淮安港洪澤鹽化工碼頭圍堰止水方案設(shè)計(jì)

潘偉明

摘 要：淮安港洪澤鹽化工碼頭工程，位于江蘇省中部偏北的淮安市洪澤縣境內(nèi)蘇北灌溉總渠南側(cè)。由于防洪要求碼頭平面采用順岸入式布置，圍堰止水是保證正式建筑物施工的關(guān)鍵，采取行之有效的止水方案可以有效保證施工質(zhì)量和縮短施工周期。

關(guān)鍵詞：碼頭；圍堰止水；方案設(shè)計(jì)

1 工程概況

本工程順沿岸線自西向東共布置2個待泊錨地、21個泊位、翼墻，駁岸銜接原航道岸坡。碼頭頂高程+11.5m，港池底高程+5.3m。碼頭水工建筑物采用C30鋼筋砼扶壁式結(jié)構(gòu)，上部設(shè)置高度為1m的鋼筋砼胸墻，胸墻頂部前沿設(shè)置護(hù)輪坎。

碼頭處該段堤防整體退建，現(xiàn)有堤防河岸線向后退51.2m，需按原標(biāo)準(zhǔn)新筑。

整個施工區(qū)域斷面如圖1：

圖1 碼頭施工斷面圖

2 工程地質(zhì)和水文特征

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)《地質(zhì)勘測報(bào)告》鉆探揭露，按地基土?xí)r代成因、物理力學(xué)性質(zhì)特征，將碼頭前沿和后方場地地基土分6個工程地質(zhì)層。自上而下地層主要特征分述如下：

1層：堤身填土（Q4ml）。主要以暗黃色、黃灰色、灰黃色粘土和壤土為主，混鐵錳粉末和結(jié)核，夾礓結(jié)石，含植物根莖及腐植物。層厚6.5m左右，標(biāo)高？犖8.06～？犖15.17。

2-1層：粉質(zhì)粘土。暗灰色、暗黃色，可塑～硬塑狀，含鐵猛粉末。層底標(biāo)高？犖6.17～？犖8.42，層厚1.4m左右。

2-2層：粉質(zhì)粘土，底部砂性大。黃色、棕黃色，硬塑狀，含鐵猛粉末或結(jié)核，夾礓結(jié)石。層底標(biāo)高？犖4.01～？犖5.84，層厚2.8m左右。

3-1層：重粉質(zhì)壤土，局部為粘土或砂壤土。黃色、棕紅色，可塑狀，粘土中含少量鐵猛粉末，局部夾礓結(jié)石。該層局部缺失，層底標(biāo)高？犖1.31～？犖3.75，層厚1.8m左右。

3-2層：輕粉質(zhì)壤土，夾粘土薄層。黃色、棕紅色、暗紅色，軟塑～可塑狀，粘土中含少量鐵猛粉末，夾礓結(jié)石。該層局部缺失，層底標(biāo)高？犖-2.26～？犖2.15，層厚2.7m左右。

4層：重粉質(zhì)砂壤土（Q3al）。黃色、暗黃色、灰黃色，密實(shí)狀，局部含礫石。該層局部缺失，層底標(biāo)高？犖-1.62～？犖-0.91，層厚3.6m左右。

5-1層：粉質(zhì)粘土，局部夾砂壤土薄層。黃色、暗黃色、棕紅色，可塑～硬塑狀，夾礓結(jié)石（局部含量高）。層底標(biāo)高？犖-4.79～？犖-2.66，層厚2.5m左右。

5-2層：重粉質(zhì)砂壤土，局部為壤土。暗黃色、灰黃色，密實(shí)狀，局部含礫石。層底標(biāo)高？犖-7.36～？犖-3.96，層厚2.2m左右。

5-3層：粉質(zhì)粘土，局部夾砂壤土薄層。黃色、棕紅色，可塑～硬塑狀。該層局部缺失，層底標(biāo)高？犖-9.15～？犖-6.96，層厚2.1m左右。

5-4層：重粉質(zhì)壤土，局部為砂壤土。黃色、灰黃色，密實(shí)狀。該層局部缺失，層底標(biāo)高？犖-10.84～？犖-7.61，層厚1.1m左右。

