土石圍堰分期設(shè)計(jì)與施工在工程中的應(yīng)用

邵 敏，劉晶偉，孫中森

（1.上海市水務(wù)局行政服務(wù)中心（上海市海洋局行政服務(wù)中心），上海市 200000；2.中國(guó)電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，天津市 300384；3.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司上海分公司，上海市 200439）

0 引言

圍堰是臨時(shí)性建筑物，用以永久建筑物施工時(shí)作為臨時(shí)施工圍護(hù)，在基坑排水后形成干地施工條件，保證永久建筑物施工順利進(jìn)行。圍堰通常要求背水側(cè)坡腳與永久建筑物基礎(chǔ)開(kāi)挖邊坡線有一定的距離，以滿足堰基和基礎(chǔ)開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定要求。

1 常用圍堰類型及土石圍堰的適用條件

圍堰的型式根據(jù)施工使用的水深、流速及地質(zhì)條件等進(jìn)行選擇。

不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，有不同的圍堰類型，常見(jiàn)的按照使用材料分為土石圍堰、混凝土圍堰、草土圍堰、木籠圍堰、鋼板樁圍堰等；按照水流方向分為橫向圍堰及縱向圍堰；按圍堰與壩軸線分上游圍堰及下游圍堰；按導(dǎo)流期間基坑是否過(guò)水分為過(guò)水圍堰及不過(guò)水圍堰；按擋水時(shí)段分全年擋水圍堰及枯水期擋水圍堰等。

使用范圍及標(biāo)準(zhǔn)的確定直接決定了圍堰類型及造價(jià)，圍堰作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)即要滿足施工期的安全又要盡量節(jié)省不必要的投資，同時(shí)圍堰應(yīng)根據(jù)擋水時(shí)段可進(jìn)行分期設(shè)計(jì)，即減少占用河道過(guò)水?dāng)嗝嬗欣趨^(qū)域防洪排澇，又可節(jié)省施工時(shí)間以及降低工程造價(jià)。

土石圍堰是由土石填筑而成的圍堰，主要材料為粘土及砂石，多用于上下游的橫向圍堰。優(yōu)點(diǎn)為充分利用當(dāng)?shù)夭牧?，適用于各種基礎(chǔ)類型，對(duì)自然地理環(huán)境沒(méi)有特殊要求，施工工藝簡(jiǎn)單，可利用開(kāi)挖棄土直接利用主體工程開(kāi)挖及裝運(yùn)的設(shè)備進(jìn)行快速機(jī)械化施工、抗震性能較好，能適應(yīng)不良?xì)夂驐l件和各種地形條件，一般可在低溫嚴(yán)寒多雨的地方建造；但是一般抗沖刷能力較低、斷面較大，占用過(guò)水?dāng)嗝孑^寬。土石圍堰的結(jié)構(gòu)斷面應(yīng)滿足堰身強(qiáng)度、穩(wěn)定和防水等技術(shù)要求。常用土質(zhì)斜墻或心墻防滲，也可采用混凝土防滲墻、高噴防滲墻、瀝青混凝土防滲墻、鋼板樁心墻、混凝土心墻等型式。

土石圍堰主要分為過(guò)水土石圍堰和不過(guò)水土石圍堰，一般多用于不過(guò)水圍堰，如用于過(guò)水圍堰，則需要做好溢流面以及圍堰下游基礎(chǔ)和兩岸接頭的防沖保護(hù)措施。

土石圍堰由于自身的受力特點(diǎn)決定的斷面一般較大，因此土石圍堰在實(shí)際的設(shè)計(jì)及建設(shè)過(guò)程中通常會(huì)采用分期設(shè)計(jì)分期施工的方法，即可節(jié)省工期及投資，又可增加河道過(guò)水面積和時(shí)間以及統(tǒng)籌優(yōu)化施工場(chǎng)地等。土石圍堰分期可按照施工的擋水時(shí)段進(jìn)行分期，也可根據(jù)圍堰內(nèi)部基坑的保護(hù)要求進(jìn)行分期。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求進(jìn)行考慮。土石圍堰在使用功能完成后的拆除也同樣應(yīng)進(jìn)行分期拆除設(shè)計(jì)，拆除設(shè)計(jì)中更應(yīng)注重土石圍堰的邊坡穩(wěn)定的問(wèn)題，往往在工程接近完成時(shí)會(huì)出現(xiàn)邊坡坍塌等施工事故，因此圍堰的分期拆除設(shè)計(jì)也是土石圍堰分期設(shè)計(jì)中的重要的環(huán)節(jié)。

