東大圩上新埂二站導流建筑物設計方案分析

王鑫焱

（安徽省水利水電勘測設計研究總院有限公司 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工程中的建設內容，東大圩是合肥市周邊融農業生產、田園觀光、鄉村度假為一體的現代農業生態示范區。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水的雙重功能，抽排流量為7.0m3/s，反向補水流量為0.8m3/s，裝機7 臺套。泵站由進水池、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成。

上新埂二站為堤后式泵站，泵房為分基型，臥式機組，底板高程8.0m。泵房進水側設置斜坡式擋墻，擋墻頂高程8.5m，底高程5.5m。進水池底板高程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 級堤防，穿堤涵處堤頂高程約15.5m，堤內地面高程約7.5m。

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

2 工程地質分析

擬建場地位于南淝河右堤內坡、排澇溝之間，筑堤前原地面標高約在9.5～6.5m 之間，起伏較大，微地貌屬南淝河一級階地。站址處，現狀南淝河右堤頂高約15～15.5m，內坡腳高程為8.5～8.7m。站址處勘探揭露的地層依次如下：堤身填土，以重粉質壤土為主，夾中粉質壤土，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、重粉質壤土，夾少量輕粉質壤土薄層，層厚1.4～2.1m，層底高程7.40～5.56m；中夾輕粉質壤土，層厚0.7～1.9m，層底高程6.14～5.06m；淤泥質重粉質壤土，層厚2.5～6.4m，層底高程2.76～-0.82m；重粉質壤土、粉質粘土，層厚1.8～3.5m，層底高程-0.36～-2.73m；中粉質壤土，局部為重粉質壤土，夾薄層輕粉質壤土、砂壤土，該層未揭穿。

3 導流設計原則

上新埂二站為小（1）型泵站，南淝河堤為1 級堤防，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252—2017），穿堤涵級別與堤防級別相同，為1級，站身及進水池等為3～4 級。相應的外側擋水圍堰導流建筑物級別為4 級，導流洪水標準選用10年一遇進行設計。

泵站穿堤涵洞導流時段選擇在11月至次年3月，泵站施工時上游來水均通過圩內水系與中心溝連通，利用圩區內現有的老東林站及上新埂站排入南淝河。施工時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 導流建筑物設計方案

泵站施工前南淝河側需要填筑圍堰擋水，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，為減小工程施工對過往船舶通航安全的影響，根據海事部門相關要求，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，外側圍堰無法采用均質土結構，擬采用袋裝土圍堰和鋼圍堰兩種方案進行比選。

4.1 袋裝土圍堰

4.1.1 圍堰斷面設計

根據現場測量地形情況及規范要求，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，根據類似工程經驗，擬定袋裝土內外邊坡均為 1︰1.5，圍堰設計擋水位9.8m，圍堰頂標高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運到現場，挖掘機取土，編織袋人工裝土，在大堤外側將亂石堆放成平臺，挖掘機和吊機在平臺上工作，吊機將袋裝土吊至施工部位均勻填實。袋裝土圍堰外側搭設防撞鋼管樁，圍堰內側干地施工泵站穿堤涵。為了防止雨水沖刷和風浪的影響，圍堰填筑完成后，迎水面外側坡腳及坡頂采用裝土編織袋壓實防護以及拋石防護。袋裝土圍堰施工需要拆除南淝河大堤砌石及外坡拋石。工程施工結束，擬采用抓斗式挖泥船挖土，船舶運土送棄土區堆放。

4.1.3 對南淝河航道的影響

采用袋裝土圍堰基本能滿足海事對航運的要求，但在圍堰施工及拆除期間，短期內對航運有一定影響，運行期間與過往船只發生碰撞風險也較大。具體表現在以下幾個方面：一是圍堰填筑及拆除階段，施工設施均會占用一定的通航水域。袋裝土圍堰頂高程10.6m，頂寬2m，內外坡1︰1.5。施工設施沿航道方向占用了約120m 的通航水域寬度，施工設施距離航道底邊線僅約14m。二是過往船舶與施工設施碰撞風險，在圍堰搭設及拆除階段，需要使用汽車吊、挖掘機等各類施工設施，船舶存在與其發生碰撞的可能性，尤其是下行的船舶。拆除圍堰時需要用到挖泥船，施工拋石防沖槽時需要用到船舶，與其發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，河道水流條件復雜，河道中可能會產生漂流物碰撞圍堰，影響正常施工；四是南淝河水流對袋裝土圍堰會造成一定沖刷，對袋裝土圍堰的結構穩定存在威脅。圍堰頂高程 10.6m，水位較高時疊加船行波的影響，存在堰頂過流風險。

