潮汐河道施工圍堰設(shè)計優(yōu)化與施工

張心衡，張曉偉，趙培鍵

（灌南縣水利局，江蘇 連云港 201209）

潮汐河道施工圍堰設(shè)計優(yōu)化與施工

張心衡，張曉偉，趙培鍵

（灌南縣水利局，江蘇 連云港 201209）

主要闡述了灌南縣小潮河閘拆除重建工程中，下游潮汐河道灌河上圍堰設(shè)計優(yōu)化與施工，指出采用新型圍堰比較傳統(tǒng)梯形土圍堰穩(wěn)定性得到提升外，既節(jié)約施工成本，又保證施工進度。

潮汐河道；圍堰；設(shè)計優(yōu)化；施工

1 工程概況

小潮河閘位于江蘇省連云港市灌南縣新沂河南堤110K小潮河入灌河處，是一座多功能，使用頻繁的水工建筑物。設(shè)計流量為 300m3/s，校核流量440m3/s，閘孔采用3孔，單孔凈寬10.00m，節(jié)制閘底檻高程為-2.50m，內(nèi)、外河側(cè)閘墩頂高程為9.50m，采用弧形鋼閘門，門頂設(shè)胸墻，閘室采用灌注樁基礎(chǔ)，上游側(cè)采用混凝土地連墻截滲。

2 鋼板樁圍堰的設(shè)計

2.1 地理位置

小潮河閘位于江蘇省連云港市灌南縣新沂河南堤110K小潮河入灌河處，灌河是一條天然的潮汐河道，東入黃海，涉及到潮汐的影響，最高潮水位為3.2m，最低潮水位-2.25m，最大水流速度2.6m/s，平均水深為2.72m。

2.2 地質(zhì)情況

灌河側(cè)河道土層主要為“3-2層 灰色淤泥質(zhì)重粘土、粘土，夾薄層砂壤土，含腐殖質(zhì)，流塑狀態(tài)”、“5-3層灰黃色重、輕粉質(zhì)砂壤土”等，灌河側(cè)河底海淤土層較厚。

2.3 工期要求

工程計劃于2015年10月22日開工，2016年5月20日前完成水下工程，具備水下驗收條件。

2.4 圍堰設(shè)計優(yōu)化

原圖紙設(shè)計為梯形土壩，頂寬 7m，頂高層為4.5m，迎水面坡比1∶5，背水面坡比1∶8，方量約為5.1萬m3。由于灌河與黃海相通，水位受潮汐影響很大，河底海淤土層較厚，在上面填筑圍堰，土方容易散失，土壩合攏難度極大。優(yōu)化后的方案，將采用鋼管樁與鋼板組合的夾板圍堰，圍堰底鋪鋼筋網(wǎng)片，中部用精軋螺紋鋼筋對拉連接，上部采用陸地填筑方式，填筑時鋪設(shè)鋼塑格柵為受力筋，實際填筑土方量為2.0萬m3，減少土方填筑量約3.1萬m3，極大的縮短了圍堰填筑的施工工期。

3 新圍堰的穩(wěn)定性驗算

新圍堰的整體性表現(xiàn)在圍堰在動水壓力作用下的抗傾覆能力，鋼管樁的入土深度保證了圍堰整體性。整個圍堰基礎(chǔ)主要承受水壓力（靜水壓力與動水壓力）及土壓力。

3.1 承載力計算

整個圍堰自重：55.125m2×130m×1.55t/m=31258t

承載力：31258t/（40m×130m）=3.0t≤6.0t

承載力滿足要求。

3.2 水平推力

考慮由精軋螺紋與鋼塑格柵形成的拉力抗阻，未考慮老壩基于新壩基接觸面的阻力以及接觸面的φ8@100鋼筋網(wǎng)片并綁扎蘆葦?shù)淖枇够?/p>

滑動面以上部分圍堰自重：57.05m2×80m× 1.55t/m=7074t

φ32精軋螺紋抗拉強度：1230MPa×846.5mm2×40根=4165t

鋼塑格柵抗拉強度：80m×3×150kn/m=3600t

精軋螺紋、鋼塑格柵共同抗拉強度：4165+3600=7765t＞7074t（實際上水平推力遠小于自重）。圍堰的滑動收到鋼板、鋼管樁、精軋螺紋的約束及土層之間的鋼塑格柵約束。

3.3 單寬滲流量及抗滑計算

①單寬滲流量3.41E-10

②抗滑穩(wěn)定系數(shù)Min Fs=1.6535＞1.05

③抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)。本次設(shè)計的圍堰是5級，根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286-2013）第

3.2.3 條規(guī)定，5級土堤邊坡的抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)（瑞典圓弧法）不應(yīng)小于下表中的數(shù)值。

