東大圩上新埂二站導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)方案分析

王鑫焱

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司 合肥 230088）

1 工程概況

上新埂二站屬于東大圩水系治理及濕地建設(shè)工程中的建設(shè)內(nèi)容，東大圩是合肥市周邊融農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、田園觀光、鄉(xiāng)村度假為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生態(tài)示范區(qū)。擬建的上新埂二站位于南淝河右岸、老上新埂站下游約50m 處，具有抽排澇水和給濕地補(bǔ)水的雙重功能，抽排流量為7.0m3/s，反向補(bǔ)水流量為0.8m3/s，裝機(jī)7 臺(tái)套。泵站由進(jìn)水池、站身、壓力水箱、穿堤出水涵、防洪控制段、控制閥井和出水管道等構(gòu)成。

上新埂二站為堤后式泵站，泵房為分基型，臥式機(jī)組，底板高程8.0m。泵房進(jìn)水側(cè)設(shè)置斜坡式擋墻，擋墻頂高程8.5m，底高程5.5m。進(jìn)水池底板高程3.6m。壓力水箱的底板高程為10.7m，穿堤出水涵的底板高程為10.7～7.7m，防洪閘底板高程為7.7m。南淝河堤為1 級(jí)堤防，穿堤涵處堤頂高程約15.5m，堤內(nèi)地面高程約7.5m。

該工程主體工程施工相對(duì)簡(jiǎn)單，但穿堤涵、防洪閘、出水池及兩側(cè)翼墻等外臨南淝河，施工時(shí)需要布置擋水圍堰，而南淝河是通航河道，施工期不得影響航運(yùn)安全，因此，外河側(cè)擋水圍堰的選型及布置尤為重要，既要滿足基坑安全，又不能影響航運(yùn)及度汛安全。

2 工程地質(zhì)分析

擬建場(chǎng)地位于南淝河右堤內(nèi)坡、排澇溝之間，筑堤前原地面標(biāo)高約在9.5～6.5m 之間，起伏較大，微地貌屬南淝河一級(jí)階地。站址處，現(xiàn)狀南淝河右堤頂高約15～15.5m，內(nèi)坡腳高程為8.5～8.7m。站址處勘探揭露的地層依次如下：堤身填土，以重粉質(zhì)壤土為主，夾中粉質(zhì)壤土，近排澇溝擋墻處夾含碎石及少量塊石，主要分布在堤身處，層底高程9.60～6.08m；中、重粉質(zhì)壤土，夾少量輕粉質(zhì)壤土薄層，層厚1.4～2.1m，層底高程7.40～5.56m；中夾輕粉質(zhì)壤土，層厚0.7～1.9m，層底高程6.14～5.06m；淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，層厚2.5～6.4m，層底高程2.76～-0.82m；重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土，層厚1.8～3.5m，層底高程-0.36～-2.73m；中粉質(zhì)壤土，局部為重粉質(zhì)壤土，夾薄層輕粉質(zhì)壤土、砂壤土，該層未揭穿。

3 導(dǎo)流設(shè)計(jì)原則

上新埂二站為?。?）型泵站，南淝河堤為1 級(jí)堤防，根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252—2017），穿堤涵級(jí)別與堤防級(jí)別相同，為1級(jí)，站身及進(jìn)水池等為3～4 級(jí)。相應(yīng)的外側(cè)擋水圍堰導(dǎo)流建筑物級(jí)別為4 級(jí)，導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)選用10年一遇進(jìn)行設(shè)計(jì)。

泵站穿堤涵洞導(dǎo)流時(shí)段選擇在11月至次年3月，泵站施工時(shí)上游來(lái)水均通過(guò)圩內(nèi)水系與中心溝連通，利用圩區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的老東林站及上新埂站排入南淝河。施工時(shí)泵站在上下游填筑圍堰擋水。

上新埂二站處南淝河施工期11月至次年3月水位為9.8m，河底高程4～7.5m。

4 導(dǎo)流建筑物設(shè)計(jì)方案

泵站施工前南淝河側(cè)需要填筑圍堰擋水，而南淝河為通航河道，基坑邊線距離南淝河主航道僅64m。目前南淝河日船舶流量約50 艘次，施工期間，需保障正常通航要求，為減小工程施工對(duì)過(guò)往船舶通航安全的影響，根據(jù)海事部門相關(guān)要求，南淝河主航道寬約60m，右岸邊線距離堤頂邊線距離約27m，航道范圍不得占用。因此，外側(cè)圍堰無(wú)法采用均質(zhì)土結(jié)構(gòu)，擬采用袋裝土圍堰和鋼圍堰兩種方案進(jìn)行比選。

