淺談七浦塘拓浚整治工程陽澄湖樞紐中圍堰的施工對策

(蘇州市水利水務信息調度指揮中心，江蘇 蘇州 215000)

淺談七浦塘拓浚整治工程陽澄湖樞紐中圍堰的施工對策

俞勤建

(蘇州市水利水務信息調度指揮中心，江蘇 蘇州 215000)

陽澄湖樞紐避水作業(yè)點多，工程中進行了多道均質土圍堰及鋼板樁圍堰施工，施工過程中及圍堰運行過程中，通過對圍堰的設計、計算、施工、監(jiān)測、加固、拆除，積累了寶貴的施工經(jīng)驗和技術知識。

圍堰；鋼板樁；穩(wěn)定；土壓力；黏聚力

1 工程概況

七浦塘拓浚整治工程陽澄湖樞紐由立交地涵、節(jié)制閘、船閘組成，工程位于七浦塘與張家港高等級航道的交匯處。該工程河道及沿線建筑物的防洪標準為50年一遇，除澇標準為20年一遇。

2 圍堰設計

2.1 船閘圍堰

七浦塘拓浚整治工程陽澄湖樞紐船閘為新開河道船閘，現(xiàn)狀閘址為村民養(yǎng)殖塘。船閘圍堰按照設計圖紙的要求，在船閘施工時分別在上下游引航道入申張線、七浦塘部位預留頂寬不小于10m的實心段暫不開挖，作為施工期的圍堰，預留圍堰船閘側坡度為1∶3， 水平坡長為13.5m，待水下工程完成后或汛期緊急泄洪情況下，挖除預留的實心段。

2.2 地涵圍堰

由于立交地涵施工時須斷航干地施工，故須分別在張家港河道及七浦塘河道立交地涵外側填筑施工圍堰，共5道，分別為申張線北圍堰、申張線南圍堰，七浦塘東圍堰、七浦塘西圍堰1、七浦塘西圍堰2。

地涵圍堰位于七浦塘河道與張家港河道交叉處，為樁土圍堰。根據(jù)現(xiàn)場測量成果，圍堰所在河道淤泥清除后河底最深處高程為-1.0m，根據(jù)設計圖紙的說明，流域內(nèi)河道正常水位為3.0m，河道警戒水位為3.67m，河道10年一遇防洪設計水位(湘城站)為3.93m，故堰頂設計高程為4.8m，采用兩排單根長12m的鋼管樁施打，鋼管樁間距50cm，鋼管樁直徑273mm，圍堰頂寬3.5m，兩排鋼管樁之間采用φ28螺桿對拉，縱向圍囹采用一排32b型槽鋼，每排鋼管樁內(nèi)側分別先掛一排竹籬片，再掛350g/m2防滲土工布一層，然后在兩排防滲土工布之間填土，填土時先從兩端開始，突擊使圍堰露出水面，然后填筑中間，逐步延伸直至圍堰合攏，填土至高程4.8m，在汛期外河水位上漲超過防洪設計水位3.93m時，用袋土加高至5.0m，為增加圍堰的防洪能力，圍堰閘塘側填筑土料，填筑4m寬平臺，平臺高程2.0m，再以1∶3的邊坡至閘塘底面。

3 圍堰的穩(wěn)定性計算

3.1 船閘預留圍堰

船閘預留圍堰為均質土圍堰，邊坡穩(wěn)定采用平面有限元軟件方法進行計算，計算原理為瑞典圓弧法，經(jīng)計算，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)最小為Fs=1.58>1.05，滿足邊坡穩(wěn)定的要求。

3.2 地涵鋼板樁圍堰穩(wěn)定性計算

抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為

抗傾穩(wěn)定計算：

∑M>0

式中 [Kc]——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

∑G——垂直方向力的總和，kN；

∑H——水平方向力的總和，kN；

f——基礎底面的摩擦系數(shù)，鋼管樁圍堰基礎均在處于③-1土層(粉質黏土)，取f=0.20。

10年一遇防護設計水位3.93m；

根據(jù)擊實試驗報告，填筑土料最大干密度為1.69g/cm3；

圍堰內(nèi)側填筑土料及基坑側填筑土料壓實度不小于90%；

填筑土料的黏聚力c=11.9kPa；

填筑土料的內(nèi)摩擦角φ=7.1°。

在河道10年一遇防洪設計水位(3.93m)條件下：

垂直方向力計算的總和∑G=ρVg=1.69×90%×5.8×3.5×1×10=308.76kN；

水平方向水壓力計算：H1=ρ水gh1h1/2=10×4.93×4.93/2=121.52kN;

