隔水圍堰+雙排土芯圍堰工藝特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)安全性分析

蔣業(yè)超，毛雷，徐小馬

（1.合肥城建投資控股有限公司，安徽 合肥 230601；2.中煤第三建設(shè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230221）

0 前言

當(dāng)前，隨著時(shí)代的發(fā)展，全民生活水平不斷提高，國家、居民對建設(shè)工程的綠色、環(huán)保、品質(zhì)要求越來越高，土石圍堰、混凝土圍堰、草袋圍堰及鋼板圍堰等傳統(tǒng)的涉水圍堰施工工藝已不能滿足當(dāng)前環(huán)保要求。懷寧路下穿天鵝湖隧道項(xiàng)目，位于省會城市合肥政務(wù)區(qū)。天鵝湖是一個(gè)環(huán)境優(yōu)美、風(fēng)景宜人的開放式公園，天鵝湖區(qū)域集商業(yè)、居住、生態(tài)休閑、文化創(chuàng)新為一體，環(huán)湖有多個(gè)標(biāo)志性建筑。隧道施工迫切需要采取安全、綠色的施工工藝，本項(xiàng)目采用湖底隧道組合式生態(tài)圍堰通過1道生態(tài)隔水圍堰+雙排填土圍堰工藝能夠?qū)崿F(xiàn)了以上目的。

1 圍堰布置

生態(tài)組合式鋼圍共3道，第一道為隔水圍堰，起到隔離施工區(qū)域水體與湖中水體的作用。第2道與第3道圍堰采用對拉螺桿鋼板樁圍堰，雙側(cè)均采用拉森IV型鋼板樁扣打，頂部設(shè)雙拼槽32a鋼圍檁并用Φ28鋼筋拉結(jié)形成整體。底部范圍內(nèi)清淤后分層夯填黏土。堰心采用粘土回填，壓實(shí)系數(shù)不小于0.95，圍堰寬度6.0m，考慮環(huán)保和文明施工要求，在堰頂設(shè)置生態(tài)覆蓋。迎水面鋼板樁背面設(shè)置復(fù)合土工膜，鋪設(shè)時(shí)在鋼拉桿下留有25cm以備沉降時(shí)不被拉斷。土工膜搭接500mm，接頭采用焊接。具體可見圖1。

圖1 鋼板樁圍堰標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

2 工藝特點(diǎn)

①采用攔污繩+外側(cè)隔水樁+堰頂綠植實(shí)現(xiàn)了施工過程湖體水質(zhì)零污染，圍堰與周邊綠色環(huán)境融為一體，如圖2和圖3。

圖2 堰頂綠化

圖3 隔油繩

②鋼板樁施工采用雙線定位+導(dǎo)向架控制，圍堰主體采用分層填土+雙層鋼板樁螺紋鋼對拉，實(shí)現(xiàn)了鋼板樁的垂直度、密水性、高穩(wěn)定性效果。

④采用組裝式浮船+液壓式靜壓打樁機(jī)打拔，保證了施工速度，減少了噪聲污染，如圖4。

圖4 組裝式浮船+壓打樁機(jī)

3 圍堰穩(wěn)定性分析

3.1 地基巖土分布

根據(jù)本次野外鉆探、原位測試和室內(nèi)土工試驗(yàn)，現(xiàn)將本次勘探揭露的地層按其地質(zhì)時(shí)代、成因類型、埋藏深度以及巖土的工程地質(zhì)特征，水上鉆孔自上而下分別敘述如下：①3層雜填土（Q），以常年受湖水浸泡影響的黏性土和湖底淤積土為主；②層粉質(zhì)黏土（Q），裂隙結(jié)構(gòu)，裂隙中充填灰白色或灰綠色黏土，韌性中等，干強(qiáng)度高；③層粉質(zhì)黏土（Q），裂隙結(jié)構(gòu)，裂隙中充填灰白色、灰綠色黏土，韌性高，干強(qiáng)度高，該層土與泥質(zhì)砂巖交界處含有較多灰白色黏土、鐵錳氧化物及砂粒；④1層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（K），原巖結(jié)構(gòu)已經(jīng)大部分破壞，節(jié)理和裂隙很發(fā)育，已經(jīng)風(fēng)化成碎塊狀、砂狀、土狀，巖芯極破碎～破碎；④2層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖（K），原巖結(jié)構(gòu)已經(jīng)部分破壞，節(jié)理和裂隙發(fā)育，巖芯呈柱狀，巖芯較破碎。