4.1 袋裝土圍堰

4.1.1 圍堰斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量地形情況及規(guī)范要求，擬定袋裝土圍堰的施工方案。袋裝土圍堰上部寬為 2m，水深2.3～4.1m，根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，擬定袋裝土內(nèi)外邊坡均為 1︰1.5，圍堰設(shè)計(jì)擋水位9.8m，圍堰頂標(biāo)高10.6m，圍堰最大高度約3.8m。

4.1.2 圍堰施工方案

圍堰采用粘性土裝袋，由 8t 自卸汽車或者裝載車轉(zhuǎn)運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，挖掘機(jī)取土，編織袋人工裝土，在大堤外側(cè)將亂石堆放成平臺(tái)，挖掘機(jī)和吊機(jī)在平臺(tái)上工作，吊機(jī)將袋裝土吊至施工部位均勻填實(shí)。袋裝土圍堰外側(cè)搭設(shè)防撞鋼管樁，圍堰內(nèi)側(cè)干地施工泵站穿堤涵。為了防止雨水沖刷和風(fēng)浪的影響，圍堰填筑完成后，迎水面外側(cè)坡腳及坡頂采用裝土編織袋壓實(shí)防護(hù)以及拋石防護(hù)。袋裝土圍堰施工需要拆除南淝河大堤砌石及外坡拋石。工程施工結(jié)束，擬采用抓斗式挖泥船挖土，船舶運(yùn)土送棄土區(qū)堆放。

4.1.3 對(duì)南淝河航道的影響

采用袋裝土圍堰基本能滿足海事對(duì)航運(yùn)的要求，但在圍堰施工及拆除期間，短期內(nèi)對(duì)航運(yùn)有一定影響，運(yùn)行期間與過(guò)往船只發(fā)生碰撞風(fēng)險(xiǎn)也較大。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是圍堰填筑及拆除階段，施工設(shè)施均會(huì)占用一定的通航水域。袋裝土圍堰頂高程10.6m，頂寬2m，內(nèi)外坡1︰1.5。施工設(shè)施沿航道方向占用了約120m 的通航水域?qū)挾?，施工設(shè)施距離航道底邊線僅約14m。二是過(guò)往船舶與施工設(shè)施碰撞風(fēng)險(xiǎn)，在圍堰搭設(shè)及拆除階段，需要使用汽車吊、挖掘機(jī)等各類施工設(shè)施，船舶存在與其發(fā)生碰撞的可能性，尤其是下行的船舶。拆除圍堰時(shí)需要用到挖泥船，施工拋石防沖槽時(shí)需要用到船舶，與其發(fā)生碰撞的可能性增加。三是擬建工程位于南淝河與店埠河交匯處，河道水流條件復(fù)雜，河道中可能會(huì)產(chǎn)生漂流物碰撞圍堰，影響正常施工；四是南淝河水流對(duì)袋裝土圍堰會(huì)造成一定沖刷，對(duì)袋裝土圍堰的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在威脅。圍堰頂高程 10.6m，水位較高時(shí)疊加船行波的影響，存在堰頂過(guò)流風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 鋼圍堰

4.2.1 圍堰斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量地形情況以及對(duì)圍堰施工通航要求、安全性、可行性考慮，南淝河側(cè)圍堰擬采用雙層鋼板樁內(nèi)填粘土結(jié)構(gòu)圍堰。圍堰設(shè)計(jì)擋水位9.8m，頂標(biāo)高取10.6m。采用熱軋U 型鋼板樁，雙層布置，中間間隔 5m，填均質(zhì)土，單片樁寬400mm，高170mm，長(zhǎng)9m。鋼圍堰頂高程 10.6m，頂部寬度5m，設(shè)拉桿。圍檁采用 400×400×13×21H 型鋼，支撐體系采用Φ609mm×16 圓管加活絡(luò)頭。

靠近大堤采用袋裝土圍堰與鋼板樁接頭，袋裝土迎水側(cè)坡腳及坡頂采用防雨布?jí)簩?shí)防護(hù)和拋石防護(hù)。施工期間應(yīng)加強(qiáng)對(duì)大堤的沉降、位移等變形觀測(cè)，鋼板樁圍堰拆除后需對(duì)鋼板樁產(chǎn)生的施工縫進(jìn)行處理，以保證大堤的安全性。