作用點位置距離L1=h1/3=1.64m;

圍堰基坑側填土按無黏性土壓力計算，不考慮土顆粒之間的黏聚力，故水平方向被動土壓力計算如下：

被動土壓力系數(shù)Kp=tan2(45°+φ/2)=tan2(45°+7.1°/2)=1.28；

被動土壓力H2=ρgh2h2Kp/2=1.69×90%×10×3×3×1.28/2=87.61kN；

作用點位置距離L2=h2/3=1.0m;

水平方向力的總和∑H=H1-H2=121.52-87.61=33.91kN；

3.3 地涵樁土圍堰抗傾穩(wěn)定計算

抗傾穩(wěn)定計算：∑M=∑GL/2+H2L2-H1L1=308.76×3.5/2+87.61×1.0-121.52×1.64=428.65>0，故該圍堰的抗傾穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

3.4 地涵樁土圍堰內(nèi)管涌驗算

不產(chǎn)生管涌的安全條件為

K=γb/j≥1.8

j=iγw

i=h/(h+2t)

式中K——管涌安全系數(shù)；

γw——水重度，取10kN/m3；

γb——土的浮重度，γb=16.9-10=6.9kN/m3；

h——水位至坑底的距離，h=3.5m；

t——鋼板樁的入土深度，t=12-5=7.0m；

i——水力梯度，i=h/(h+2t)=0.2。

經(jīng)計算，K=6.9/(0.2×10)=3.45，故圍堰內(nèi)不會發(fā)生管涌。

4 投入主要人員設備

圍堰施工投入人員由經(jīng)驗豐富、責任心強、勤奮能干、服務態(tài)度好的工程技術人員和組織機構人員組成；作業(yè)人員由專業(yè)素質高、工作經(jīng)驗豐富的專業(yè)施工班組組成。在工程進展中為確保各工種各專業(yè)配備齊全，以做到每項施工內(nèi)容都有科學、合理、專業(yè)的歸口和管理，切實做到不同工種不同專業(yè)之間的配合和銜接。

a. 投入工程的人員如下：

施工管理人員：施工員1人、測量員6人、專職安全員1人、質檢員1人、資料員1人、材料員1人；

專業(yè)技術人員：挖機操作工4人、專業(yè)電工1人、水上作業(yè)人員20人。

b. 投入主要機械設備為：挖掘機4臺、水泵4臺、全站儀1臺、水準儀1臺、抓斗式挖泥船4艘、運泥船4艘、對講機4套、水上打拔樁機4臺。

5 施工工期

在圍堰施工前先向昆山海事局提出斷航申請，于昆山海事局批準公示期過后開始進行圍堰施工。施工過程為四道圍堰同時施工，施工時段為2014年3月中旬至4月底。

6 施工工藝

鋼管樁施打前先進行圍堰部位淤泥的清除，因圍堰處的清淤方量較小，故采用抓斗式挖泥船進行清淤。挖泥船清淤后，再將淤泥就近運至指定棄土區(qū)堆放。

清淤結束后再由水上打樁船進行鋼管樁的施打。鋼管樁施打采用屏風式打入法施工。該方法打入精度高，鋼管樁不易發(fā)生變形，并且易于實現(xiàn)圍堰的封閉、合攏。施工時，將鋼管樁成排、連續(xù)地插入導架內(nèi)，控制好每根鋼管樁垂直度，在樁體之間形成一道屏風，再將鋼管樁一根根地打入土內(nèi)，打至設計標高，然后用電焊固定在圍檁上。

在施工過程中，根據(jù)具體情況變化施打順序，采用多種施打順序，將鋼管樁打至設計標高。鋼管樁打完后，分別在鋼管樁內(nèi)側鋪掛竹籬片，并布置防滲土工布，然后在樁與樁之間加固拉結螺桿(螺桿的間距為50cm，直徑為28mm)和橫向圍囹(圍囹采用32b槽鋼)。

在鋼管樁、竹籬片、防滲土工布施工完畢后開始填筑土料。填土土方采用導流(航)河開挖土方。由挖掘機將導流(航)河開挖土方挖至運泥船上，由運泥船運至圍堰處，再用抓斗式挖泥船從船上抓土放到圍堰內(nèi)，放入土料時應緩慢、小心，避免因抓斗碰撞造成鋼管樁變形、移位。

