粉黏土地质临海工况下 临时止水围堰结构型式研究

时学海

摘 要：本文对大唐东营2×1000MW新建工程厂外取排水口临时围堰型式进行研究，综合考虑黄河流域粉黏土地质及取材方便等特点，结合油田及政府部门对临时围堰的要求，确定采用充填砂袋、钢板桩及倒“T”混凝土压顶的结构型式。对围堰不同工况的稳定性和渗透进行了计算，并进行了物模实验。围堰施工后抵御了多次风暴潮，渗水量控制较好，为类似工程的施工提供参考。

关键词：黄河流域;粉黏土地质;临时围堰;稳定性;止水渗流

中图分类号：U655            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）07-0067-04

1  工程概况

1.1  工程简介

大唐东营2×1000MW新建工程海水取排水工程为满足取排水口干施工需要，需在海侧修建一道580m的围堰。其中临时段长度380m，内部结构施工完成后再予以拆除;永临段长度200m，内部干施工完成后部分拆除并与新建北堤衔接共同防波挡浪。因陆域有大量油井及炼油设施，要求临时围堰能够抵御东营港地区百年一遇的风暴潮破坏（如图1）。

1.2工程地质情況

本工程场地地层以粉质黏土、粉土、粉砂为主。穿堤箱涵设计底标高为-7.0m，位于粉土层，该层土渗透性较好，在内外水头压力差作用下，易形成管涌。

2围堰结构型式确定

2.1围堰结构型式比选

围堰属临时工程，工程完工后须予以拆除，投资不宜过高，设计既可靠又经济的防渗结构，是袋装砂围堰结构设计的关键，同时围堰止水也是工程成败的首要问题之一。该地区砂源丰富，优先考虑袋装砂结构形式，该结构成本低，防水性能较好。目前常用袋装砂的临时止水围堰的结构型式主要有：充填砂袋+黏土芯墙结构;充填砂袋+高压旋喷桩墙结构、充填砂袋+混凝土防渗墙结构及充填砂袋+钢板桩结构。由于本地区黏土资源缺乏，高压旋喷桩及混凝土防渗墙结构施工易对充填砂袋造成破坏且后期拆除难度大，本围堰最终采用采用充填砂袋+钢板桩结构。

2.2围堰断面型式确定

根据设计水文情况，百年一遇的潮位为2.88m，东营地区每年10月份至次年的4月份为东北风盛行季节，会导致该地区增水，结合业主要求，围堰顶标高定为+5.0m。

临时围堰堤心采用充填砂袋，从堤心向外依次为400g/m2的土工布，500mm厚的碎石垫层，700mm厚200～300kg块石垫层，2t扭王字块体护面，堤身内侧打设长度为15m的拉森Ⅳ钢板桩。堤顶结构考虑三种膜袋混凝土、“L”混凝土、倒“T”混凝土三种结构。其中膜袋混凝土结构经计算不满足稳定性要求，“L”混凝土结构虽满足验算要求，但物模实验失稳。最终选用倒“T”混凝土结构，断面图如2、3。

3  围堰稳定分析

3.1  计算工况分析

围堰验算与考虑三种不同工况：

（1）围堰外侧极端水位2.88m，内侧水位为最低水位-1.0m;

（2）围堰外侧极端水位2.88m，内侧将水抽干-4.0m;

（3）围堰外侧极端水位2.88m，内侧降水抽干，并开挖至基坑底部-7.0m。因临时围堰结构距离开挖面较远约35m，且开挖深度较小（-4.0m），只考虑前两种工况，永临结合部位紧邻围堰，需将三种工况全部考虑。

3.2  计算方法及参数分析

3.2.1计算方法

采用易工水运工程结构CAD集成软件（土坡稳定模块）计算整体稳定;若不稳定，考虑钢板桩作用，并使用理正深基坑支护5.3计算钢板桩踢脚稳定;

3.2.2计算条件和参数（如表1）

滑动面形状：圆滑

计算采用方法：简单条分法

土层指标采用：总应力法

不考虑地震

安全等级：二级

3.3  计算结果

以永临结合部围堰（断面2-2）为例，计算3种工况围堰稳定性。临时段围堰（断面1-1）稳定性计算在本文不再赘述。

（1）工况一（极端高水位2.88m+抽水至-1.0m+开挖至-7.0m，考虑钢板桩）如图4、表2。

（2）工况二（极端高水位2.88m+抽水至-4.0m+开挖至-7.0m，考虑钢板桩）如图5、表3。

（3）工况三（极端高水位2.88m+抽水至-7.5m+开挖至-7.0m，考虑钢板桩）如图6、表4。

4  围堰物模实验分析

为进一步验证断面形状的稳定性，对拟定充填砂袋+钢板桩+“L”混凝土块及倒“T”混凝土块进行物模实验验证。在长90m，宽1m，深1.8m的水槽内，通过造波器模拟百年一遇水位的最不利情况，验证结果“L”混凝土块压顶发生失稳，倒“T”混凝土块压顶稳固（如图7、8）。

5  围堰渗透计算

根据《建筑基坑支护技术规程》 JGJ 120-2012附录C渗透稳定性计算可得：

可得出渗流稳定。

式中：

Kf-流土稳定性安全系数;安全等级为一级的支护结构，Kf分别不应小于1.6;

ld-截水帷幕在坑底以下的插入深度（m），取ld=6.9;

D1-潜水面或承压含水层顶面至基坑底面的土层厚度（m），取D1=4.5;

r–土的浮重度（kN/m3），取r=9.2;

h-基坑内外水头差（m），取h =8.1;

rw-水的重度（kN/m3），取rw =10。

可得Kf=1.98>1.60，满足要求。

6结语

临时围堰建成后，成功度过了2018年10月至2019年4月的东营风暴潮季节，经受住多次风暴潮的洗礼，同时围堰内部基本无渗水，为取排水箱涵创造了良好干施工条件。实验证明充填砂袋+钢板桩+倒“T”混凝土结构临时围堰能够适应黄河流域粉黏土地质，该结构型式围堰稳定性及防渗效果均满足设计及规范要求，同时该结构施工方便，造价低，便于后期拆除，能够为类似工程的施工提供借鉴（如图9）。

参考文献：

[1] 张海龙， 马斌，梁亚平.充填袋装砂围堰防渗结构研究[J].陕西水利，2017.

[2] 杨新才，王俐. 某船坞坞口围堰设计及其止水技术[J].港工技术，2015.

[3] 中国建筑科学研究院. 建筑基坑支护技术规程[J].2012.