2 土石圍堰分期設(shè)計(jì)

在土石圍堰設(shè)計(jì)中，通常按照擋水時(shí)段內(nèi)特定標(biāo)準(zhǔn)下的最大設(shè)計(jì)洪水進(jìn)行設(shè)計(jì)，在整個(gè)擋水時(shí)段內(nèi)，圍堰斷面維持不變。這就要求最大斷面的圍堰的背水側(cè)坡腳與永久建筑物基礎(chǔ)開(kāi)挖邊坡線離開(kāi)一定的距離，以滿足基礎(chǔ)開(kāi)挖邊坡穩(wěn)定的要求。

鑒于汛期最大洪水持續(xù)時(shí)間較短，為縮短圍堰與永久建筑物的距離、盡量減小圍堰施工對(duì)周邊的影響，故提出將土石圍堰分期填筑或分期拆除，對(duì)土石圍堰進(jìn)行分期設(shè)計(jì)與施工。土石圍堰分期實(shí)施是將圍堰的擋水時(shí)段進(jìn)行分期，按照分期填筑或分期拆除的方式進(jìn)行實(shí)施；再通過(guò)合理的施工組織，在保證圍堰的背水側(cè)坡腳與基礎(chǔ)開(kāi)挖邊坡線距離不變的前提下，可通過(guò)縮小圍堰基坑側(cè)斷面的方式，縮短圍堰與永久建筑物的距離，從而達(dá)到減少圍堰臨時(shí)占地、減少圍堰侵占河道過(guò)水?dāng)嗝?、?jié)省投資等目的。

3 土石圍堰分期的實(shí)際應(yīng)用

土石圍堰分期設(shè)計(jì)與施工在上海新石洞水閘外河圍堰、安徽高建垾泵站外河圍堰設(shè)計(jì)中均有良好的應(yīng)用。

3.1 上海新石洞水閘工程外河圍堰

上海新石洞水閘是長(zhǎng)江口一線海塘堤防上口門(mén)建筑物，工程等別為I等。閘址已建江堤二級(jí)擋墻頂標(biāo)高為8.40 m，現(xiàn)狀江堤防洪標(biāo)準(zhǔn)為200 a一遇洪水加12級(jí)風(fēng)。

新石洞水閘施工安排在第一年6月開(kāi)工，預(yù)計(jì)第二年6月底完工。外河圍堰擋水時(shí)段為第一年8月～第二年4月，圍堰需要跨汛期使用。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范[1],在已建堤防上破缺新建穿堤建筑物時(shí)，需跨汛期使用的圍堰，不應(yīng)降低所在堤防的防洪標(biāo)準(zhǔn)。故本項(xiàng)目臨時(shí)圍堰的堰頂高程為8.40 m。

外河圍堰型式為沖砂管袋圍堰，采用“一次填筑、分期拆除”的設(shè)計(jì)與施工方案。一期圍堰擋水時(shí)段為第一年8月至第二年3月，施工一期圍堰范圍外的所有主體結(jié)構(gòu)，一期圍堰斷面與不分期設(shè)計(jì)斷面相同，見(jiàn)圖1；二期圍堰擋水時(shí)段為第二年4月，施工二期圍堰到一期圍堰范圍內(nèi)的主體結(jié)構(gòu)，二期圍堰的頂高程取6.00 m，見(jiàn)圖2。

圖1 新石洞水閘外河圍堰不分期設(shè)計(jì)斷面（單位：mm）

圖2 新石洞水閘外河圍堰分期設(shè)計(jì)斷面（二期）（單位：mm）

新石洞水閘工程外河圍堰采用“一次填筑、分期拆除”的設(shè)計(jì)與施工方案，與不分期方案相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）外河圍堰軸線向外河內(nèi)側(cè)平移17 m，有效避開(kāi)了靠河的現(xiàn)狀碼頭，可減少碼頭的保護(hù)費(fèi)用。

