排泥場(chǎng)擠於圍堰的設(shè)計(jì)與施工

常星 汪晴娜

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司安徽合肥 230000）

排泥場(chǎng)擠於圍堰的設(shè)計(jì)與施工

常星 汪晴娜

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司安徽合肥 230000）

在淤泥地基上填筑施工圍堰，并運(yùn)用抗滑穩(wěn)定計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)圍堰斷面，并結(jié)合工程實(shí)際驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。

擠於；圍堰；抗滑穩(wěn)定

1 引言

淤泥的主要特點(diǎn)是含水率高，孔隙比大，呈流塑狀，靈敏度較高，一旦受到擾動(dòng)，淤泥結(jié)構(gòu)從絮凝狀變成分散結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度急劇降低，開(kāi)挖難度大。擠淤就是利用填筑體直接擠開(kāi)淤泥，不斷下沉，周?chē)倌鄬?duì)填筑體產(chǎn)生阻滑力和上托力，當(dāng)填筑體和周?chē)倌嗵幱跇O限平衡時(shí)，便不再下沉。隨時(shí)間的推移，被擠淤泥中的超孔隙水壓力逐漸排出，有效應(yīng)力逐漸加大，淤泥結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不斷恢復(fù)，承載力逐漸加大，填筑體逐漸成為穩(wěn)定架構(gòu)。

擠淤方法在圍堰填筑中被廣泛應(yīng)用，主要利用圍堰自重進(jìn)行擠淤，通過(guò)斷面推進(jìn)過(guò)程中土體自身及機(jī)械的擠壓，使淤泥產(chǎn)生剪切破壞，加快地基流速變形的穩(wěn)定，從而有效提高圍堰的抗滑穩(wěn)定。

2 工程概況

臨北2#排泥場(chǎng)位于安徽省五河縣臨北鎮(zhèn)西200m，總面積約700畝，主要承擔(dān)著淮河干流180萬(wàn)m3疏浚土方的排泥任務(wù)。排泥場(chǎng)圍堰長(zhǎng)共1.8km，為均質(zhì)土圍堰，頂高程22.5m，擋泥側(cè)邊坡1：3，背水側(cè)邊坡為1：5，堰高4.0～6.0m。其中部分圍堰橫跨原唐家漥排灌站排水溝，跨溝堰長(zhǎng)約100m，為淤泥地基，淤泥厚度為6.0～8.0m。如淤泥層完全清除后再填筑圍堰，花費(fèi)投入太大。在討論設(shè)計(jì)變更時(shí)，曾提出打木樁或拋石擠淤，但考慮到工期、經(jīng)濟(jì)因素，且圍堰為臨時(shí)性工程，最后決定直接采用填土擠淤方法填筑排泥場(chǎng)圍堰。該圍堰現(xiàn)已交付使用，除填筑過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)一處滑塌及部分裂縫外，使用中暫未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

3 工程地質(zhì)

該排泥區(qū)位于淮河灘地上，該處曾為河道決口，幾經(jīng)防汛退讓?zhuān)F(xiàn)成為一內(nèi)灣，地勢(shì)略有起伏，唐家漥排水溝從中穿過(guò)，溝底工程約13.0～14.0m。

唐家漥排水溝地基主要為③-1淤泥層，灰黑色，飽和，流～軟塑狀態(tài)，夾淤泥透鏡體，層底高程為4.0～5.0m，內(nèi)摩擦角φ=4°，粘聚力C=9kPa，地基承載力為80kPa，壓縮模量為3.9MPa；⑤層重粉質(zhì)壤土，黃或灰黃色，可至硬塑狀態(tài)，含有鐵錳結(jié)核和砂礓，內(nèi)摩擦角φ=8°，粘聚力C=28kPa。

4 擠淤?lài)咴O(shè)計(jì)與施工

根據(jù)圍堰在淤泥中接底情況可分為懸浮式和著底式兩種。本工程圍堰設(shè)計(jì)為懸浮式。淤泥地基上圍堰發(fā)生失穩(wěn)，其穩(wěn)定安全系數(shù)必定小于1，如圍堰穩(wěn)定，其穩(wěn)定安全系數(shù)必定大于1。基于此原理，可利用抗滑穩(wěn)定計(jì)算來(lái)驗(yàn)算設(shè)計(jì)淤泥地基擠淤?lài)摺８鶕?jù)《水利水電施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004），4～5級(jí)土石圍堰安全系數(shù)不小于1.05，因此我們認(rèn)為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.05的圍堰結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定安全。