6層：粉質(zhì)粘土，層底局部含砂或砂性大（Q3al）。黃色、暗黃色、灰黃色、黃灰色，硬塑狀，含鐵錳粉末或結(jié)核（局部富集），夾礓結(jié)石。本次鉆探孔深40.0m未揭穿此層。

其中④層重粉質(zhì)砂壤土中存在承壓含水層，由于土體的不均勻性，在水位差作用下，覆蓋土層的重力不能抵抗地下水的浮托力，部分粉細(xì)砂由泉眼帶動流失，易造成基坑內(nèi)管涌。碼頭前沿?fù)鯄A(chǔ)底標(biāo)高4.7m左右，多位于2-2層粉質(zhì)粘土或3-1層重粉質(zhì)壤土上。

2.2 水文特征

場地勘探深度內(nèi)地下水為孔隙潛水和承壓水。

（1）孔隙潛水

主要含水地層為1層填土和2層粘土，勘探期間地下水穩(wěn)定地下水位埋深1.2～1.6m。地下水位不同季節(jié)有升降變化，一般雨季上升，旱季下降；大氣降水及灌溉總渠河水為地下水的主要補(bǔ)給來源，其次為地表水的滲入補(bǔ)給；以地面蒸發(fā)和側(cè)向徑流、越流為主要排泄途徑。

（2）承壓水

主要賦存于4層粉細(xì)砂、6層粉細(xì)砂中。地下水逕流滯緩，以側(cè)向補(bǔ)、排為主。上覆3層粘土和5層粘土為相對隔水層。承壓水位埋深約為4m。對本工程有影響。

場地淺層地下水主要為上層滯水和第四系孔隙潛水，主要賦存于1層填土、3層壤土（夾砂壤土）、4層重粉質(zhì)砂壤土及5層壤土或砂壤土中。

地下水位不同季節(jié)有升降變化，一般雨季上升，旱季下降；大氣降水及灌溉總渠河水為地下水的主要補(bǔ)給來源，其次為地表水的滲入補(bǔ)給；以地面蒸發(fā)和側(cè)向徑流、越流為主要排泄途徑。地下水位一般位于8.5～9.3米。

表1 土層滲透系數(shù)及評價(jià)表

表2 設(shè)計(jì)特征水位表

3 圍堰止水方案設(shè)計(jì)

根據(jù)地質(zhì)和水文資料，結(jié)合本工程主體建筑物的施工，在碼頭前沿采取設(shè)置防滲墻與井點(diǎn)降水相結(jié)合的止水方案。其中防滲墻的設(shè)置綜合經(jīng)濟(jì)成本和進(jìn)度因素，采取兩套方案，分別為鋼板樁止水防滲墻、水泥攪拌樁止水防滲墻。

3.1 防滲墻設(shè)計(jì)

防滲墻布置于圍堰中間位置，設(shè)計(jì)頂高程與施工期蘇北灌溉總渠水位齊平，??？犖9.5。防滲墻底高程的確定原則是進(jìn)入⑤層土，底高程?。繝?2.5，⑤層土水平滲透系數(shù)4.67×10-5，可將該土層作為隔水層。防滲墻有效樁長為12m。

樁長驗(yàn)算

采用土基的滲流的滲徑系數(shù)法，計(jì)算如下：

L≥CH

L=ΣLh+mΣLv

式中：L-地下輪廓線化引總長度（m）；c-滲徑系數(shù)，取9；H-計(jì)算水頭，取5.4m；Lh-地下輪廓線水平段長度（m）；m-垂直段換算為水平段長度的換算系數(shù)，對多板樁，取2.0；對齒墻和單板樁，取1.5；對墻身垂直段，取小于等于1.0；LV-地下輪廓線垂直段長度（m）。

L=1.5×（9.5+2.5）+1.5×（4.1+2.5）+23+4.35+3.0+3.8=62.05

CH=9×5.4=48.6

所以L>CH，即12m長防滲墻能滿足滲徑長度。通過現(xiàn)場典型施工情況看，可以滿足本工程要求。

圖2 水泥攪拌樁施工斷面圖

3.2 配套井點(diǎn)降水設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場施工條件、結(jié)合施工進(jìn)度要求，碼頭基坑每300m作為一個工作面，基坑底面寬10.0m，坑底高程？犖4.6m，背水側(cè)開挖邊坡1：0.5至高程？犖7.8m二級平臺，迎水側(cè)開挖邊坡1：1至高程？犖8.4m二級平臺。

