澄海區(qū)萊蕪排水閘工程建設(shè)方案比選分析

肖曉博

(東莞市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 東莞 523115)

1 工程概況

萊蕪片區(qū)內(nèi)新八孔水閘位于一八圍海堤的東堤沙壟和南堤段之間，是一八圍海堤的穿堤涵閘之一，擔(dān)負(fù)著一八圍萊蕪片區(qū)和北港永順興片的排澇、防潮及納潮養(yǎng)殖任務(wù)。近年來(lái)將萊蕪片區(qū)規(guī)劃建成為澄海的物流中心，新八孔水閘前的排水渠及整個(gè)片區(qū)的養(yǎng)殖池將被征用為物流中心的建設(shè)用地，因此該閘將失去對(duì)萊蕪片區(qū)排澇及納潮養(yǎng)殖的功能。結(jié)合萊蕪片區(qū)規(guī)劃，須重新選址進(jìn)行萊蕪排水閘新建工程，新建萊蕪排水閘位于澄海區(qū)一八圍海堤萊蕪段，萊蕪片區(qū)位于一八圍的東南側(cè)，三面環(huán)海，東南角與萊蕪山腳接近，擔(dān)負(fù)著萊蕪片區(qū)和北港永順興片區(qū)總共5.082 km2的排澇、防潮和納潮養(yǎng)殖任務(wù)。萊蕪排水閘閘室共布置5孔，單孔凈寬2 m，總凈寬10 m，設(shè)計(jì)最大排水流量為68.84 m3/s，工程等級(jí)為小(1)型。本文根據(jù)新建萊蕪排水閘工程功能和綜合利用要求，結(jié)合生態(tài)理念，并考慮地形、地質(zhì)、對(duì)外交通及對(duì)周邊的影響等方面進(jìn)行方案布置比選[1]。

2 工程設(shè)計(jì)方案比選

2.1 工程總體布置方案比選

2.1.1 布置方案的對(duì)比

萊蕪水閘現(xiàn)擔(dān)負(fù)著萊蕪片區(qū)及北港永順興片總共5.082 km2的排澇、防潮及納潮養(yǎng)殖任務(wù)。工程為水閘新建工程，建設(shè)內(nèi)容包主要括水閘新建，兩岸堤岸修整。本次設(shè)計(jì)以防洪排澇為重點(diǎn)，把生態(tài)設(shè)計(jì)的理念貫穿于設(shè)計(jì)的全過(guò)程?，F(xiàn)提出三個(gè)總體方案進(jìn)行對(duì)比[2]：

方案一：采用過(guò)路箱涵的排水閘方式，一次性全段開(kāi)挖，新建穿路箱涵總長(zhǎng)40 m，直接穿過(guò)，水閘控制室設(shè)置于萊蕪路邊，進(jìn)口、出口段采用挖深式消力池，出口設(shè)置八字口擋墻。

優(yōu)點(diǎn)：施工工藝簡(jiǎn)單，采用一次性攔斷方式進(jìn)行全段式開(kāi)挖；機(jī)械簡(jiǎn)單，操作也較為簡(jiǎn)便；水流經(jīng)箱涵方式流入較為順暢，滿(mǎn)足運(yùn)行條件。

缺點(diǎn)：會(huì)造成萊美路交通暫時(shí)阻斷，無(wú)法通行；開(kāi)挖量大，土方堆放棄置點(diǎn)將有一定影響；道路臨水閘側(cè)有管線穿過(guò)，需避開(kāi)管線進(jìn)行施工；方案造價(jià)高，成本大。

方案二：采用過(guò)路箱涵的排水閘方式，與方案一不同的是，此方案采用分期分段開(kāi)挖，將萊美路分為兩段兩期施工，在連接段采用鋼板樁支撐，先施工一段，保持另一端道路通行，等完建后再施工例外一段，從而達(dá)到緩解萊美路交通壓力的目的，新建穿路箱涵總長(zhǎng)40 m，采用分期分段開(kāi)挖，開(kāi)挖邊坡為1∶2，距箱涵3.5 m處采用12 m拉森Ⅲ型鋼板樁進(jìn)行支護(hù)，防止施工過(guò)程中，萊美路車(chē)輛行駛對(duì)邊坡造成擠壓。同時(shí)在道路右側(cè)水塘池邊填土，形成15 m寬道路交通，已滿(mǎn)足施工期交通要求。水閘控制室設(shè)置于萊蕪路邊，進(jìn)口、出口段采用挖深式消力池，出口設(shè)置八字口擋墻。

優(yōu)點(diǎn)：有效緩解施工期間帶來(lái)的交通壓力；分段分期施工，可以在一定的基礎(chǔ)上避免土方開(kāi)挖過(guò)大造成的堆積成山，造成施工場(chǎng)地狹??；施工工藝簡(jiǎn)單，操作方便；造價(jià)上對(duì)于方案一較低，較方案三高。