注：正常運用條件包括設(shè)計洪水位下的穩(wěn)定滲流期或不穩(wěn)定滲流期的背水側(cè)堤防。

非常運用條件Ⅰ包括施工期的臨水、背水側(cè)堤防。

非常運用條件Ⅱ包括多年平均水位時遭遇地震。

3.4 圍堰的巖土物理性質(zhì)參數(shù)

根據(jù)補充鉆探資料，圍堰的巖土物理性質(zhì)參數(shù)如下表。

圍堰的巖土物理性質(zhì)參數(shù)表 表2

3.5 計算程序

圍堰抗滑穩(wěn)定計算程序采用河海大學工程力學研究所編制的《土石壩穩(wěn)定分析系統(tǒng) v4.0》，計算方法采用瑞典圓弧法。

3.6 計算水位

圍堰抗滑穩(wěn)定計算水位取下面最不利工況，

圍堰抗滑穩(wěn)定計算水位表 表3

3.7 圍堰抗滑穩(wěn)定驗算成果

經(jīng)計算結(jié)果如下：

背水側(cè)圍堰抗滑穩(wěn)定計算成果表 表4

成果表明：圍堰在最水位最不利工況下背水側(cè)邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于《提防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286-2013）第3.2.3條規(guī)定的最小安全系數(shù)，故圍堰抗滑穩(wěn)定滿足要求。

4 圍堰施工

4.1 施工工藝流程

測量施工放樣—鋼管樁施打—鋼板連接—鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片—土方回填—鋪設(shè)鋼塑格柵—螺紋鋼筋對拉—土方回填—圍堰合攏—土方回填—鋪設(shè)土工膜和編織袋保護—圍堰拆除

4.2 施工主要工序

施工過程中潮汐河道水位的變化對圍堰結(jié)構(gòu)受力影響十分巨大，因此要密切注意灌河潮汐變化。

鋼管樁（取 12m，直徑Φ377×6mm）根據(jù)測量放樣，調(diào)整平面位置及垂直度，依靠鋼管樁及打樁錘的重量將其壓入河底土層，反復(fù)測量樁位和傾斜度，在偏差滿足要求的情況下，將鋼管樁打入設(shè)計深度，控制入土深度不小于8 m。待鋼管樁完成一半時開始鋼板安裝，鋼板上口及時用鋼筋連接在鋼管樁上，防止潮水沖刷傾覆，然后在河底鋪設(shè)一層ф8@10冷軋帶肋鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片下鋪10cm厚柴草。鋼板連接完畢后，兩岸同時開始進土，壩頭用挖掘機進土、整平、碾壓，使壩體密實。在設(shè)計圍堰壩址位置最低水位向上0.5 m處鋪設(shè)鋼塑格柵（80kN/m2），共3層，間距1.0 m，順水流向鋪設(shè)，增加圍堰的整體穩(wěn)定性，鋼塑格柵幅寬6 m。在土方回填至樁頂前，樁頂用Ф32精軋螺紋鋼筋對拉，保證整體性及穩(wěn)定性。圍堰合攏選擇在低潮時，在準備合攏前，整理龍口，最低水位以下用鋼板封堵，集中機械進土，合攏后繼續(xù)加固龍口，尤其是在下游迎水面更要重視，確保漲潮時水不能浸頂。圍堰填筑高于水面0.5m后用推土機逐層壓實，每層控制厚度不超過 25cm，直至設(shè)計標高。圍堰完成后在迎水面鋪設(shè)土工膜和編織袋保護，土工膜從堰腳外8 m處開始鋪設(shè)至圍堰頂，土工膜外采用編織袋裝土壓實。

5 結(jié) 語

圍堰的安全穩(wěn)定對本工程十分重要，為確保圍堰填筑質(zhì)量和圍堰擋水運行期間的安全穩(wěn)定。在施工過程中，安排專人對水位進行全天候監(jiān)測，并做好記錄，以保證施工期間的壩體安全。圍堰方案優(yōu)化后，減少了3.1萬m3土方量，節(jié)約了近100萬元。

通過對下游圍堰的設(shè)計優(yōu)化，既使圍堰施工的質(zhì)量及安全得到了保證，又縮短了圍堰填筑施工的工期，減少了土方填筑的方量，從而減少了耕地的開挖，獲得了極大的經(jīng)濟效益和社會效益。

［1］洪寶明，林峰.潮汐河道施工圍堰兼作臨時公路的施工技術(shù)淺析［J］.江蘇水利，2010（4）.

［2］夏仲平.水利工程施工圍堰施工技術(shù)進展［J］.人民長江，2005（11）.

［3］馮宇，王彥虎.河道工程施工圍堰探討［J］.四川水力發(fā)電，2012（3）.

TV551.3

B

1007-7359（2016）02-0148-02

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.051

張心衡（1981-），男，江蘇灌南人，工程師，主要從事項目管理工作。