yīng)滿足下公式要求：

式中：H——施工期填筑厚度，取10m；

γ——填土濕容重，取20kPa；φ——填土內(nèi)摩擦角，取18°；

Cu——淤泥不排水抗剪強度，取7kPa。經(jīng)計算L>140m，本工程圍堰堰底寬度為170m，滿足要求。

本工程圍堰填筑采用分層施工，高程17.0m以下一次填筑完成，并應(yīng)采用較快的填筑速率，使在填土失穩(wěn)中被擾動的淤泥強度來不及恢復就繼續(xù)往前填筑，以使續(xù)填的土更容易失穩(wěn)，擠淤深度更大。高程17.0m以下填筑完成后間歇一段時間，待淤泥排水固結(jié)后，再填筑上部圍堰堰體。另外，填筑前清除溝渠內(nèi)表層的浮泥，填筑中輔以長臂挖掘機清除周邊擠出的淤泥，以促進堰體下滑。在滿足機械承載力的要求下，應(yīng)盡量采用重型機械壓實。

5 結(jié)論

（1）采用邊坡抗滑穩(wěn)定計算方法設(shè)計擠於圍堰是可行的；圍堰堰基擠淤深度越大，安全系數(shù)越高。

（2）利用圍堰自重擠淤，由于淤泥被擠出，從而加快堰基的流塑變形穩(wěn)定，有效提高了圍堰的抗滑穩(wěn)定，最終提高圍堰整體穩(wěn)定性。由于填筑時已達到土體極限平衡，因此后期圍堰沉降小。

（3）擠淤施工技術(shù)簡單，工期短，施工成本低。

（4）本工程圍堰填筑完成后雖局部輕微滑動及縱橫裂縫，但不構(gòu)成安全威脅和圍堰正常使用。

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[4]《水利水電施工組織設(shè)計規(guī)范》（SL303-2004）[S].

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2015-11-5