引江濟淮二期工程蒙城站圍堰設(shè)計方案研究

楊 瓊，王 蓉

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計研究有限公司，安徽 合肥 230000）

1 項目基本情況

蒙城站是引江濟淮二期工程輸水干線渦河線的第一級泵站，泵站流量50m3/s，位于安徽省蒙城縣城北郊白灣村附近渦河干流上，緊鄰蒙城下移閘址。

1.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘探成果，站址區(qū)域地層主要為：沿灘地及堤岸的人工填土、第四系全新統(tǒng)沖積層、上更新統(tǒng)沖積層，地層自上而下分為：填土、第①1層輕、中粉質(zhì)壤土、第①2層重粉質(zhì)壤土或淤泥質(zhì)土、第②1層粉細(xì)砂、砂壤土、第②2層粉細(xì)砂、砂壤土、第③層粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)壤土、第④1層輕、中粉質(zhì)壤土、第⑤層中、重粉質(zhì)壤土、第⑥層輕、中粉質(zhì)壤土、第⑦層粉質(zhì)粘土、粘土。

1.2 水文地質(zhì)條件

工程區(qū)地下水類型主要為孔隙潛水和承壓水，根據(jù)本次鉆孔揭示，潛水賦存于第①1、②1、②2、④1（靠近河岸第②2、④1層已經(jīng)出露，具有潛水特性，遠(yuǎn)離河岸具承壓性）層土中，主要接受大氣降水和河水的補給，排泄以蒸發(fā)為主，與渦河水的水力聯(lián)系密切，枯水期向河水排泄。第⑥層土上部有相對隔水第⑤層土覆蓋，為承壓含水層，其承壓水頭約14m?？睖y期間觀測地下水埋深一般0.80～7.77m 不等，對應(yīng)高程16.16～18.25m。

2 圍堰設(shè)計方案

蒙城站設(shè)計流量為50m3/s，主要建筑物級別為2 級，根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2017）的規(guī)定，其導(dǎo)流建筑物級別為4 級。根據(jù)其項目規(guī)模及失事后果的嚴(yán)重程度，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)取20 年一遇。蒙城站出、進(jìn)水段20 年一遇相應(yīng)全年洪水位分別為26.31m、25.55m。站址位于渦河主河槽上，站身施工時利用站東邊灘地已建成的蒙城閘導(dǎo)流，在蒙城站上下游填筑圍堰擋水施工。

本次將對均質(zhì)土圍堰、砂礫石圍堰和鋼管樁圍堰三種圍堰形式進(jìn)行比選。

2.1 方案一：均質(zhì)土圍堰

蒙城站出水段20 年一遇全年洪水位為26.31m，圍堰超高考慮1.5m，相應(yīng)圍堰頂高程為27.81m，結(jié)合交通頂寬取8m。進(jìn)水段20 年一遇全年洪水位為25.55m，圍堰超高考慮1.5m，相應(yīng)圍堰頂高程為27.05m，頂寬取6m。圍堰兩側(cè)邊坡為水上1∶3、水下1∶5，圍堰填筑工程量合計為28.93 萬m3。均質(zhì)土圍堰計算表見表1。

表1 均質(zhì)土圍堰計算表

以出水段圍堰為例，剖面圖見圖1。

圖1 出水段均質(zhì)土圍堰剖面圖

均質(zhì)土圍堰方案取土量28.93 萬m3，取土區(qū)占地134 畝。

2.2 方案二：砂礫石圍堰

蒙城站出水段20 年一遇全年洪水位為26.31m，圍堰超高考慮1.5m，相應(yīng)圍堰頂高程為27.81m，結(jié)合交通頂寬取8m。進(jìn)水段20 年一遇全年洪水位為25.55m，圍堰超高考慮1.5m，相應(yīng)圍堰頂高程為27.05m，頂寬取6m。圍堰兩側(cè)邊坡為1∶1.75，圍堰填筑工程量為石方15.39 萬m3。砂礫石圍堰方案工程量見表2。

