粉黏土地質(zhì)臨海工況下 臨時(shí)止水圍堰結(jié)構(gòu)型式研究

時(shí)學(xué)海

摘 要：本文對(duì)大唐東營(yíng)2×1000MW新建工程廠外取排水口臨時(shí)圍堰型式進(jìn)行研究，綜合考慮黃河流域粉黏土地質(zhì)及取材方便等特點(diǎn)，結(jié)合油田及政府部門對(duì)臨時(shí)圍堰的要求，確定采用充填砂袋、鋼板樁及倒“T”混凝土壓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式。對(duì)圍堰不同工況的穩(wěn)定性和滲透進(jìn)行了計(jì)算，并進(jìn)行了物模實(shí)驗(yàn)。圍堰施工后抵御了多次風(fēng)暴潮，滲水量控制較好，為類似工程的施工提供參考。

關(guān)鍵詞：黃河流域;粉黏土地質(zhì);臨時(shí)圍堰;穩(wěn)定性;止水滲流

中圖分類號(hào)：U655? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）07-0067-04

1? 工程概況

1.1? 工程簡(jiǎn)介

大唐東營(yíng)2×1000MW新建工程海水取排水工程為滿足取排水口干施工需要，需在海側(cè)修建一道580m的圍堰。其中臨時(shí)段長(zhǎng)度380m，內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工完成后再予以拆除;永臨段長(zhǎng)度200m，內(nèi)部干施工完成后部分拆除并與新建北堤銜接共同防波擋浪。因陸域有大量油井及煉油設(shè)施，要求臨時(shí)圍堰能夠抵御東營(yíng)港地區(qū)百年一遇的風(fēng)暴潮破壞（如圖1）。

1.2工程地質(zhì)情況

本工程場(chǎng)地地層以粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂為主。穿堤箱涵設(shè)計(jì)底標(biāo)高為-7.0m，位于粉土層，該層土滲透性較好，在內(nèi)外水頭壓力差作用下，易形成管涌。

2圍堰結(jié)構(gòu)型式確定

2.1圍堰結(jié)構(gòu)型式比選

圍堰屬臨時(shí)工程，工程完工后須予以拆除，投資不宜過(guò)高，設(shè)計(jì)既可靠又經(jīng)濟(jì)的防滲結(jié)構(gòu)，是袋裝砂圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，同時(shí)圍堰止水也是工程成敗的首要問(wèn)題之一。該地區(qū)砂源豐富，優(yōu)先考慮袋裝砂結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)成本低，防水性能較好。目前常用袋裝砂的臨時(shí)止水圍堰的結(jié)構(gòu)型式主要有：充填砂袋+黏土芯墻結(jié)構(gòu);充填砂袋+高壓旋噴樁墻結(jié)構(gòu)、充填砂袋+混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)及充填砂袋+鋼板樁結(jié)構(gòu)。由于本地區(qū)黏土資源缺乏，高壓旋噴樁及混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)施工易對(duì)充填砂袋造成破壞且后期拆除難度大，本圍堰最終采用采用充填砂袋+鋼板樁結(jié)構(gòu)。

2.2圍堰斷面型式確定

根據(jù)設(shè)計(jì)水文情況，百年一遇的潮位為2.88m，東營(yíng)地區(qū)每年10月份至次年的4月份為東北風(fēng)盛行季節(jié)，會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)增水，結(jié)合業(yè)主要求，圍堰頂標(biāo)高定為+5.0m。

臨時(shí)圍堰堤心采用充填砂袋，從堤心向外依次為400g/m2的土工布，500mm厚的碎石墊層，700mm厚200～300kg塊石墊層，2t扭王字塊體護(hù)面，堤身內(nèi)側(cè)打設(shè)長(zhǎng)度為15m的拉森Ⅳ鋼板樁。堤頂結(jié)構(gòu)考慮三種膜袋混凝土、“L”混凝土、倒“T”混凝土三種結(jié)構(gòu)。其中膜袋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)計(jì)算不滿足穩(wěn)定性要求，“L”混凝土結(jié)構(gòu)雖滿足驗(yàn)算要求，但物模實(shí)驗(yàn)失穩(wěn)。最終選用倒“T”混凝土結(jié)構(gòu)，斷面圖如2、3。