4.2.2 圍堰施工方法

鋼圍堰施工采用打樁船一艘，駁船一艘，打樁船施工時(shí)順河道方向布置，采用定位樁固定，打樁船尺寸為 31.5m×6.0m×1.6m（總長(zhǎng)×型寬×型深），在拋石防沖槽的施工階段需要用到一艘施工船，施工船尺寸為5m×6.5m×1.5m。駁船規(guī)格為 150t，用于運(yùn)送鋼管樁。為防止板樁的屈曲變形和提高樁的貫入能力，一般都需要設(shè)置一定剛度的、堅(jiān)固的導(dǎo)向架，導(dǎo)向架采用 H 型鋼制作，場(chǎng)地平整后按照設(shè)計(jì)尺寸吊裝就位，并連成整體，必要時(shí)在圍檁內(nèi)側(cè)打設(shè)幾根定位樁。然后鋼板樁貼著導(dǎo)向架下沉。振動(dòng)錘打拔鋼板樁，對(duì)準(zhǔn)樁與定位樁的鎖口，錘下降，靠振動(dòng)錘與樁自重壓樁至表層軟弱土以下一定深度不能下降為止。從一角開始逐塊插打，由于單塊打入，易向一邊傾斜，為了確保插打位置準(zhǔn)確，第一片鋼板樁是插打的關(guān)鍵。以第一根鋼板樁為基準(zhǔn)，再向兩邊對(duì)稱插打鋼板樁。鋼板樁打設(shè)完畢后，開始安裝圍檁和支撐。圍堰外側(cè)搭設(shè)防撞鋼管樁，在鋼圍堰內(nèi)側(cè)干地施工泵站穿堤涵。施工結(jié)束后，拆除鋼板樁圍堰采用振動(dòng)錘拔除，拔樁前向圍堰內(nèi)灌水，自下而上拆除內(nèi)支撐，先拆除下部支撐，將水灌進(jìn)一層，再拆處上部支撐。拔樁時(shí)先用振動(dòng)錘夾住鋼板樁頭部振動(dòng) 1～2min，使鋼板樁周圍的土松動(dòng)，產(chǎn)生“液化” ，減少土對(duì)樁的摩阻力，然后慢慢往上振拔。鋼板樁拔除應(yīng)檢查核對(duì)樁的編號(hào)和長(zhǎng)度，確保鋼板樁完全拔除。

4.2.3 對(duì)南淝河航道的影響

鋼圍堰為矩形斷面，布置范圍比袋裝土圍堰小，更能滿足海事對(duì)航運(yùn)的要求，但在鋼圍堰打拔過(guò)程中，施工機(jī)械短期內(nèi)對(duì)航運(yùn)也有一定的影響：

一是工程附近南淝河主航道水深條件良好，可以保證雙向通航要求，但在鋼板樁打拔期間，需要用到一艘打樁船，仍會(huì)占用部分通航水域，會(huì)對(duì)過(guò)往船舶的通航安全帶來(lái)一定的影響。

二是過(guò)往船舶與施工設(shè)施碰撞風(fēng)險(xiǎn)比袋裝土圍堰小，由于鋼板樁圍堰軸線距離航道更遠(yuǎn)，南淝河中的船舶與其發(fā)生碰撞的可能性會(huì)更小。

三是鋼板樁圍堰堰頂過(guò)流結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，南淝河水流對(duì)鋼板樁圍堰的沖刷及堰頂過(guò)流風(fēng)險(xiǎn)同樣存在，但鋼板樁圍堰由于臨水側(cè)為鋼板樁墻，抗沖刷能力強(qiáng)，不會(huì)造成結(jié)構(gòu)的破壞。袋裝土圍堰堰頂過(guò)流將對(duì)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定造成巨大安全隱患，而鋼板樁圍堰堰頂過(guò)流對(duì)其整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定影響不大，基坑安全相對(duì)更有保證。

5 方案比選結(jié)論

經(jīng)比較分析，當(dāng)采用鋼圍堰時(shí)，施工水域距離航道底邊線約 21m， 當(dāng)采用袋裝土圍堰時(shí)，施工水域距離航道底邊線約8m。采用鋼圍堰時(shí)施工水域占用較小，能給通行船只提供更安全的通航距離，對(duì)航道的安全通航影響較小。且鋼板樁圍堰抗水流沖刷能力更強(qiáng)，堰頂過(guò)流結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，基坑安全性會(huì)更好。從投資上看，袋裝土方案54 萬(wàn)元、鋼圍堰方案77.5 萬(wàn)元，兩者相差 23.5 萬(wàn)元，但考慮到工程水域復(fù)雜的水流條件以及較高的船流密度，因此最終推薦采用鋼圍堰方案