4.2 鋼圍堰

4.2.1 圍堰斷面設計

根據現場測量地形情況以及對圍堰施工通航要求、安全性、可行性考慮，南淝河側圍堰擬采用雙層鋼板樁內填粘土結構圍堰。圍堰設計擋水位9.8m，頂標高取10.6m。采用熱軋U 型鋼板樁，雙層布置，中間間隔 5m，填均質土，單片樁寬400mm，高170mm，長9m。鋼圍堰頂高程 10.6m，頂部寬度5m，設拉桿。圍檁采用 400×400×13×21H 型鋼，支撐體系采用Φ609mm×16 圓管加活絡頭。

靠近大堤采用袋裝土圍堰與鋼板樁接頭，袋裝土迎水側坡腳及坡頂采用防雨布壓實防護和拋石防護。施工期間應加強對大堤的沉降、位移等變形觀測，鋼板樁圍堰拆除后需對鋼板樁產生的施工縫進行處理，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×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。駁船規格為 150t，用于運送鋼管樁。為防止板樁的屈曲變形和提高樁的貫入能力，一般都需要設置一定剛度的、堅固的導向架，導向架采用 H 型鋼制作，場地平整后按照設計尺寸吊裝就位，并連成整體，必要時在圍檁內側打設幾根定位樁。然后鋼板樁貼著導向架下沉。振動錘打拔鋼板樁，對準樁與定位樁的鎖口，錘下降，靠振動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確，第一片鋼板樁是插打的關鍵。以第一根鋼板樁為基準，再向兩邊對稱插打鋼板樁。鋼板樁打設完畢后，開始安裝圍檁和支撐。圍堰外側搭設防撞鋼管樁，在鋼圍堰內側干地施工泵站穿堤涵。施工結束后，拆除鋼板樁圍堰采用振動錘拔除，拔樁前向圍堰內灌水，自下而上拆除內支撐，先拆除下部支撐，將水灌進一層，再拆處上部支撐。拔樁時先用振動錘夾住鋼板樁頭部振動 1～2min，使鋼板樁周圍的土松動，產生“液化” ，減少土對樁的摩阻力，然后慢慢往上振拔。鋼板樁拔除應檢查核對樁的編號和長度，確保鋼板樁完全拔除。

4.2.3 對南淝河航道的影響

鋼圍堰為矩形斷面，布置范圍比袋裝土圍堰小，更能滿足海事對航運的要求，但在鋼圍堰打拔過程中，施工機械短期內對航運也有一定的影響：

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，仍會占用部分通航水域，會對過往船舶的通航安全帶來一定的影響。

二是過往船舶與施工設施碰撞風險比袋裝土圍堰小，由于鋼板樁圍堰軸線距離航道更遠，南淝河中的船舶與其發生碰撞的可能性會更小。

三是鋼板樁圍堰堰頂過流結構穩定性好，南淝河水流對鋼板樁圍堰的沖刷及堰頂過流風險同樣存在，但鋼板樁圍堰由于臨水側為鋼板樁墻，抗沖刷能力強，不會造成結構的破壞。袋裝土圍堰堰頂過流將對其結構穩定造成巨大安全隱患，而鋼板樁圍堰堰頂過流對其整體結構穩定影響不大，基坑安全相對更有保證。

5 方案比選結論

經比較分析，當采用鋼圍堰時，施工水域距離航道底邊線約 21m， 當采用袋裝土圍堰時，施工水域距離航道底邊線約8m。采用鋼圍堰時施工水域占用較小，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，堰頂過流結構穩定性更好，基坑安全性會更好。從投資上看，袋裝土方案54 萬元、鋼圍堰方案77.5 萬元，兩者相差 23.5 萬元，但考慮到工程水域復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