3.2 地下水情況

場地內(nèi)地下水類型為上層滯水、潛水，其中上層滯水主要含水層為①1層填筑土和①2層素填土中，潛水主要含水層為強(qiáng)、中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，水量較小，其中潛水主要分布位置在強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖上部與③層粉質(zhì)黏土的交接帶附近。場地內(nèi)地下水主要補(bǔ)給來源于地表水（天鵝湖水）和大氣降水，地下水埋深1.10～4.40m，平均值3.51m；地下水水位標(biāo)高30.04～34.62m，平均30.74m，年變化幅度約1m。天鵝湖湖水標(biāo)高30.52m（勘察期間）。

3.3 圍堰計(jì)算原理

3.3.1 圍堰寬度計(jì)算

其中：

M—對開挖面的變形力矩；

M—對開挖面的抵抗力矩；

K—安全系數(shù)，不小于1.2。

B—換算墻體寬度；

H—換算墻體高度；

γ—填料的換算重度標(biāo)準(zhǔn)值，一般取10；

γ—第i層填料的換算重度標(biāo)準(zhǔn)值；

h—第i層填料的高度；

φ—內(nèi)部填料的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值。

帶入圍堰設(shè)計(jì)寬度6m試算，其他計(jì)算參數(shù)和計(jì)算結(jié)果如表1，依據(jù)公式（1）-（6）試算安全系數(shù)為 2.3，大于允許值1.2，滿足要求。

圍堰寬度試算參數(shù)表 表1

3.3.2 圍堰整體抗滑移驗(yàn)算

其中：

ΣP—圍堰土體豎向力總和；

ΣT—圍堰受到的水平總和；

u—圍堰底與地基土之間的摩擦系數(shù)；

k—安全系統(tǒng)，不小于1.4。

依據(jù)公式（7），其他計(jì)算參數(shù)和計(jì)算結(jié)果如表2，計(jì)算出圍堰抗滑移穩(wěn)安全系數(shù)為123.6，遠(yuǎn)大于允許值1.4，滿足要求。

圍堰抗滑移穩(wěn)定性分析參數(shù)表 表2

3.3.3 圍堰整體抗傾覆驗(yàn)算

其中：

M—圍堰的抵抗力矩，主要為圍堰的自重抵抗彎矩；

M—側(cè)水壓力形成的力矩；

k—安全系統(tǒng)，不小于1.4。

依據(jù)公式（8），其他計(jì)算參數(shù)和計(jì)算結(jié)果如表3，計(jì)算出圍堰抗滑移穩(wěn)安全系數(shù)為123.6，遠(yuǎn)大于允許值1.4，滿足要求。

圍堰抗傾覆穩(wěn)定性分析參數(shù)表 表3

3.3.4 抗?jié)B驗(yàn)算

坑底土的滲流水力坡度：

坑底土體的臨界力學(xué)坡度：

其中：

H—基坑內(nèi)外土體的滲流水頭；

L—最短滲流路徑；

G—坑底土的顆粒比重；

e—坑底土的天然孔隙比；

γ—抗?jié)B流分項(xiàng)系數(shù)。

依據(jù)公式（9）-（11），其他計(jì)算參數(shù)和計(jì)算結(jié)果如表4，計(jì)算出圍堰抗?jié)B穩(wěn)定安全系數(shù)為4.0，大于允許值，滿足要求。

圍堰抗?jié)B穩(wěn)定性分析參數(shù)表 表4

4 結(jié)語

圍護(hù)結(jié)構(gòu)為外側(cè)隔水樁+雙層鋼板樁+內(nèi)部填土結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的密水性，造價(jià)低，施工污染小，與周邊環(huán)境和諧的優(yōu)點(diǎn)，通過驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)的抗滑移、抗傾覆以及抗?jié)B性能滿足穩(wěn)定性要求。真正具有“中看中用、性價(jià)比高”的特點(diǎn)，具有很好的借鑒和推廣價(jià)值。