缺點(diǎn)：施工過(guò)程中，對(duì)交通的管制以及施工的配合將成為此次水閘施工的重點(diǎn)；分期開(kāi)挖雖降低了交通壓力，但仍然對(duì)萊美路存在交通壓力和隱患。

方案三：采用3根Φ1900鋼管利用頂管形式穿過(guò)萊美路，同時(shí)外江出口設(shè)置消力池，消力池后設(shè)置海漫、拋石護(hù)底，八字外擴(kuò)形式。水閘閘室設(shè)置于內(nèi)涌上，采用5孔2 m箱涵形式，連接護(hù)坦段。

優(yōu)點(diǎn)：頂管施工在一定程度上減少了開(kāi)挖量；采用箱涵方式在造價(jià)上更為節(jié)省。

缺點(diǎn)：箱涵頂管施工技術(shù)較為復(fù)雜，難以施工，施工應(yīng)選擇土質(zhì)堅(jiān)硬的地段進(jìn)行，本工程頂管段大多為淤泥層，地質(zhì)情況較為差，不滿(mǎn)足頂管要求。

2.1.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比結(jié)論

通過(guò)三個(gè)方案總體比較，方案二實(shí)施難度雖大，但可以從技術(shù)層面解決；從對(duì)周?chē)ㄖ镉绊懶?、?dòng)拆遷量小、工程投資省。從造價(jià)上更為經(jīng)濟(jì)，運(yùn)行管理上更為便捷，工程建設(shè)更為合理上進(jìn)行比選，選取方案二為本工程的推薦方案。

2.2 基礎(chǔ)處理方案比較

根據(jù)地質(zhì)資料揭露，本水閘工程為韓江下游沖積平原和濱海淺灘地帶，后經(jīng)人工填筑堤防，填海而成，區(qū)內(nèi)出露有萊蕪島、鳳嶼等小山。據(jù)鉆孔揭露，閘址場(chǎng)區(qū)為淤泥②：灰色、流塑，含腐殖質(zhì)，粉砂團(tuán)，夾薄層粉細(xì)砂，局部形成細(xì)砂層，土層厚度為8.35 m～13.93 m，地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk=40 kPa。屬高壓縮性軟土，工程力學(xué)性質(zhì)極差。

2.2.1 基礎(chǔ)處理方案選擇

本次涵閘地基基礎(chǔ)處理擬采用以下幾種方案進(jìn)行比選：CFG樁、水泥攪拌樁、預(yù)制鋼筋混凝土管樁，三種基礎(chǔ)處理方案的適應(yīng)性和優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 三種基礎(chǔ)處理方案的適應(yīng)性和優(yōu)缺點(diǎn)比較表

2.2.2 基礎(chǔ)處理推薦方案

通過(guò)以上分析，對(duì)上述3種基礎(chǔ)處理方案進(jìn)行綜合比較。

(1)從施工進(jìn)度上比較

三種地基處理方案施工進(jìn)度上相差不大，預(yù)制鋼筋混凝土管樁在施工進(jìn)度上較CFG樁和水泥攪拌樁快一些，但考慮到其有預(yù)制、接樁等工藝，綜合考慮三者相差甚小。

(2)從工程造價(jià)上比較

從投資上看，水泥攪拌樁造價(jià)最低；預(yù)制鋼筋混凝土管樁造價(jià)最高，CFG樁造價(jià)在二者之間。因此，采用水泥攪拌樁方案在工程投資上更占優(yōu)勢(shì)。

(3)從適應(yīng)性比較

根據(jù)已建工程設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，水泥攪拌樁處理淤泥、淤泥質(zhì)土層基礎(chǔ)適用較好，本工程地基主要為淤泥以及砂層，水泥攪拌樁的適應(yīng)性會(huì)更好。

綜合考慮，本工程水閘基礎(chǔ)處理擬推薦采用水泥攪拌樁方案，樁徑選為500 mm為宜。

3 工程布置

3.1 主要建筑物布置

(1)水閘閘室

新建萊蕪排水閘閘室共布置閘孔5孔，單孔凈寬2.0 m，總凈寬10 m，中墩厚0.8 m、邊墩厚0.8 m，閘室總寬為14.8 m，閘室底板高程為-1.4 m，底板厚0.8 m，閘室頂板高程為1.30 m，箱涵段長(zhǎng)40 m。閘室采用整體鋼筋混凝土箱式結(jié)構(gòu)。水閘的運(yùn)行、泄洪方式為閘門(mén)控制，閘門(mén)布置在外海側(cè)，采用平板鋼閘門(mén)，配套螺桿啟閉機(jī)，水閘配套啟閉機(jī)室。

