某工程防冲趾墙设计方案优化

童富业

(中国市政工程西北设计研究院有限公司，甘肃 兰州 730000)

1 项目简介

拟建管道全线敷设于雷坛河河道内，雷坛河近似南北向带状分布，总的地势为北高南低，地面高程为1528.62～2086.36m，地貌形态上主要分为构造剥蚀低中山区和侵蚀堆积河谷区。河道内地表水水量大，河床地质条件以冲积砂砾石为主，局部地段为夹淤泥质土及生活垃圾。为避免管顶回填土因水流冲刷流失，最终致管道露出、造成工程再次损毁，设计采用防冲趾墙结构作为防洪防冲刷措施，顺河流方向平均每50m满河道宽度布设埋深为3.5～4m的防冲趾墙固定管道及河床。阿干镇至岘口子段采用20a一遇防洪标准，冲刷深度约3.26m，防冲趾墙高3.5m；岘口子至南绕城高速段采用50a一遇防洪标准，冲刷深度为4.41m，防冲趾墙高4.5m；南绕城高速段至黄河段采用100a一遇防洪标准，冲刷深度为4.57m，防冲趾墙高4.5m。防冲趾墙为钢筋混凝土矩形断面形式：墙厚0.5m、全断面布设，间距为河道横断面宽的3倍，并在防冲趾墙下游设置厚度为0.5m的电焊石笼铺盖，宽度为河道横断面宽，沿河流方向长度5m。起点位于阿干镇，终点接孙家台，管道主要用于污水收集，干管全长26.233km。

2 项目存在的问题

开工后进入具体施工阶段，根据前期制定的施工方案，固定主管道的防冲趾墙为钢筋混凝土现浇形式。第一，因地质条件差，河道狭窄，结构埋深达4m，基坑透水严重，如采用现浇结构，钢筋安装、模板安装等工序施工作业时间长，满足不了现浇结构施工条件。其次，采用现浇结构施工，基坑内施工持续时间长，极易塌方，不具备支护条件，安全隐患大。第三，采用现浇结构施工，受工作面狭小、施工导流条件限制，工期无法满足要求。

3 问题分析和解决方案

根据防冲趾墙的使用功能及对原设计结构分析，将防冲趾墙下部1/2～2/3段埋设至河床1.5～2m以下，下部采用预制结构与上部现浇结构结合成整体，既能满足施工条件又能达到原设计结构的结构安全与使用功能。建设、设计、监理、施工单位共同组织专家论证，一致认为方案可行。通过技术经济分析，具体方案如下。

3.1 有效解决场地受限及缩短基坑暴露和抽排水时间

采取的板块预制及施工总体工艺：根据防冲趾墙结构设计深度，K0～K12段防冲趾墙高度为4m，K12～K26+233段防冲趾墙高度为4.5m。结合现场地质条件、施工安全、模板配制模数、施工吊装条件，下部高度2.4m采用预制标准块和调节块2种板块，标准块横向分段宽度1.2m，用于墙体大面积施工部位，调节块分段宽度0.6m，用于长度不能满足标准块安装部位的长度调节及原有自来水管道下方安装空间受限处。上部现浇高度分别为1.6m(墙高4m)和2.1m(墙高4.5m)。标准块单块重量约3.5t，调节块单块重量约1.8t，采取现场空余场地预制，微型随车吊和挖掘机配合安装，减小了因工作面狭小混凝土二次倒运的难题，如图1所示。

图1 防冲趾墙预制改现浇示意图(单位:mm)

(1)钢筋配筋。钢筋直径及间距按原设计(如图2所示)不变，竖向筋采用预制板块顶部外伸搭接锚固长度布置(35d，d为钢筋直径,同一截面接头数量不大于50%)，横向筋按闭口箍筋配置，便于加工及安装。

图2 防冲趾墙设计配筋(单位:mm)

(2)吊环钢筋。采用HPB235钢筋制作，标准块采用2个φ16吊环，调节块采用1个φ16吊环，吊环筋布设在预制块顶部，沿墙板厚度方向居中布置，标准块沿横向布设于距两端各0.2m处，调节块沿横向居中布置，吊环筋锚固长度≥30d(d为钢筋直径,不包含弯钩)。

(3)预制要求。标准块采用集中预制，在各防冲趾墙施工部位就近选择预制场地，避开沟槽开挖面、堆土区、吊装、导流河水施工工作面，调节块根据各标段实际情况采用现场预制或集中预制，在达到设计混凝土强度90%以上进行安装。

(4)沟槽开挖。根据各防冲趾墙现场地质条件、地形条件、施工导流条件，合理确定开挖及预制块安装顺序，槽底厚度为10cm采用人工清底，保证槽底地基不受扰动，及槽底标高和平整度满足要求，同时做好降排水。

(5)板块安装。采用挖掘机配合微型随车吊安装，根据每道防冲趾墙沿河道横断面方向逐块安装，安装以使用标准块为主，由污水主管道位置，沿管道外壁向两侧逐块安装，全部使用标准块不能满足安装宽度要求部位，采用调节块补充；安装过程中使用直径10cm以上圆木对撑临时固定。

(6)回填。防冲趾墙板两侧分层对称回填，防止墙板受不对称土压力发生倾斜，边回填，边夯实，回填高度距板顶与现浇结合部位约20cm。

(7)板块拼缝及透水孔布设。上部1.6m(2.1m)现浇部分，按原设计位置、间距设置透水孔及反滤包，下部2.4m预制部分，取消透水孔，墙板间竖向拼缝，在防冲墙上游侧设置级配砂砾石反滤层。

(8)现浇部分施工。结合预制安装分段、施工导流条件分段多工点平行流水作业。

3.2 有效解决河水导流问题

河道狭窄地段直接采用长12m直径800mm壁厚8mm的导流钢管，上下游管口位置设土围堰，管底标高控制在防冲趾墙顶上方10cm处；河道较宽处采用左右分幅施工，左(右)幅施工时河水导流至右(左)幅。

因此，可考虑将防冲趾墙原位现浇方案改为现浇加预制安装方案即不改变原方案防冲效果，同时也能满足河道狭窄无法大开挖的要求，还可以将现浇部分和预制部分错位平行施工。经过调整，原现浇混凝土数量减少近2/3，预制部分和现浇部分错位同时施工，可大大压缩工期，降低施工难度，减小施工安全风险。

4 方案实施及取得的成果

调整后的方案经建设、设计单位、监理单位、施工单位共同论证，一致认为方案可行。因此最终的施工方案由原来的原位现浇改为现浇加预制方案平行施工作业(如图3所示)，现场仅用了55d即完成了所有的防冲趾墙施工，大大节省了工期，同时极大地减少了流入黄河的污水，受到沿线人民群众一致好评。后经成本核算，此次方案调整共计节省成本约388万元。项目于2020年6月底如期竣工，未发生任何等级质量、安全和环境事故。

图3 防冲趾墙下部为预制上部现浇施工

5 结语

本项目以在狭窄常流水河道埋设污水管线，为在短时间内治理污水污染黄河问题，确保污水管线稳定，对在以往工程案例中鲜有采用的防冲趾墙设计方案进行优化，原设计现浇方案在现场客观条件限制下很难在短时间内完成，且河道上游随着天气变化冰雪融水形成的洪水时有发生，夏季防洪应急能力面临巨大挑战。项目部临危受命，通过结合现场情况，因地制宜，优化调整设计及施工方案，才使得项目能够取得良好的经济效益及社会效益。本案例可以对其他相似类型黑臭水体治理工程管道沿河道埋设施工的设计方案优化提供借鉴。