外海软土地基水闸工程施工导流实践探析

2017-08-23余红刚黄康华

浙江水利科技 2017年4期

关键词：抛石水闸围堰

余红刚，黄康华

（1.台州市路桥区水利水电工程质量监督站，浙江台州 31 8 0 5 0；2.浙江东洲建设咨询有限公司，浙江杭州 31000 2）

外海软土地基水闸工程施工导流实践探析

余红刚1，黄康华2

（1.台州市路桥区水利水电工程质量监督站，浙江台州 31 8 0 5 0；2.浙江东洲建设咨询有限公司，浙江杭州 31000 2）

软土地基水闸施工导流是水闸工程建设的基础和重要保障。金清老港通航排水闸工程为破海堤建闸工程，围堰位于外海30 ～ 40 m厚的淤泥层上，地基承载力及稳定性较差，如果软土地基处理不当，将会影响整个工程项目的施工，采用“抛石挤淤重力式土石结构”能满足结构稳定需要，结构简单，施工方便。结合金清老港通航排水闸工程软基水闸工程案例，探讨软基水闸导流设计与施工实践。

施工导流方案；破堤建闸；软土地基；抛石挤淤

1 工程简介

水闸施工导流是水闸工程建设的基础和重要保障。外海软土地基上建闸对施工导流的设计与施工提出了更高的要求，如果软土地基处理不当，将会影响整个工程项目的施工。为此，就需要认真分析软基水闸特征，制定出合理科学的水闸导流设计及施工方案。

金清老港通航排水闸工程位于台州市路桥区金清老港堵坝中段，为外海软土地基上破堤建闸工程。工程完成后，将已经封堵的金清老港打通，作为台州市路桥区金清港通航排水通道。金清老港通航排水闸设计船闸宽25.00 m，闸底高程 - 3.90 m，设计排涝流量352 m3/s。通航排水闸由上游合金钢网兜抛石防护、上游护坦、闸室、下游护坦及下游合金钢网兜抛石组成。整个通航排水闸与老港堵坝紧凑布置，由西北向东南，正向穿堤，正向排水，水流顺畅[1]。

金清老港通航排水闸工程导流采用围堰挡水（挡潮）的方式，内、外侧围堰和左右岸堵坝相连接，组成一个封闭的区间，形成干地施工环境。由于围堰位于30 ～ 40 m厚的淤泥层上，地基承载力及稳定性较差，因此，围堰基础处理既是围堰设计的重点，也是工程顺利施工的关键所在。

2 导流建筑物设计

2.1 导流工程布置

根据地形、地质条件，金清老港通航排水闸采用一期截断河流的方式进行导流，形成干地施工环境。

导流建筑物总平面布置见图1。

图1 导流建筑物总平面布置示意图

2.2 导流标准

金清老港通航排水闸属穿堤（坝）建筑物，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物为3级，根据SL 303 — 2004《水利水电工程施工组织设计规范》的规定[2]，相应的临时导流建筑物为5级。

本工程围堰采用土石结构，根据施工进度安排，工程计划全年施工。由于本工程属破堤建闸工程，外海侧围堰不仅仅是为了保护基坑，更重要的是保证堵坝内温黄平原的村庄、城镇不受风暴潮破坏，因此，本工程外海侧围堰导流标准取50 a一遇，相应高潮位5.06 m，内河侧围堰导流标准取10 a一遇，相应水位2.86 m。

2.3 围堰工程设计

由于围堰基础坐落在深厚的软土地基上，地基承载力及稳定性较差，围堰应尽可能布置在距水闸深基坑开挖边线一定的安全距离以外，以防围堰荷载对开挖边坡产生不利的影响。外海围堰采取抛石挤淤重力式土石结构，两侧采用抛石挤淤结构确保堰体稳定，中间采用涂泥防渗；内河侧围堰在最大水深达2.00 m左右的土质老河床上修筑，袋装土围堰较难保证修筑质量从而影响围堰的安全性，采用与外海侧围堰类似的土石混合结构形式。

2.3.1 外海侧围堰设计

外海侧围堰地基土体为多元结构，主要为Ⅲ1层淤泥、Ⅲ2层淤泥及Ⅲ3层淤泥，均为低强度、高含水量、高压缩性软土，性质差、厚度大，是围堰地基沉降和抗滑稳定的主要控制性土层。外海侧围堰基础土层地质参数见表1。

