隔水圍堰+雙排土芯圍堰工藝特點及結構安全性分析

蔣業超，毛雷，徐小馬

（1.合肥城建投資控股有限公司，安徽 合肥 230601；2.中煤第三建設(集團)有限責任公司，安徽 合肥 230221）

0 前言

當前，隨著時代的發展，全民生活水平不斷提高，國家、居民對建設工程的綠色、環保、品質要求越來越高，土石圍堰、混凝土圍堰、草袋圍堰及鋼板圍堰等傳統的涉水圍堰施工工藝已不能滿足當前環保要求。懷寧路下穿天鵝湖隧道項目，位于省會城市合肥政務區。天鵝湖是一個環境優美、風景宜人的開放式公園，天鵝湖區域集商業、居住、生態休閑、文化創新為一體，環湖有多個標志性建筑。隧道施工迫切需要采取安全、綠色的施工工藝，本項目采用湖底隧道組合式生態圍堰通過1道生態隔水圍堰+雙排填土圍堰工藝能夠實現了以上目的。

1 圍堰布置

生態組合式鋼圍共3道，第一道為隔水圍堰，起到隔離施工區域水體與湖中水體的作用。第2道與第3道圍堰采用對拉螺桿鋼板樁圍堰，雙側均采用拉森IV型鋼板樁扣打，頂部設雙拼槽32a鋼圍檁并用Φ28鋼筋拉結形成整體。底部范圍內清淤后分層夯填黏土。堰心采用粘土回填，壓實系數不小于0.95，圍堰寬度6.0m，考慮環保和文明施工要求，在堰頂設置生態覆蓋。迎水面鋼板樁背面設置復合土工膜，鋪設時在鋼拉桿下留有25cm以備沉降時不被拉斷。土工膜搭接500mm，接頭采用焊接。具體可見圖1。

圖1 鋼板樁圍堰標準橫斷面圖

2 工藝特點

①采用攔污繩+外側隔水樁+堰頂綠植實現了施工過程湖體水質零污染，圍堰與周邊綠色環境融為一體，如圖2和圖3。

圖2 堰頂綠化

圖3 隔油繩

②鋼板樁施工采用雙線定位+導向架控制，圍堰主體采用分層填土+雙層鋼板樁螺紋鋼對拉，實現了鋼板樁的垂直度、密水性、高穩定性效果。

④采用組裝式浮船+液壓式靜壓打樁機打拔，保證了施工速度，減少了噪聲污染，如圖4。

圖4 組裝式浮船+壓打樁機

3 圍堰穩定性分析

3.1 地基巖土分布

根據本次野外鉆探、原位測試和室內土工試驗，現將本次勘探揭露的地層按其地質時代、成因類型、埋藏深度以及巖土的工程地質特征，水上鉆孔自上而下分別敘述如下：①3層雜填土（Q），以常年受湖水浸泡影響的黏性土和湖底淤積土為主；②層粉質黏土（Q），裂隙結構，裂隙中充填灰白色或灰綠色黏土，韌性中等，干強度高；③層粉質黏土（Q），裂隙結構，裂隙中充填灰白色、灰綠色黏土，韌性高，干強度高，該層土與泥質砂巖交界處含有較多灰白色黏土、鐵錳氧化物及砂粒；④1層強風化泥質砂巖（K），原巖結構已經大部分破壞，節理和裂隙很發育，已經風化成碎塊狀、砂狀、土狀，巖芯極破碎～破碎；④2層中風化泥質砂巖（K），原巖結構已經部分破壞，節理和裂隙發育，巖芯呈柱狀，巖芯較破碎。

3.2 地下水情況

場地內地下水類型為上層滯水、潛水，其中上層滯水主要含水層為①1層填筑土和①2層素填土中，潛水主要含水層為強、中風化泥質砂巖，水量較小，其中潛水主要分布位置在強風化泥質砂巖上部與③層粉質黏土的交接帶附近。場地內地下水主要補給來源于地表水（天鵝湖水）和大氣降水，地下水埋深1.10～4.40m，平均值3.51m；地下水水位標高30.04～34.62m，平均30.74m，年變化幅度約1m。天鵝湖湖水標高30.52m（勘察期間）。

3.3 圍堰計算原理

3.3.1 圍堰寬度計算

其中：

M—對開挖面的變形力矩；

M—對開挖面的抵抗力矩；

K—安全系數，不小于1.2。

B—換算墻體寬度；

H—換算墻體高度；

γ—填料的換算重度標準值，一般取10；

γ—第i層填料的換算重度標準值；

h—第i層填料的高度；

φ—內部填料的內摩擦角標準值。

帶入圍堰設計寬度6m試算，其他計算參數和計算結果如表1，依據公式（1）-（6）試算安全系數為 2.3，大于允許值1.2，滿足要求。

圍堰寬度試算參數表 表1

3.3.2 圍堰整體抗滑移驗算

其中：

ΣP—圍堰土體豎向力總和；

ΣT—圍堰受到的水平總和；

u—圍堰底與地基土之間的摩擦系數；

k—安全系統，不小于1.4。

依據公式（7），其他計算參數和計算結果如表2，計算出圍堰抗滑移穩安全系數為123.6，遠大于允許值1.4，滿足要求。

圍堰抗滑移穩定性分析參數表 表2

3.3.3 圍堰整體抗傾覆驗算

其中：

M—圍堰的抵抗力矩，主要為圍堰的自重抵抗彎矩；

M—側水壓力形成的力矩；

k—安全系統，不小于1.4。

依據公式（8），其他計算參數和計算結果如表3，計算出圍堰抗滑移穩安全系數為123.6，遠大于允許值1.4，滿足要求。

圍堰抗傾覆穩定性分析參數表 表3

3.3.4 抗滲驗算

坑底土的滲流水力坡度：

坑底土體的臨界力學坡度：

其中：

H—基坑內外土體的滲流水頭；

L—最短滲流路徑；

G—坑底土的顆粒比重；

e—坑底土的天然孔隙比；

γ—抗滲流分項系數。

依據公式（9）-（11），其他計算參數和計算結果如表4，計算出圍堰抗滲穩定安全系數為4.0，大于允許值，滿足要求。

圍堰抗滲穩定性分析參數表 表4

4 結語

圍護結構為外側隔水樁+雙層鋼板樁+內部填土結構具有優良的密水性，造價低，施工污染小，與周邊環境和諧的優點，通過驗算，結構的抗滑移、抗傾覆以及抗滲性能滿足穩定性要求。真正具有“中看中用、性價比高”的特點，具有很好的借鑒和推廣價值。