東莞項目工程中拋石圍堰方案優(yōu)化簡介

汪生福李超超

摘要：施工合同中注明拋石圍堰工程為設計施工總價包干，施工總價按照2006年簽訂的一期工程中拋石圍堰的長度及總價對比折算。因近幾年人工、材料、機械設備等價格不斷攀漲，如果仍沿用原設計施工方案，則該項工程將造成巨額虧損。為此，項目部技術人員經過對施工合同、地質資料等詳細分析之后，決定優(yōu)化設計施工方案，減小虧損、爭取盈利。

關鍵詞：拋石；圍堰；設計方案；應用

Abstract: construction indicated in the contract the ripped-rock cofferdam works for design and construction mentioned price, the construction price according to the signed in 2006 a) construction in the length of the ripped-rock cofferdam and total prices compared to convert. In recent years because of labor, materials, equipments, prices are climbing up, if is still using the original design and construction scheme, the project will cause huge losses. Therefore, the project of construction technology workers after the contract, geological data after detailed analysis, decided to optimization design construction plan, reduce loss, fight for profit.

Key words: the ripped-rock; Cofferdam; Design project; application

中圖分類號：TU473.5文獻標識碼：A 文章編號：

1.概述

1.1工程概況

東莞市虎門港麻涌新沙南作業(yè)區(qū)4#、5#泊位陸域形成及疏浚工程施工內容中包含以拋石擠淤形式的圍堰，分西圍堰和北圍堰，總長約1021.40m。其中西圍堰位于4#、5#泊位碼頭前沿線后方80m，沿一期西圍堰方向向北延伸600.15m；北圍堰位于碼頭區(qū)的北側，與西圍堰及原防洪堤相連，長421.25m。詳見表1-1

表1-1 建設內容

本工程具體位置處于新沙南破流水閘與淡水河之間，毗鄰已建新沙南作業(yè)區(qū)2＃、3＃泊位陸域。

2.2設計水位

詳見表2-1

表2-1工程設計水位

2.3設計波浪要素

根據本工程平面布置情況，對于西圍堰，NNW～SSW向浪基本正向作用于碼頭，而SSW向浪最大，因此，西圍堰設計波浪取SSW向浪；受已建麻涌2#3#泊位碼頭陸域和防洪堤的掩護，南圍堰、中隔堰和東圍堰可不考慮波浪影響；對于北圍堰，正向作用的NW向浪最大，設計波浪取該向浪。

由于本工程西圍堰前方碼頭待后方陸域形成后會馬上建設，故西圍堰設計波浪重現(xiàn)期按2年取值；北圍堰雖為臨時圍堰，但相鄰工程建設時間未知，設計波浪重現(xiàn)期暫按25年取值。

根據水文分析結果，所取設計波浪波要素如下表2-2所示。

表2-2 設計波浪波要素一覽表

2.4設計潮流

根據實測的結果，港區(qū)碼頭前沿的最大漲、落潮最大流速分別為0.87m/s和0.88m/s。為此，本工程最大設計流速值采用0.9m/s。

2.5設計荷載

本工程圍堰均屬臨時性建筑，因此不考慮使用期荷載。施工期主要荷載有運輸車輛，臨時堆料及施工機械等，按均布荷載不超過10kN/m2計。

3地質條件

3.1地形地貌條件

該勘察場區(qū)陸地現(xiàn)主要為香蕉林地，地形較為平坦，水域地形較為平坦。水、陸域區(qū)之間已筑人工混凝土填石堤，堤岸線順直穩(wěn)定。

本區(qū)地貌受蓮花山斷裂帶和東江斷裂帶控制，構造帶較為穩(wěn)定，勘察區(qū)屬于珠江三角洲，為沖積平原和殘丘地貌，在本次勘察深度范圍內，揭示的基巖為白堊系的沉積巖，上覆土層為第四系全新統(tǒng)河流相沖積層，主要為淤泥類土、砂性土和粘性土。

3.2地層巖性及工程特性

（1）第四系新近人工填土層（Qhml）

①1 素填土：灰黃色，濕，稍壓實，主要成份為粉質粘土,混多量中粗砂及碎石。本層平均層厚1.38m，層頂標高在2.81～-0.69 m，層底標高在1.96～-5.91 m，平均值0.50 m。

標貫擊數平均值N=18.5。

①2雜填土：灰色，飽和，為近期堆積物，主要由細砂及粘性土、粉砂巖及頁巖巖屑組成，混淤泥。該層土在該區(qū)分布范圍較廣，平均層厚4.70m。層頂標高在2.20～-2.89 m，層底標高在1.35～-6.29 m，平均值-3.95m。標貫擊數平均值為N=5.1。

（2）第四系全新統(tǒng)珠江三角洲沖積層（Qhal）

②1淤泥：灰色，飽和，流塑狀態(tài)，局部混少量粉砂。在勘察區(qū)普遍分布，平均層厚6.24m；層底標高最大值0.19m,最小-11.70m，平均值為-5.70 m。標準貫入試驗絕大多數為N＜1。

