隔水围堰+双排土芯围堰工艺特点及结构安全性分析

蒋业超，毛雷，徐小马

（1.合肥城建投资控股有限公司，安徽 合肥 230601；2.中煤第三建设(集团)有限责任公司，安徽 合肥 230221）

0 前言

当前，随着时代的发展，全民生活水平不断提高，国家、居民对建设工程的绿色、环保、品质要求越来越高，土石围堰、混凝土围堰、草袋围堰及钢板围堰等传统的涉水围堰施工工艺已不能满足当前环保要求。怀宁路下穿天鹅湖隧道项目，位于省会城市合肥政务区。天鹅湖是一个环境优美、风景宜人的开放式公园，天鹅湖区域集商业、居住、生态休闲、文化创新为一体，环湖有多个标志性建筑。隧道施工迫切需要采取安全、绿色的施工工艺，本项目采用湖底隧道组合式生态围堰通过1道生态隔水围堰+双排填土围堰工艺能够实现了以上目的。

1 围堰布置

生态组合式钢围共3道，第一道为隔水围堰，起到隔离施工区域水体与湖中水体的作用。第2道与第3道围堰采用对拉螺杆钢板桩围堰，双侧均采用拉森IV型钢板桩扣打，顶部设双拼槽32a钢围檩并用Φ28钢筋拉结形成整体。底部范围内清淤后分层夯填黏土。堰心采用粘土回填，压实系数不小于0.95，围堰宽度6.0m，考虑环保和文明施工要求，在堰顶设置生态覆盖。迎水面钢板桩背面设置复合土工膜，铺设时在钢拉杆下留有25cm以备沉降时不被拉断。土工膜搭接500mm，接头采用焊接。具体可见图1。

图1 钢板桩围堰标准横断面图

2 工艺特点

①采用拦污绳+外侧隔水桩+堰顶绿植实现了施工过程湖体水质零污染，围堰与周边绿色环境融为一体，如图2和图3。

图2 堰顶绿化

图3 隔油绳

②钢板桩施工采用双线定位+导向架控制，围堰主体采用分层填土+双层钢板桩螺纹钢对拉，实现了钢板桩的垂直度、密水性、高稳定性效果。

④采用组装式浮船+液压式静压打桩机打拔，保证了施工速度，减少了噪声污染，如图4。

图4 组装式浮船+压打桩机

3 围堰稳定性分析

3.1 地基岩土分布

根据本次野外钻探、原位测试和室内土工试验，现将本次勘探揭露的地层按其地质时代、成因类型、埋藏深度以及岩土的工程地质特征，水上钻孔自上而下分别叙述如下：①3层杂填土（Q），以常年受湖水浸泡影响的黏性土和湖底淤积土为主；②层粉质黏土（Q），裂隙结构，裂隙中充填灰白色或灰绿色黏土，韧性中等，干强度高；③层粉质黏土（Q），裂隙结构，裂隙中充填灰白色、灰绿色黏土，韧性高，干强度高，该层土与泥质砂岩交界处含有较多灰白色黏土、铁锰氧化物及砂粒；④1层强风化泥质砂岩（K），原岩结构已经大部分破坏，节理和裂隙很发育，已经风化成碎块状、砂状、土状，岩芯极破碎～破碎；④2层中风化泥质砂岩（K），原岩结构已经部分破坏，节理和裂隙发育，岩芯呈柱状，岩芯较破碎。

3.2 地下水情况

场地内地下水类型为上层滞水、潜水，其中上层滞水主要含水层为①1层填筑土和①2层素填土中，潜水主要含水层为强、中风化泥质砂岩，水量较小，其中潜水主要分布位置在强风化泥质砂岩上部与③层粉质黏土的交接带附近。场地内地下水主要补给来源于地表水（天鹅湖水）和大气降水，地下水埋深1.10～4.40m，平均值3.51m；地下水水位标高30.04～34.62m，平均30.74m，年变化幅度约1m。天鹅湖湖水标高30.52m（勘察期间）。

3.3 围堰计算原理

3.3.1 围堰宽度计算

其中：

M—对开挖面的变形力矩；

M—对开挖面的抵抗力矩；

K—安全系数，不小于1.2。

B—换算墙体宽度；

H—换算墙体高度；

γ—填料的换算重度标准值，一般取10；

γ—第i层填料的换算重度标准值；

h—第i层填料的高度；

φ—内部填料的内摩擦角标准值。

带入围堰设计宽度6m试算，其他计算参数和计算结果如表1，依据公式（1）-（6）试算安全系数为 2.3，大于允许值1.2，满足要求。

围堰宽度试算参数表 表1

3.3.2 围堰整体抗滑移验算

其中：

ΣP—围堰土体竖向力总和；

ΣT—围堰受到的水平总和；

u—围堰底与地基土之间的摩擦系数；

k—安全系统，不小于1.4。

依据公式（7），其他计算参数和计算结果如表2，计算出围堰抗滑移稳安全系数为123.6，远大于允许值1.4，满足要求。

围堰抗滑移稳定性分析参数表 表2

3.3.3 围堰整体抗倾覆验算

其中：

M—围堰的抵抗力矩，主要为围堰的自重抵抗弯矩；

M—侧水压力形成的力矩；

k—安全系统，不小于1.4。

依据公式（8），其他计算参数和计算结果如表3，计算出围堰抗滑移稳安全系数为123.6，远大于允许值1.4，满足要求。

围堰抗倾覆稳定性分析参数表 表3

3.3.4 抗渗验算

坑底土的渗流水力坡度：

坑底土体的临界力学坡度：

其中：

H—基坑内外土体的渗流水头；

L—最短渗流路径；

G—坑底土的颗粒比重；

e—坑底土的天然孔隙比；

γ—抗渗流分项系数。

依据公式（9）-（11），其他计算参数和计算结果如表4，计算出围堰抗渗稳定安全系数为4.0，大于允许值，满足要求。

围堰抗渗稳定性分析参数表 表4

4 结语

围护结构为外侧隔水桩+双层钢板桩+内部填土结构具有优良的密水性，造价低，施工污染小，与周边环境和谐的优点，通过验算，结构的抗滑移、抗倾覆以及抗渗性能满足稳定性要求。真正具有“中看中用、性价比高”的特点，具有很好的借鉴和推广价值。