3? 圍堰穩(wěn)定分析

3.1? 計(jì)算工況分析

圍堰驗(yàn)算與考慮三種不同工況：

（1）圍堰外側(cè)極端水位2.88m，內(nèi)側(cè)水位為最低水位-1.0m;

（2）圍堰外側(cè)極端水位2.88m，內(nèi)側(cè)將水抽干-4.0m;

（3）圍堰外側(cè)極端水位2.88m，內(nèi)側(cè)降水抽干，并開(kāi)挖至基坑底部-7.0m。因臨時(shí)圍堰結(jié)構(gòu)距離開(kāi)挖面較遠(yuǎn)約35m，且開(kāi)挖深度較小（-4.0m），只考慮前兩種工況，永臨結(jié)合部位緊鄰圍堰，需將三種工況全部考慮。

3.2? 計(jì)算方法及參數(shù)分析

3.2.1計(jì)算方法

采用易工水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)CAD集成軟件（土坡穩(wěn)定模塊）計(jì)算整體穩(wěn)定;若不穩(wěn)定，考慮鋼板樁作用，并使用理正深基坑支護(hù)5.3計(jì)算鋼板樁踢腳穩(wěn)定;

3.2.2計(jì)算條件和參數(shù)（如表1）

滑動(dòng)面形狀：圓滑

計(jì)算采用方法：簡(jiǎn)單條分法

土層指標(biāo)采用：總應(yīng)力法

不考慮地震

安全等級(jí)：二級(jí)

3.3? 計(jì)算結(jié)果

以永臨結(jié)合部圍堰（斷面2-2）為例，計(jì)算3種工況圍堰穩(wěn)定性。臨時(shí)段圍堰（斷面1-1）穩(wěn)定性計(jì)算在本文不再贅述。

（1）工況一（極端高水位2.88m+抽水至-1.0m+開(kāi)挖至-7.0m，考慮鋼板樁）如圖4、表2。

（2）工況二（極端高水位2.88m+抽水至-4.0m+開(kāi)挖至-7.0m，考慮鋼板樁）如圖5、表3。

（3）工況三（極端高水位2.88m+抽水至-7.5m+開(kāi)挖至-7.0m，考慮鋼板樁）如圖6、表4。

4? 圍堰物模實(shí)驗(yàn)分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證斷面形狀的穩(wěn)定性，對(duì)擬定充填砂袋+鋼板樁+“L”混凝土塊及倒“T”混凝土塊進(jìn)行物模實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在長(zhǎng)90m，寬1m，深1.8m的水槽內(nèi)，通過(guò)造波器模擬百年一遇水位的最不利情況，驗(yàn)證結(jié)果“L”混凝土塊壓頂發(fā)生失穩(wěn)，倒“T”混凝土塊壓頂穩(wěn)固（如圖7、8）。

5? 圍堰滲透計(jì)算

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》 JGJ 120-2012附錄C滲透穩(wěn)定性計(jì)算可得：

可得出滲流穩(wěn)定。

式中：

Kf-流土穩(wěn)定性安全系數(shù);安全等級(jí)為一級(jí)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，Kf分別不應(yīng)小于1.6;

ld-截水帷幕在坑底以下的插入深度（m），取ld=6.9;

D1-潛水面或承壓含水層頂面至基坑底面的土層厚度（m），取D1=4.5;

r–土的浮重度（kN/m3），取r=9.2;

h-基坑內(nèi)外水頭差（m），取h =8.1;

rw-水的重度（kN/m3），取rw =10。

可得Kf=1.98>1.60，滿足要求。

6結(jié)語(yǔ)

臨時(shí)圍堰建成后，成功度過(guò)了2018年10月至2019年4月的東營(yíng)風(fēng)暴潮季節(jié)，經(jīng)受住多次風(fēng)暴潮的洗禮，同時(shí)圍堰內(nèi)部基本無(wú)滲水，為取排水箱涵創(chuàng)造了良好干施工條件。實(shí)驗(yàn)證明充填砂袋+鋼板樁+倒“T”混凝土結(jié)構(gòu)臨時(shí)圍堰能夠適應(yīng)黃河流域粉黏土地質(zhì)，該結(jié)構(gòu)型式圍堰穩(wěn)定性及防滲效果均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，同時(shí)該結(jié)構(gòu)施工方便，造價(jià)低，便于后期拆除，能夠?yàn)轭愃乒こ痰氖┕ぬ峁┙梃b（如圖9）。

參考文獻(xiàn)：

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