（2）與其他型式的不分期設(shè)計(jì)方案（如鋼板樁圍堰）相比，外河圍堰投資節(jié)省了約150萬(wàn)元。

3.2 安徽高建垾泵站工程外河圍堰

安徽高建垾泵站是水陽(yáng)江堤防上口門(mén)建筑物，工程等別為II等。

高建垾泵站施工安排在第一年10月開(kāi)工，預(yù)計(jì)第二年5月底完工。圍堰擋水時(shí)段為第一年11月至第二年4月，圍堰為非度汛圍堰。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范[2],高建垾泵站外河圍堰的級(jí)別為4級(jí)，圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為10～20 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，堰頂高程不低于設(shè)計(jì)洪水位的靜水位與波浪高度及堰頂安全加高值之和，根據(jù)該要求，圍堰的頂高程為9.00 m。

外河圍堰型式為土圍堰，采用“分期填筑、分期拆除”的設(shè)計(jì)與施工方案。

根據(jù)圍堰填筑土的性質(zhì)，圍堰水下拋填邊坡為1∶5，水上干填碾壓邊坡為1∶2。一期圍堰擋水時(shí)段為第一年11月至第二年3月，施工一期圍堰范圍外的所有主體結(jié)構(gòu)，一期圍堰分2次填筑，見(jiàn)圖3、圖4；二期圍堰擋水時(shí)段為第二年4月，施工二期圍堰到一期圍堰范圍內(nèi)的主體結(jié)構(gòu)，二期圍堰頂高程取7.0 m，見(jiàn)圖5。

圖3 高建垾站外河圍堰分期設(shè)計(jì)斷面（一期第1次填筑）

圖4 高建垾站外河圍堰分期設(shè)計(jì)斷面（一期第2次填筑）

圖5 高建垾站外河圍堰分期設(shè)計(jì)斷面（二期）

高建垾站工程外河圍堰采用“分期填筑、分期拆除”的設(shè)計(jì)與施工方案，與不分期方案（見(jiàn)圖6）相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

圖6 高建垾站外河圍堰不分期設(shè)計(jì)斷面

（1）外河圍堰軸線向外河內(nèi)側(cè)平移了9 m，外坡腳線向內(nèi)側(cè)平移了14 m，緩解了外河圍堰對(duì)水陽(yáng)江的束窄效應(yīng)，增加了施工期間河道的過(guò)水?dāng)嗝嬖黾恿藚^(qū)域的防洪安全系數(shù)。

（2）外河圍堰單斷面土方量就減小了約22%，節(jié)省了工程的投資。

4 結(jié)語(yǔ)

土石圍堰分期設(shè)計(jì)是將圍堰的擋水時(shí)段進(jìn)行分期，按照分期填筑或分期拆除的方式，通過(guò)合理的施工組織，在保證圍堰的背水側(cè)坡腳與基礎(chǔ)開(kāi)挖邊坡線距離不變的前提下，可通過(guò)縮小圍堰基坑側(cè)斷面的方式，縮短圍堰與永久建筑物的距離，

從土石圍堰分期設(shè)計(jì)與施工在上海新石洞水閘工程外河圍堰、安徽高建垾泵站工程外河圍堰中的應(yīng)用來(lái)看，土石圍堰分期設(shè)計(jì)與施工確可達(dá)到減少圍堰臨時(shí)占地、減少圍堰侵占河道過(guò)水?dāng)嗝?、?jié)省投資的功效，可為今后類似工程圍堰的設(shè)計(jì)與施工提了有益的參考。

在土石圍堰的分期設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)提出相應(yīng)的安全保護(hù)措施，主要由于土石結(jié)構(gòu)本身抗沖刷能力較差，對(duì)基坑的安全威脅較大，在土石圍堰的分期設(shè)計(jì)中的各種工況下的邊坡穩(wěn)定應(yīng)予以重視，同時(shí)土石圍堰的拆除過(guò)程也是比較容易出現(xiàn)安全隱患的時(shí)段，拆除設(shè)計(jì)中更應(yīng)注重土石圍堰的邊坡穩(wěn)定的問(wèn)題，往往在工程接近完成時(shí)會(huì)出現(xiàn)邊坡坍塌等施工事故，因此圍堰的分期拆除設(shè)計(jì)也是土石圍堰分期設(shè)計(jì)中的重要的環(huán)節(jié)，對(duì)分期拆除的設(shè)計(jì)中也應(yīng)專門(mén)應(yīng)對(duì)各種工況進(jìn)行系統(tǒng)性分析。