土石圍堰分期設計與施工在工程中的應用

邵 敏，劉晶偉，孫中森

（1.上海市水務局行政服務中心（上海市海洋局行政服務中心），上海市 200000；2.中國電建市政建設集團有限公司，天津市 300384；3.長江勘測規劃設計有限責任公司上海分公司，上海市 200439）

0 引言

圍堰是臨時性建筑物，用以永久建筑物施工時作為臨時施工圍護，在基坑排水后形成干地施工條件，保證永久建筑物施工順利進行。圍堰通常要求背水側坡腳與永久建筑物基礎開挖邊坡線有一定的距離，以滿足堰基和基礎開挖邊坡的穩定要求。

1 常用圍堰類型及土石圍堰的適用條件

圍堰的型式根據施工使用的水深、流速及地質條件等進行選擇。

不同的分類標準，有不同的圍堰類型，常見的按照使用材料分為土石圍堰、混凝土圍堰、草土圍堰、木籠圍堰、鋼板樁圍堰等；按照水流方向分為橫向圍堰及縱向圍堰；按圍堰與壩軸線分上游圍堰及下游圍堰；按導流期間基坑是否過水分為過水圍堰及不過水圍堰；按擋水時段分全年擋水圍堰及枯水期擋水圍堰等。

使用范圍及標準的確定直接決定了圍堰類型及造價，圍堰作為臨時結構即要滿足施工期的安全又要盡量節省不必要的投資，同時圍堰應根據擋水時段可進行分期設計，即減少占用河道過水斷面有利于區域防洪排澇，又可節省施工時間以及降低工程造價。

土石圍堰是由土石填筑而成的圍堰，主要材料為粘土及砂石，多用于上下游的橫向圍堰。優點為充分利用當地材料，適用于各種基礎類型，對自然地理環境沒有特殊要求，施工工藝簡單，可利用開挖棄土直接利用主體工程開挖及裝運的設備進行快速機械化施工、抗震性能較好，能適應不良氣候條件和各種地形條件，一般可在低溫嚴寒多雨的地方建造；但是一般抗沖刷能力較低、斷面較大，占用過水斷面較寬。土石圍堰的結構斷面應滿足堰身強度、穩定和防水等技術要求。常用土質斜墻或心墻防滲，也可采用混凝土防滲墻、高噴防滲墻、瀝青混凝土防滲墻、鋼板樁心墻、混凝土心墻等型式。

土石圍堰主要分為過水土石圍堰和不過水土石圍堰，一般多用于不過水圍堰，如用于過水圍堰，則需要做好溢流面以及圍堰下游基礎和兩岸接頭的防沖保護措施。

土石圍堰由于自身的受力特點決定的斷面一般較大，因此土石圍堰在實際的設計及建設過程中通常會采用分期設計分期施工的方法，即可節省工期及投資，又可增加河道過水面積和時間以及統籌優化施工場地等。土石圍堰分期可按照施工的擋水時段進行分期，也可根據圍堰內部基坑的保護要求進行分期。設計時應根據現場的實際需求進行考慮。土石圍堰在使用功能完成后的拆除也同樣應進行分期拆除設計，拆除設計中更應注重土石圍堰的邊坡穩定的問題，往往在工程接近完成時會出現邊坡坍塌等施工事故，因此圍堰的分期拆除設計也是土石圍堰分期設計中的重要的環節。

2 土石圍堰分期設計

在土石圍堰設計中，通常按照擋水時段內特定標準下的最大設計洪水進行設計，在整個擋水時段內，圍堰斷面維持不變。這就要求最大斷面的圍堰的背水側坡腳與永久建筑物基礎開挖邊坡線離開一定的距離，以滿足基礎開挖邊坡穩定的要求。

鑒于汛期最大洪水持續時間較短，為縮短圍堰與永久建筑物的距離、盡量減小圍堰施工對周邊的影響，故提出將土石圍堰分期填筑或分期拆除，對土石圍堰進行分期設計與施工。土石圍堰分期實施是將圍堰的擋水時段進行分期，按照分期填筑或分期拆除的方式進行實施；再通過合理的施工組織，在保證圍堰的背水側坡腳與基礎開挖邊坡線距離不變的前提下，可通過縮小圍堰基坑側斷面的方式，縮短圍堰與永久建筑物的距離，從而達到減少圍堰臨時占地、減少圍堰侵占河道過水斷面、節省投資等目的。