本工程抗滑穩(wěn)定計(jì)算利用河海大學(xué)土木工程學(xué)院力學(xué)研究所研制“Slope-土石壩邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)”，采用瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算。

設(shè)計(jì)過(guò)程中，在給定圍堰斷面結(jié)構(gòu)下，分別假設(shè)擠淤深度為1.0m、2.0m、3.0m，在三種設(shè)計(jì)工況下分別進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，得出隨著擠淤深度的增加，安全系數(shù)不斷增加。在給定擠淤深度工況下，分別假設(shè)圍堰邊坡為1：3、1：5、1.8、1：10，對(duì)四種設(shè)計(jì)工況分別進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，根據(jù)得出結(jié)果可知，隨著邊坡不斷變緩，安全系數(shù)不斷變大。而圍堰設(shè)計(jì)即要保證穩(wěn)定安全，的要經(jīng)濟(jì)，即圍堰斷面達(dá)到最小，因此需不斷進(jìn)行試算。最終通過(guò)調(diào)整邊坡和擠淤深度，圍堰斷面設(shè)計(jì)為頂寬3m，擋泥側(cè)邊坡1：4，背水側(cè)邊坡為1：5，堰頂高程為22.5m，高程17.0m處設(shè)置寬5m的平臺(tái)，擠淤深度約為2.0m，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.06，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，其關(guān)鍵滑弧位置見(jiàn)圖1。

圖1 圍堰邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果圖

另外，圍堰填筑底寬應(yīng)滿(mǎn)足施工及永久工程運(yùn)用要求，并維持堰體在淤泥中不增寬，不解體，堰底寬度應(yīng)滿(mǎn)足下公式要求：

式中：H——施工期填筑厚度，取10m；

γ——填土濕容重，取20kPa；φ——填土內(nèi)摩擦角，取18°；

Cu——淤泥不排水抗剪強(qiáng)度，取7kPa。經(jīng)計(jì)算L>140m，本工程圍堰堰底寬度為170m，滿(mǎn)足要求。

本工程圍堰填筑采用分層施工，高程17.0m以下一次填筑完成，并應(yīng)采用較快的填筑速率，使在填土失穩(wěn)中被擾動(dòng)的淤泥強(qiáng)度來(lái)不及恢復(fù)就繼續(xù)往前填筑，以使續(xù)填的土更容易失穩(wěn)，擠淤深度更大。高程17.0m以下填筑完成后間歇一段時(shí)間，待淤泥排水固結(jié)后，再填筑上部圍堰堰體。另外，填筑前清除溝渠內(nèi)表層的浮泥，填筑中輔以長(zhǎng)臂挖掘機(jī)清除周邊擠出的淤泥，以促進(jìn)堰體下滑。在滿(mǎn)足機(jī)械承載力的要求下，應(yīng)盡量采用重型機(jī)械壓實(shí)。

5 結(jié)論

（1）采用邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算方法設(shè)計(jì)擠於圍堰是可行的；圍堰堰基擠淤深度越大，安全系數(shù)越高。

（2）利用圍堰自重?cái)D淤，由于淤泥被擠出，從而加快堰基的流塑變形穩(wěn)定，有效提高了圍堰的抗滑穩(wěn)定，最終提高圍堰整體穩(wěn)定性。由于填筑時(shí)已達(dá)到土體極限平衡，因此后期圍堰沉降小。

（3）擠淤施工技術(shù)簡(jiǎn)單，工期短，施工成本低。

（4）本工程圍堰填筑完成后雖局部輕微滑動(dòng)及縱橫裂縫，但不構(gòu)成安全威脅和圍堰正常使用。

[1]林本義，楊寰馨.關(guān)于填土（石）擠淤工法的探討[J].巖土工程界，2001 （9），26～27.

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[4]《水利水電施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL303-2004）[S].

[5]朱德志，張文慧，王瑩瑩.水中填筑圍堰利用堰體自重?cái)D淤效果分析[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào)，2014（1）：100～104.

[6]汪洪星，楊春和，陳鋒，冒海軍.大高度堆載擠淤深度分析武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（3）：121～127.

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2015-11-5