(2)消能、防沖

新建萊蕪排水閘的主要任務(wù)是排澇和防潮，此次工程設(shè)計(jì)將采取單向消能方式，水流通過(guò)進(jìn)口段經(jīng)箱涵進(jìn)入閘室段后排入外海消力池，經(jīng)消力池消能后匯入外海。為保證水閘水利順接能夠平順暢通，在上下游閘室后接護(hù)坡，在護(hù)坡兩側(cè)設(shè)置翼墻，翼墻結(jié)構(gòu)型式為重力式擋土墻，墻身設(shè)置反濾排水。

(3)基礎(chǔ)處理

水閘基礎(chǔ)采用Φ500水泥攪拌樁(摻灰量18%)打至持力層粘土層，采用格柵狀布置。其中，閘室段樁長(zhǎng)13 m，圍封樁間距0.4 m，共373根，中心樁間距為1 m，共468根，空箱防浪擋墻圍封樁間距0.4 m，中心樁間距1 m，共56根；外海側(cè)翼墻樁長(zhǎng)14 m，間距1.2 m，共168根；圍內(nèi)側(cè)翼墻樁長(zhǎng)13 m，間距1.2 m，共48根?？倶堕L(zhǎng)為14637 m。

3.2 施工特點(diǎn)及主要施工方案

(1)施工特點(diǎn)

萊蕪排水閘橫穿萊美路，由于萊美路為萊蕪片區(qū)主要的交通干道，且為前往南澳島唯一公路，同時(shí)也是南澳大橋建筑材料運(yùn)輸?shù)墓?，?chē)流通過(guò)較多，為避免因水閘的建設(shè)嚴(yán)重影響萊美路的交通以及減少因水閘的建設(shè)對(duì)現(xiàn)有萊美路路面、路面設(shè)施及路旁現(xiàn)有埋設(shè)線路的破壞，同時(shí)結(jié)合施工工期考慮，對(duì)水閘閘室段采用分2期施工，并對(duì)基坑采用鋼板樁支護(hù)，對(duì)路旁現(xiàn)有埋設(shè)線路進(jìn)行保護(hù)或進(jìn)行臨時(shí)遷移。同時(shí)，擬考慮利用水閘內(nèi)圍堰作為臨時(shí)交通道路，彌補(bǔ)因水閘施工萊美路路面寬度減小對(duì)交通造成的影響。工程施工擬先施工外海側(cè)箱涵，作為施工第1階段，以現(xiàn)有圍內(nèi)側(cè)萊美路路面及內(nèi)圍堰作為施工交通分流道路；待第1階段施工完畢后，進(jìn)入第2階段，即施工圍內(nèi)側(cè)箱涵，第2階段施工以第1階段施工完成的路面和內(nèi)圍堰作為施工交通分流道路。計(jì)劃工程總工期12個(gè)月。

(2)主要施工方案

萊蕪水閘施工時(shí)，分兩期施工，第一期施工為臨海測(cè)箱涵段及閘室段，采用放坡式開(kāi)挖，開(kāi)挖坡比為1∶2，同時(shí)在箱涵外側(cè)3.5 m處設(shè)置支護(hù)拉森Ⅲ型鋼板樁，長(zhǎng)度為12 m，其中深入土層10 m。同時(shí)，為解決施工期間萊美路的交通情況，與右側(cè)鋪筑一條寬為15 m的臨時(shí)擋路，減緩施工期間萊美路帶來(lái)的交通壓力。施工臨時(shí)便道先采用3 m砂換填后進(jìn)行填筑，填筑坡比為1∶2，同時(shí)在邊坡底部?jī)蓚?cè)打入支護(hù)拉森Ⅲ型鋼板樁，長(zhǎng)度為12 m。待一期施工完畢后，進(jìn)行二期施工，于箱涵頂部段設(shè)置一期臨時(shí)C30鋼筋砼擋墻，同時(shí)進(jìn)行二期施工。一期施工完成箱涵段施工完畢后，作為來(lái)往交通要道，挖除一期施工臨時(shí)道路，作為二期施工圍堰填筑。同時(shí)在內(nèi)涌右側(cè)田地開(kāi)挖一條底寬為2.2 m的施工導(dǎo)流明渠作為施工期間導(dǎo)流。待工程完成后恢復(fù)原有地貌，回填明渠，拆除圍堰。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)排水閘總體布置方案比較，選擇出適于本工程的水閘布置形式，解決了萊蕪區(qū)洪水和排澇問(wèn)題，并根據(jù)閘室段地質(zhì)條件及基礎(chǔ)處理方案比選，采用水泥攪拌樁對(duì)水閘基坑進(jìn)行加固處理，保證閘室在后期運(yùn)行中結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定，工程竣工后將為澄海區(qū)產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。