②2淤泥混砂：灰色，飽和，流～軟塑，含少量腐植物，局部夾粉細砂或薄層中砂。平均層厚3.16m；層底標高最高0.36m，最低-9.63m,平均值為-6.08m。標貫擊數平均值N=1.3。

②3砂混淤泥：灰色，松散，飽和，主要以細砂為主，混較多淤泥，局部以中粗砂為主。該層呈透鏡體分布，厚度分別為3.20m、0.80m，層底標高分別為-7.31m、-10.11m，平均值為-8.71m。標貫擊數平均值為N=9.0。

（3）第四系全新統(tǒng)珠江三角洲沖積層（Qhal）

③1淤泥質粉質粘土：灰色、灰黑色，飽和，軟塑狀態(tài)，局部夾薄層黑色腐殖質。平均層厚為3.11m；層底標高最高為-6.59m，最低為-15.80m,平均值為-10.40m。標貫擊數平均值N=3.0。

③2粉細砂：淺黃色，松散，飽和，混多量貝殼碎屑。標貫擊數平均值N=4.0。

③4粉質粘土：灰白色、褐黃色、棕紅雜色，飽和，可塑狀態(tài)。平均層厚為3.07m；層底標高最高為-4.11m，最低為-16.50m，平均值為-10.37m。標貫擊數平均值N=10.4。

（4）第四系晚更新統(tǒng)殘積地層（Q3el）

④粉質粘土：灰色、局部棕紅、灰白雜色，可塑～硬塑狀態(tài)，濕，遇水產生軟化，為基巖風化殘積土。該土層平均層厚為2.32m，層底最高處為-7.34m，最低處為-16.44m，平均值為-11.81m。標貫擊數平均值為N=12.7。

（5） 白堊系基巖（K）

與拋石擠淤圍堰工程關系不密切，不做描述。

3.3地震

根據國家標準《中國地震動參數區(qū)劃圖》（GB18306-2001）劃分規(guī)定，本區(qū)域抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組均為第一組，建筑的設計特征周期為0.35s。

4基槽開挖可行性評價：

4.1基槽位置上覆土層，各土層性質和可挖性如下：

1素填土、①3沖填土：松散，分布不均勻，狀態(tài)中等，為4級土，可采用一般疏浚設備疏浚處理。

②1淤泥：灰色，飽和，流塑狀，局部混少量粉砂，狀態(tài)很軟，為2級土，可采用一般疏浚設備疏浚處理。

②2淤泥混砂：灰色，飽和，狀態(tài)很軟，為2級土，可采用一般疏浚設備疏浚處理。

②3砂混淤泥：灰色，松散，飽和，主要以細砂為主，混較多淤泥，局部以中粗砂為主。該層呈透鏡體分布，狀態(tài)為極松，為7級土，采用一般疏浚設備疏浚處理。

③1淤泥質粉質粘土：灰色，飽和,狀態(tài)軟，為3級土，可采用一般疏浚設備疏浚處理。

4.2各土層容許承載力建議值

詳見表4-1

表4-1各土層容許承載力一覽表

4.3上覆土層物理指標表

詳見表4-2

表4-2 各土層主要物理力學性質指標統(tǒng)計表

5水工結構方案簡介

圍堰在陸域形成施工期為吹填圍堰，使用期均為碼頭后方場地的一部分。

根據本工程地質資料，本工程范圍內表層為5~8m左右厚的淤泥、淤泥混沙、雜填等軟土層。因其具有含水量高，孔隙比大，壓縮性高，力學強度低等特性，工程地質條件差劣，對護岸穩(wěn)定將產生不利影響，通過穩(wěn)定計算，需要進行圍堰基礎地基處理。

根據周邊類似工程經驗，本次設計采用與一期圍堰工程相類似的結構方案：開挖基槽+拋石擠淤方案，即先開挖圍堰基槽位置上層軟土層至一定標高，然后拋石擠淤落底。該方案具有施工快速、經濟等優(yōu)點。

5.1一期工程圍堰設計典型斷面及簡單介紹

5.1.1西圍堰方案

西圍堰在+0.0m處頂寬為22m，+4.0m處頂寬為8m，袋裝素土結構的底寬6m，頂寬1.6m。第一級拋石結構內外坡坡度均為1：1.5，第二級拋石結構內外坡坡度均為1：1.25，袋裝土結構內外坡坡度均為1：1.5。圍堰堤身采用全棱體拋石堤心結構，采用200～300kg塊石護面（厚度900mm）。圍堰內坡鋪設二片石+碎石碴+土工布復合倒濾層。二片石厚度400mm，碎石碴厚度300mm，土工布為400g/m2抗老化無紡土工布。如下圖5-1所示：

圖5-1西圍堰典型斷面示意圖

5.1.2北圍堰方案

北圍堰在+0.0m處頂寬為22m，+4.0m處頂寬為8m，袋裝素土結構的底寬6m，頂寬1.6m。第一級拋石結構內外坡坡度均為1：1.5，第二級拋石結構內外坡坡度均為1：1.25，袋裝土結構內外坡坡度均為1：1.5。圍堰堤身采用全棱體拋石堤心結構，采用100～150kg塊石護面（厚度600mm）。圍堰內坡鋪設二片石+碎石碴復合倒濾層+土工布。二片石厚度400mm，碎石碴厚度300mm，土工布為400g/m2抗老化無紡土工布。如下圖5-2所示：