深井布置于？犖8.5二級平臺，離邊坡邊70㎝處采用雙排井點(diǎn)布置，選用總管直徑為127mm，鉆孔12m深，回填1m砂濾層至井底高程？犖-2.5m，深井內(nèi)徑Φ312，深井泵抽水流量取12m3/h。

基坑中心要求降水深度為：S=9.3-4.2=5.1m

采用雙排輕型井點(diǎn)降水，取水力坡度為1/7，井點(diǎn)露出地面為0.2m，濾管長度為1m，井點(diǎn)管所需埋設(shè)深度為：H，=8.4-4.2+0.2+1+8÷7=6.5m

則井點(diǎn)管長度選用7m，直徑為50mm。

輕型井點(diǎn)基坑降排水?dāng)嗝嫒鐖D3：

圖3 基坑降排水?dāng)嗝媸疽鈭D

基坑涌水量計(jì)算按無壓非完整型雙排布置，計(jì)算公式如下：

Q=1.366K（2H0-S）S/log10R-log10X0

H0（含水層有效厚度）=9.3+10.7=20m

S（水位降低值）=9.3-4.2=5.1m

K=1m/d（查施工計(jì)算手冊P201，取粉土與砂的界限值）

R（抽水影響半徑）=1.95S√H0K=44.5m

X0（基坑假想半徑）=0.29（a+b）=0.29（9.2+100）=31.7m（a、b分別為基坑的長、短邊）

Q=1.366K（2H0-S）S/logR-logX0=1650.4m3/d

井點(diǎn)管數(shù)量與間距計(jì)算

單根井點(diǎn)出水量：q=65πdlk1/3=10.2m3

井點(diǎn)管數(shù)量：n=1.1Q/q=178（根）

井點(diǎn)管間距：D=L/n=200÷178=1.1m>15d=0.75m，滿足要求抽水設(shè)備選用

根據(jù)總管長度200m，井點(diǎn)管數(shù)量178根

水泵所需流量 Q1=1.1×1650.4=1815.4m3/d=75.6m3/h

根據(jù)上述參數(shù)，查相關(guān)離心水泵選用手冊，選用4B-35型離心泵可以滿足要求。

4 結(jié)束語

本工程應(yīng)用的兩種止水方案（鋼板樁防滲墻+井點(diǎn)降水方案，水泥攪拌樁防滲墻+井點(diǎn)降水方案），在實(shí)際應(yīng)用中均取得了較好的效果、實(shí)現(xiàn)了碼頭基坑干施工作業(yè)的效果。但兩種方案在經(jīng)濟(jì)成本和施工進(jìn)度方面各有優(yōu)缺，現(xiàn)就兩套方案實(shí)施情況分析如下：

經(jīng)濟(jì)成本方面：經(jīng)過現(xiàn)場比對，兩套方案中鋼板樁防滲墻+井點(diǎn)降水每米岸線約1萬元；水泥攪拌樁防滲墻+井點(diǎn)降水每米岸線約0.44萬元。鋼板樁購買成本高，即使采取租賃，其主體施工期間相對租金較高；水泥攪拌樁相比而言，施工成本較低。所以，從成本控制考慮，優(yōu)先選擇水泥攪拌樁防滲墻+井點(diǎn)降水方案。

施工進(jìn)度方面：現(xiàn)場施工針對300m施工段，單臺設(shè)備作業(yè)比較分析，鋼板樁防滲墻+井點(diǎn)降水方案施工時間約為9天；而水泥攪拌樁防滲墻+井點(diǎn)降水施工時間約為15天。從進(jìn)度比選上優(yōu)先選擇鋼板樁防滲墻+井點(diǎn)降水方案。

綜上所述，在碼頭工程圍堰止水方案比選中，應(yīng)優(yōu)先選擇水泥攪拌樁防滲墻+井點(diǎn)降水方案，現(xiàn)場施工可通過成本核算來增加水泥攪拌樁機(jī)設(shè)備來縮短施工工期。