表1 外海侧围堰基础土层物理力学指标表

为了保证基坑开挖对围堰基础的影响，确保堰体安全稳定，经专家论证，外海侧围堰布置在老港堵坝外侧约210 m处，围堰长约325 m，为重力式土石结构，其堰顶高程为6.00 m，顶宽4.12 m；迎水侧及背水侧采用抛石体镇压保护，抛石体之间采用填筑土方防渗；迎水侧抛石分两级平台，第1级平台顶高程3.00 m，宽10.28 m，第2级平台顶高程2.50 m，宽10.00 m；背水侧抛石体顶高程3.00 m，顶宽14.28 m；为加快防渗土方填筑进度，在防渗土方两侧设置抛石棱体，迎水侧抛石棱体顶高程5.00 m，背水侧抛石棱体顶高程4.00 m；防渗土方顶高程6.00 m，迎水面边坡1∶2.00，背水侧边坡1∶4.52，迎水侧采用50 cm的大块石理砌保护，块石理砌护面下设400 g/m2无纺土工布。为满足围堰及基坑整体稳定要求，外海侧围堰内坡脚与基坑开挖外边线至少距离50 m。

三是关注数学概念的理解．学生对概念的深层次理解与例题的多样性和例题对概念结构的完整呈现关系密切．这一点康轩版教材给予了很好的启示．Van De Walle指出，在短时间内将焦点注意在分数计算规则和答案的获得，有两种显著危险，第一是没有帮助学生思考关于运算的意义和为何他们要如此做，第二，这种规则的获得将很快就会失去，这些用于分数计算的规则将变得相似和混淆[16]．因此，在教材编写以及教学实践中需关注学生概念的理解，而非聚焦于规则的记忆和答案的获得．

为保护围堰防渗土方不被越浪冲毁，防渗土方上部采用30 kN/m的土工布进行保护。

外海侧围堰断面见图2。内河侧围堰断面见图3。

图2 外海侧围堰典型断面图

图3 内河侧围堰典型断面图

2.3.2 内河侧围堰设计

内河侧围堰地基土体为多元结构，主要为Ⅲ1层淤泥及Ⅲ3层淤泥，各土层均为低强度、高含水率、高压缩性软土，性质差、厚度大。内河侧围堰基础土层地质参数见表2。

表2 内河侧围堰基础土层物理力学指标表

内河侧围堰布置在老港堵坝内侧约188 m处，围堰长约329 m，为重力式土石结构，其堰顶高程为3.40 m，顶宽4.50 m。迎水侧及背水侧采用抛石戗堤保护，抛石体之间采用土方填筑。迎水侧抛石体顶高程1.80 m，顶宽3.00 m；背水侧抛石体顶高程1.80 m，顶宽6.00 m；中间土方填筑顶高程3.40 m，顶宽4.50 m，迎水侧、背水侧边坡均为1∶2.00，迎水侧边坡采用50 cm的大块石理砌保护，块石理砌护面下设10 cm的石渣垫层，垫层下设400 g/m2无纺土工布。

2.3.3.1 计算方法

根据SL 435—2008《海堤工程设计规范》，围堰整体稳定计算采用瑞典条分法[3]。抗滑稳定计算公式为：

式中：K为抗滑安全系数；Wi为土条的重量（kN）；Li为土条的滑弧长（m）；ci为土条滑动面上的凝聚力（kPa）；φi为土条滑动面上的内摩擦角（°）；αi为滑动面中点的切线与水平线的夹角（°）；T为土工织物设计强度（kN）。

2.3.3.2 计算结果

外海侧围堰围堰考虑50 a一遇高潮位运行工况（基坑内无水），考虑围堰及基坑的整体稳定，采用理正岩土工程软件进行抗滑稳定计算，抗滑稳定安全系数为1.066。

内河侧围堰考虑10 a一遇洪水位运行工况用理正岩土工程软件进行抗滑稳定计算，抗滑稳定安全系数为1.100。

围堰堰顶高程不低于设计洪水的静水位与波浪高度及堰顶安全加高值之和，本工程安全加高不低于50 cm。考虑地形条件及现场调查经验，内围堰不计波浪因素，外围堰考虑部分波浪加高（由于外围堰所处的金清老港位于西门口内侧，是个天然的避风港湾，波浪较小，根据当地工程经验，取30 ～ 40 cm）。内围堰预留54 cm，外围堰预留94 cm。

3 施工安全控制

从施工安全和加快施工进度的角度考虑，将水闸施工场地适当平整后，先进行基础混凝土灌注桩灌注施工，待混凝土灌注桩达到70%设计强度后再进行水闸基坑大开挖作业。把灌注桩施工平台定在高程0.00 m附近，水闸基坑大开挖作业分区分快进行。

由于本围堰设计防洪标准高，且要求较短时间内建成，为确保施工期的安全，在加强围堰施工沉降位移观测的同时，在加载厚度依据设计加荷曲线的基础上参考了附近海域海堤施工地基地表的实时沉降观测成果对堰体的施工加载速率、间隔时间、加载层厚进行了控制，不仅保证了围堰的施工安全，而且较好地保证了施工工期。依据施工观测的资料，对本工程堰体施工中的堆载速率控制分析总结如下。

堰体施工控制参数见表3。