圖5-2 北圍堰典型斷面示意圖

5.2本次工程圍堰設計典型斷面

5.2.1西圍堰方案

西圍堰在-1.0m處頂寬為25.5m，+4.0m處頂寬為8m，山皮土子堰頂寬1.0m。圍堰外側山皮土子堰坡度為1:1.2，其余坡度為1:1.5，內側坡度均為1:1。圍堰堤心采用拋填1～1000kg塊石，采用200～300kg塊石護面（厚度900mm）。圍堰內坡鋪設二片石+碎石碴復合倒濾層+土工布。二片石厚度400mm，碎石碴厚度300mm，土工布為400g/m2抗老化無紡土工布。如下圖5-3所示：

圖5-3西圍堰X0+493斷面示意圖

5.2.2北圍堰方案

北圍堰在-1.0m處頂寬為23.5m，+4.0m處頂寬為6m，山皮土子堰頂寬1.0m。圍堰外側山皮土子堰坡度為1:1.2，其余坡度為1:1.5，內側坡度均為1:1。圍堰堤心采用拋填1～1000kg塊石，圍堰采用200～300kg塊石護面（厚度900mm）。圍堰內坡鋪設二片石+碎石碴復合倒濾層+土工布。二片石厚度400mm，碎石碴厚度300mm，土工布為400g/m2抗老化無紡土工布。如下圖5-4所示：

圖5-4 北圍堰B0+393斷面示意圖

5.3圍堰穩(wěn)定性計算工可及結果(均采用簡化bishop 法)

以下計算均按照圍堰前為設計低水位的最不利情況進行校核計算，結果詳見表5-1：

表5-1西、北圍堰典型斷面穩(wěn)定性計算成果表

圍堰 計算工況 代表性斷面 對應鉆孔 安全系數

西圍堰 圍堰形成并吹填完成后，前方碼頭基槽開挖時 X0+493 S146 1.259

北圍堰 圍堰形成并吹填完成時 B0+393 S259 1.757

*注：當后方陸域地基處理方式采用堆載預壓方式時需重新復核圍堰的整體穩(wěn)定性。計算結果圖如下圖5-5、5-6：

圖5-5西圍堰 X0+493 斷面圖施工期穩(wěn)定性計算斷面圖

圖5-6北圍堰 B0+393 斷面圖施工期穩(wěn)定性計算斷面圖

結論，新設計方案中圍堰的穩(wěn)定性符合要求。

5.4設計方案的應用

基槽開挖于2011年3月20日開工，6月7日竣工驗收，拋石圍堰于2011年4月21日開工，7月28日竣工驗收，通過施工過程中的沉降位移觀測數據分析，拋石圍堰穩(wěn)定并達到了擠淤的目的，拋石圍堰實拍圖如下圖5-7所示：

圖5-7完工后的拋石圍堰實景圖

5.5新方案產生的效益：

經過方案優(yōu)化，該拋石圍堰工程總造價降低了15.65%，既為公司創(chuàng)造了直接的經濟效益，也為國家節(jié)省了大量的資源。

5.6結束語

設計和施工方案的不斷優(yōu)化，是降低成本、提高毛利、節(jié)能環(huán)保的重要手段之一。尤其是設計施工總承包的工程，更應該對方案進行不斷的優(yōu)化，滿足工程使用性能和安全性能的基礎上尋找最佳設計方案。同時，組織恰當的人員，選配合適的設備，調整施工工序，搭配最優(yōu)的施工方案。

通過對新方案的實施，也發(fā)現(xiàn)了一些可以更加優(yōu)化之處，方案沒有最好，只有更好。只有通過不斷的總結，不斷的分析對比，才能尋到更佳的方案。

參考文獻：

《東莞市虎門港麻涌新沙南作業(yè)區(qū)2#、3#泊位工程圍堰設計說明書》中交天津港航勘察設計研究院有限公司（2007年3月）

《東莞市虎門港麻涌新沙南作業(yè)區(qū)4#、5#泊位圍堰工程施工圖設計總說明》中交天津港航勘察設計研究院有限公司（2011年5月）

《東莞市虎門港麻涌新沙南作業(yè)區(qū)4#、5#泊位陸域形成及疏浚工程施工組織設計》主編：鐘貴

作者簡介：

1、姓名：汪生福；出生年月：1975.11.12；畢業(yè)院校：大連理工大學；單位深圳海勤工程管理有限公司；職務/職稱：總監(jiān)理工程師；工程師職稱；專業(yè)領域：港口航道與海岸工程

2、姓名：李超超；出生年月：1982.09.11；畢業(yè)院校：哈爾濱工程大學 單位：中交天津航道局有限公司；職務/職稱：東莞項目經理部項目經理；工程師職稱；專業(yè)領域：港口航道與海岸工程

注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。