因圍堰為水中倒土，預計圍堰有一定的沉降量，因此在施工時必須預留20cm沉降高度，在整個施工期內(nèi)觀測圍堰沉降、邊線，并進行圍堰的維護，當堰頂高程低于設計值10cm時，必須對堰頂進行加高處理，確保其高程達到設計標高。

圍堰完成后，認真做好維護工作，安排專人每天負責圍堰的巡查和觀測，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，立即進行修補、處理。同時準備好一定數(shù)量的備用材料(如鋼管樁、鋼絲繩、土袋、鐵鏟、土工布、竹籬)、防汛機械設備(水泵、挖掘機、發(fā)電機)等，以備急用。

平時多留意天氣情況，尤其到了汛期，必須及時掌握臺風、暴雨等惡劣天氣的變化情況，對汛情早做準備。

7 圍堰的拆除

船閘圍堰采用的均質土圍堰在拆除前，先在圍堰上打開一個小充水孔，對河道進行充水，待水位平衡后將圍堰拆除。均質土圍堰拆除時水上方由挖機拆除，水下方由抓斗式挖泥船拆除，拆堰土方運至導流河填筑。

順河樁土圍堰的拆除需先對擋墻外的河道充水，待內(nèi)外水位平衡后可松開對拉鋼筋，挖除水上部分土方，再拆內(nèi)外兩排圍囹。鋼管樁采用水上拔樁機拔除，水下土方采用抓斗式挖泥船挖除，用船運至2號排泥場集中堆放。

8 施工質量控制對策

由于圍堰的施工質量將直接影響圍堰的安全運行、使用，故采用以下措施，控制好圍堰的施工質量：

a. 圍堰斷面必須能夠滿足汛期高水位的防洪標準，在各種運行情況下，圍堰必須處于穩(wěn)定狀態(tài)。

b. 按施工方案、圖紙及作業(yè)規(guī)程進行圍堰的施工，填筑圍堰的土料采用導流(航)河開挖翻曬后的土方，禁止采用淤泥進行圍堰填筑。

c. 為了確保圍堰的擋水性能，堰體填筑土料不能含淤質土，在圍堰土料填筑前，先將堰基淤泥清除干凈。

d. 填筑的土方露山水面后，讓圍堰自沉降一段時間，再逐層填高壓實，填筑時控制好每層土料的厚度不超過30cm。

e. 圍堰完成后組織參建各方進行圍堰專項驗收，驗收合格后投入使用。

f. 定期對圍堰進行檢查和加固，施工現(xiàn)場配備必要的防汛、搶險材料。

9 施工安全控制對策

施工中，如何保證圍堰的安全是關鍵，根據(jù)項目部以往施工經(jīng)驗，主要注意了以下幾個方面：

a. 圍堰的上游1km處、200m處均設置了醒目的施工標志，圍堰上游設置了防護管樁，管樁上布置了警示燈，禁止船舶駛近和?？?，防止圍堰坡腳被船舶的螺旋槳沖刷或掏空。

b. 圍堰外側堰腳的防護。圍堰外側直接臨水，故在迎水面拋填片石進行加固，減小風浪對圍堰沖刷的影響，確保圍堰的運行安全。迎水面拋填片石時放坡要求須滿足規(guī)范要求。

c. 圍堰填筑完成后，在鋼管樁圍堰上布置了多處變形觀測點(每道圍堰6處沉降觀測點、6處位移觀測點)，在基坑抽水過程中控制好降水的速度，防止圍堰變形。

d. 安排專人每天負責圍堰的巡查和監(jiān)測，平時每天兩次，汛期每2h一次，一旦發(fā)生險情，確保第一時間進行搶修。

e. 汛期加強外河(張家港河、七浦塘河)的水位觀測，及時對圍堰進行加高加固處理，確保圍堰的使用安全。

DiscussiononConstructionCountermeasureofCofferdaminYangchengLakeJunctionofQiputangIce-breakingRealignmentProject

YU Qinjian

(SuzhouWaterConservancyandWaterAffairsInformationDispatchingCommandCenter,Suzhou215000,China)

Yangcheng Lake Junction has many water avoidance operating points. Many homogeneous earth cofferdams and steel sheet pile cofferdams are constructed in the project. Valuable construction experience and technical knowledge are accumulated in construction process and operation process through cofferdam design, calculation, construction, monitoring, strengthening and dismantling.

cofferdam; steel sheet pile; stability; earth pressure; cohesion

TV551.3

A

1673-8241(2017)09-0015-04

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.09.005