3 土石圍堰分期的實際應用

土石圍堰分期設計與施工在上海新石洞水閘外河圍堰、安徽高建垾泵站外河圍堰設計中均有良好的應用。

3.1 上海新石洞水閘工程外河圍堰

上海新石洞水閘是長江口一線海塘堤防上口門建筑物，工程等別為I等。閘址已建江堤二級擋墻頂標高為8.40 m，現狀江堤防洪標準為200 a一遇洪水加12級風。

新石洞水閘施工安排在第一年6月開工，預計第二年6月底完工。外河圍堰擋水時段為第一年8月～第二年4月，圍堰需要跨汛期使用。

根據相關規范[1],在已建堤防上破缺新建穿堤建筑物時，需跨汛期使用的圍堰，不應降低所在堤防的防洪標準。故本項目臨時圍堰的堰頂高程為8.40 m。

外河圍堰型式為沖砂管袋圍堰，采用“一次填筑、分期拆除”的設計與施工方案。一期圍堰擋水時段為第一年8月至第二年3月，施工一期圍堰范圍外的所有主體結構，一期圍堰斷面與不分期設計斷面相同，見圖1；二期圍堰擋水時段為第二年4月，施工二期圍堰到一期圍堰范圍內的主體結構，二期圍堰的頂高程取6.00 m，見圖2。

圖1 新石洞水閘外河圍堰不分期設計斷面（單位：mm）

圖2 新石洞水閘外河圍堰分期設計斷面（二期）（單位：mm）

新石洞水閘工程外河圍堰采用“一次填筑、分期拆除”的設計與施工方案，與不分期方案相比，具有以下優點：

（1）外河圍堰軸線向外河內側平移17 m，有效避開了靠河的現狀碼頭，可減少碼頭的保護費用。

（2）與其他型式的不分期設計方案（如鋼板樁圍堰）相比，外河圍堰投資節省了約150萬元。

3.2 安徽高建垾泵站工程外河圍堰

安徽高建垾泵站是水陽江堤防上口門建筑物，工程等別為II等。

高建垾泵站施工安排在第一年10月開工，預計第二年5月底完工。圍堰擋水時段為第一年11月至第二年4月，圍堰為非度汛圍堰。

根據相關規范[2],高建垾泵站外河圍堰的級別為4級，圍堰設計標準為10～20 a一遇洪水標準，堰頂高程不低于設計洪水位的靜水位與波浪高度及堰頂安全加高值之和，根據該要求，圍堰的頂高程為9.00 m。

外河圍堰型式為土圍堰，采用“分期填筑、分期拆除”的設計與施工方案。

根據圍堰填筑土的性質，圍堰水下拋填邊坡為1∶5，水上干填碾壓邊坡為1∶2。一期圍堰擋水時段為第一年11月至第二年3月，施工一期圍堰范圍外的所有主體結構，一期圍堰分2次填筑，見圖3、圖4；二期圍堰擋水時段為第二年4月，施工二期圍堰到一期圍堰范圍內的主體結構，二期圍堰頂高程取7.0 m，見圖5。

圖3 高建垾站外河圍堰分期設計斷面（一期第1次填筑）

圖4 高建垾站外河圍堰分期設計斷面（一期第2次填筑）

圖5 高建垾站外河圍堰分期設計斷面（二期）

高建垾站工程外河圍堰采用“分期填筑、分期拆除”的設計與施工方案，與不分期方案（見圖6）相比，具有以下優點：

圖6 高建垾站外河圍堰不分期設計斷面

（1）外河圍堰軸線向外河內側平移了9 m，外坡腳線向內側平移了14 m，緩解了外河圍堰對水陽江的束窄效應，增加了施工期間河道的過水斷面增加了區域的防洪安全系數。

（2）外河圍堰單斷面土方量就減小了約22%，節省了工程的投資。

4 結語

土石圍堰分期設計是將圍堰的擋水時段進行分期，按照分期填筑或分期拆除的方式，通過合理的施工組織，在保證圍堰的背水側坡腳與基礎開挖邊坡線距離不變的前提下，可通過縮小圍堰基坑側斷面的方式，縮短圍堰與永久建筑物的距離，

從土石圍堰分期設計與施工在上海新石洞水閘工程外河圍堰、安徽高建垾泵站工程外河圍堰中的應用來看，土石圍堰分期設計與施工確可達到減少圍堰臨時占地、減少圍堰侵占河道過水斷面、節省投資的功效，可為今后類似工程圍堰的設計與施工提了有益的參考。

在土石圍堰的分期設計及施工中應提出相應的安全保護措施，主要由于土石結構本身抗沖刷能力較差，對基坑的安全威脅較大，在土石圍堰的分期設計中的各種工況下的邊坡穩定應予以重視，同時土石圍堰的拆除過程也是比較容易出現安全隱患的時段，拆除設計中更應注重土石圍堰的邊坡穩定的問題，往往在工程接近完成時會出現邊坡坍塌等施工事故，因此圍堰的分期拆除設計也是土石圍堰分期設計中的重要的環節，對分期拆除的設計中也應專門應對各種工況進行系統性分析。