土石围堰分期设计与施工在工程中的应用

邵 敏，刘晶伟，孙中森

（1.上海市水务局行政服务中心（上海市海洋局行政服务中心），上海市 200000；2.中国电建市政建设集团有限公司，天津市 300384；3.长江勘测规划设计有限责任公司上海分公司，上海市 200439）

0 引言

围堰是临时性建筑物，用以永久建筑物施工时作为临时施工围护，在基坑排水后形成干地施工条件，保证永久建筑物施工顺利进行。围堰通常要求背水侧坡脚与永久建筑物基础开挖边坡线有一定的距离，以满足堰基和基础开挖边坡的稳定要求。

1 常用围堰类型及土石围堰的适用条件

围堰的型式根据施工使用的水深、流速及地质条件等进行选择。

不同的分类标准，有不同的围堰类型，常见的按照使用材料分为土石围堰、混凝土围堰、草土围堰、木笼围堰、钢板桩围堰等；按照水流方向分为横向围堰及纵向围堰；按围堰与坝轴线分上游围堰及下游围堰；按导流期间基坑是否过水分为过水围堰及不过水围堰；按挡水时段分全年挡水围堰及枯水期挡水围堰等。

使用范围及标准的确定直接决定了围堰类型及造价，围堰作为临时结构即要满足施工期的安全又要尽量节省不必要的投资，同时围堰应根据挡水时段可进行分期设计，即减少占用河道过水断面有利于区域防洪排涝，又可节省施工时间以及降低工程造价。

土石围堰是由土石填筑而成的围堰，主要材料为粘土及砂石，多用于上下游的横向围堰。优点为充分利用当地材料，适用于各种基础类型，对自然地理环境没有特殊要求，施工工艺简单，可利用开挖弃土直接利用主体工程开挖及装运的设备进行快速机械化施工、抗震性能较好，能适应不良气候条件和各种地形条件，一般可在低温严寒多雨的地方建造；但是一般抗冲刷能力较低、断面较大，占用过水断面较宽。土石围堰的结构断面应满足堰身强度、稳定和防水等技术要求。常用土质斜墙或心墙防渗，也可采用混凝土防渗墙、高喷防渗墙、沥青混凝土防渗墙、钢板桩心墙、混凝土心墙等型式。

土石围堰主要分为过水土石围堰和不过水土石围堰，一般多用于不过水围堰，如用于过水围堰，则需要做好溢流面以及围堰下游基础和两岸接头的防冲保护措施。

土石围堰由于自身的受力特点决定的断面一般较大，因此土石围堰在实际的设计及建设过程中通常会采用分期设计分期施工的方法，即可节省工期及投资，又可增加河道过水面积和时间以及统筹优化施工场地等。土石围堰分期可按照施工的挡水时段进行分期，也可根据围堰内部基坑的保护要求进行分期。设计时应根据现场的实际需求进行考虑。土石围堰在使用功能完成后的拆除也同样应进行分期拆除设计，拆除设计中更应注重土石围堰的边坡稳定的问题，往往在工程接近完成时会出现边坡坍塌等施工事故，因此围堰的分期拆除设计也是土石围堰分期设计中的重要的环节。

2 土石围堰分期设计

在土石围堰设计中，通常按照挡水时段内特定标准下的最大设计洪水进行设计，在整个挡水时段内，围堰断面维持不变。这就要求最大断面的围堰的背水侧坡脚与永久建筑物基础开挖边坡线离开一定的距离，以满足基础开挖边坡稳定的要求。

鉴于汛期最大洪水持续时间较短，为缩短围堰与永久建筑物的距离、尽量减小围堰施工对周边的影响，故提出将土石围堰分期填筑或分期拆除，对土石围堰进行分期设计与施工。土石围堰分期实施是将围堰的挡水时段进行分期，按照分期填筑或分期拆除的方式进行实施；再通过合理的施工组织，在保证围堰的背水侧坡脚与基础开挖边坡线距离不变的前提下，可通过缩小围堰基坑侧断面的方式，缩短围堰与永久建筑物的距离，从而达到减少围堰临时占地、减少围堰侵占河道过水断面、节省投资等目的。