表2 砂礫石圍堰計算表

以出水段圍堰為例，剖面圖見圖2。

圖2 出水段砂礫石圍堰剖面圖

砂礫石圍堰方案砂礫石料全部采用外購，施工階段應(yīng)選擇供應(yīng)能力、質(zhì)量均能滿足工程需要的砂礫石供應(yīng)商。

2.3 方案三：鋼管樁圍堰

蒙城站出水段20 年一遇全年洪水位為26.31m，圍堰超高考慮1.5m，相應(yīng)圍堰頂高程為27.81m，圍堰高度約為15.50m，圍堰填土寬度根據(jù)鋼圍堰規(guī)范B=0.9×15.5=14m，嵌固深度取16.0m。鋼管長度L=31.5m。

進(jìn)水段20 年一遇全年洪水位為25.55m，圍堰超高考慮1.5m，相應(yīng)圍堰頂高程為27.05m，圍堰高度約為14.5m，圍堰填土寬度根據(jù)鋼圍堰規(guī)范B=0.9×14.5=13m，嵌固深度取15.0m。鋼管長度L=29.5m。

選用管樁外徑630mm，壁厚10mm，樁間距0.9m。鋼管樁圍堰共需要管樁528 根，總樁長為10269m，在圍堰內(nèi)側(cè)填筑無粘性土，填筑量61537m3。鋼管樁圍堰工程量見表3。

表3 鋼管樁圍堰計算表

以出水段圍堰為例，剖面圖見圖3。

圖3 出水段鋼管樁圍堰剖面圖

根據(jù)《水利水電工程鋼板樁圍堰技術(shù)規(guī)范》（T/CWEA12-2020）要求，對該圍堰進(jìn)行設(shè)計及驗算。

抗傾覆穩(wěn)定性驗算：

式中：Ti—錨固力設(shè)計值，kN；

ZTi—支點至支護(hù)結(jié)構(gòu)底部或最下到支撐的豎向距離，m。

工況1：

Kov=1.448≥1.30，滿足規(guī)范要求。

整體穩(wěn)定驗算：

計算方法：瑞典條分法

應(yīng)力狀態(tài)：有效應(yīng)力法

條分法中的土條寬度：0.40m

滑裂面數(shù)據(jù)：

圓弧半徑：R=32.319m

圓心坐標(biāo)：X=-8.890m

圓心坐標(biāo)：Y=7.307m

整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.604＞1.30，滿足規(guī)范要求。

抗隆起驗算：

支護(hù)底部，驗算抗隆起：

Ks=(18.806×16.000×2.255+45.000×7.922)/[15.0 39×(15.000+16.000)+0.000]=2.220

Ks=2.220≥1.600，抗隆起穩(wěn)定性滿足。

鋼管樁圍堰方案內(nèi)填土取土量6.15 萬m3，取土區(qū)占地面積39 畝。

3 圍堰設(shè)計方案經(jīng)濟技術(shù)比選

經(jīng)濟比選涉及的概算價格如下：

①挖掘機配自卸汽車挖運填土方：33 元/m3；

②砂礫石料亳州信息價276 元/m3；

③鋼管樁綜合單價9556 元/t；

④工程取土區(qū)移民征地費用每畝復(fù)墾費39679元/畝，畝產(chǎn)值補償費2065 元/畝·年，綜合計列取土區(qū)征地費50004/畝。

三種圍堰方案投資計算見表4。

表4 各方案圍堰投資計算表

綜上所述，該工程三種圍堰設(shè)計方案技術(shù)上均可行，方案一為投資最低方案。

4 結(jié)論

本文結(jié)合引江濟淮二期工程中渦河線梯級泵站首級站蒙城站的工程實際情況，對三種不同的圍堰形式進(jìn)行經(jīng)濟技術(shù)對比分析，旨在尋找經(jīng)濟性與可行性并存的擋水圍堰方案。該工程的特性為場地開闊、取土有源、土源較近，且取土區(qū)征地已取得地方政府書面確認(rèn)函。圍堰需在施工期間兼作左右岸之間唯一的交通聯(lián)系。此次采用均質(zhì)土圍堰方案安全性高，施工便捷，技術(shù)難度小，投資最低■