3 土石围堰分期的实际应用

土石围堰分期设计与施工在上海新石洞水闸外河围堰、安徽高建垾泵站外河围堰设计中均有良好的应用。

3.1 上海新石洞水闸工程外河围堰

上海新石洞水闸是长江口一线海塘堤防上口门建筑物，工程等别为I等。闸址已建江堤二级挡墙顶标高为8.40 m，现状江堤防洪标准为200 a一遇洪水加12级风。

新石洞水闸施工安排在第一年6月开工，预计第二年6月底完工。外河围堰挡水时段为第一年8月～第二年4月，围堰需要跨汛期使用。

根据相关规范[1],在已建堤防上破缺新建穿堤建筑物时，需跨汛期使用的围堰，不应降低所在堤防的防洪标准。故本项目临时围堰的堰顶高程为8.40 m。

外河围堰型式为冲砂管袋围堰，采用“一次填筑、分期拆除”的设计与施工方案。一期围堰挡水时段为第一年8月至第二年3月，施工一期围堰范围外的所有主体结构，一期围堰断面与不分期设计断面相同，见图1；二期围堰挡水时段为第二年4月，施工二期围堰到一期围堰范围内的主体结构，二期围堰的顶高程取6.00 m，见图2。

图1 新石洞水闸外河围堰不分期设计断面（单位：mm）

图2 新石洞水闸外河围堰分期设计断面（二期）（单位：mm）

新石洞水闸工程外河围堰采用“一次填筑、分期拆除”的设计与施工方案，与不分期方案相比，具有以下优点：

（1）外河围堰轴线向外河内侧平移17 m，有效避开了靠河的现状码头，可减少码头的保护费用。

（2）与其他型式的不分期设计方案（如钢板桩围堰）相比，外河围堰投资节省了约150万元。

3.2 安徽高建垾泵站工程外河围堰

安徽高建垾泵站是水阳江堤防上口门建筑物，工程等别为II等。

高建垾泵站施工安排在第一年10月开工，预计第二年5月底完工。围堰挡水时段为第一年11月至第二年4月，围堰为非度汛围堰。

根据相关规范[2],高建垾泵站外河围堰的级别为4级，围堰设计标准为10～20 a一遇洪水标准，堰顶高程不低于设计洪水位的静水位与波浪高度及堰顶安全加高值之和，根据该要求，围堰的顶高程为9.00 m。

外河围堰型式为土围堰，采用“分期填筑、分期拆除”的设计与施工方案。

根据围堰填筑土的性质，围堰水下抛填边坡为1∶5，水上干填碾压边坡为1∶2。一期围堰挡水时段为第一年11月至第二年3月，施工一期围堰范围外的所有主体结构，一期围堰分2次填筑，见图3、图4；二期围堰挡水时段为第二年4月，施工二期围堰到一期围堰范围内的主体结构，二期围堰顶高程取7.0 m，见图5。

图3 高建垾站外河围堰分期设计断面（一期第1次填筑）

图4 高建垾站外河围堰分期设计断面（一期第2次填筑）

图5 高建垾站外河围堰分期设计断面（二期）

高建垾站工程外河围堰采用“分期填筑、分期拆除”的设计与施工方案，与不分期方案（见图6）相比，具有以下优点：

图6 高建垾站外河围堰不分期设计断面

（1）外河围堰轴线向外河内侧平移了9 m，外坡脚线向内侧平移了14 m，缓解了外河围堰对水阳江的束窄效应，增加了施工期间河道的过水断面增加了区域的防洪安全系数。

（2）外河围堰单断面土方量就减小了约22%，节省了工程的投资。

4 结语

土石围堰分期设计是将围堰的挡水时段进行分期，按照分期填筑或分期拆除的方式，通过合理的施工组织，在保证围堰的背水侧坡脚与基础开挖边坡线距离不变的前提下，可通过缩小围堰基坑侧断面的方式，缩短围堰与永久建筑物的距离，

从土石围堰分期设计与施工在上海新石洞水闸工程外河围堰、安徽高建垾泵站工程外河围堰中的应用来看，土石围堰分期设计与施工确可达到减少围堰临时占地、减少围堰侵占河道过水断面、节省投资的功效，可为今后类似工程围堰的设计与施工提了有益的参考。

在土石围堰的分期设计及施工中应提出相应的安全保护措施，主要由于土石结构本身抗冲刷能力较差，对基坑的安全威胁较大，在土石围堰的分期设计中的各种工况下的边坡稳定应予以重视，同时土石围堰的拆除过程也是比较容易出现安全隐患的时段，拆除设计中更应注重土石围堰的边坡稳定的问题，往往在工程接近完成时会出现边坡坍塌等施工事故，因此围堰的分期拆除设计也是土石围堰分期设计中的重要的环节，对分期拆除的设计中也应专门应对各种工况进行系统性分析。