东大圩上新埂二站导流建筑物设计方案分析

王鑫焱

（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司 合肥 230088）

1 工程概况

上新埂二站属于东大圩水系治理及湿地建设工程中的建设内容，东大圩是合肥市周边融农业生产、田园观光、乡村度假为一体的现代农业生态示范区。拟建的上新埂二站位于南淝河右岸、老上新埂站下游约50m 处，具有抽排涝水和给湿地补水的双重功能，抽排流量为7.0m3/s，反向补水流量为0.8m3/s，装机7 台套。泵站由进水池、站身、压力水箱、穿堤出水涵、防洪控制段、控制阀井和出水管道等构成。

上新埂二站为堤后式泵站，泵房为分基型，卧式机组，底板高程8.0m。泵房进水侧设置斜坡式挡墙，挡墙顶高程8.5m，底高程5.5m。进水池底板高程3.6m。压力水箱的底板高程为10.7m，穿堤出水涵的底板高程为10.7～7.7m，防洪闸底板高程为7.7m。南淝河堤为1 级堤防，穿堤涵处堤顶高程约15.5m，堤内地面高程约7.5m。

该工程主体工程施工相对简单，但穿堤涵、防洪闸、出水池及两侧翼墙等外临南淝河，施工时需要布置挡水围堰，而南淝河是通航河道，施工期不得影响航运安全，因此，外河侧挡水围堰的选型及布置尤为重要，既要满足基坑安全，又不能影响航运及度汛安全。

2 工程地质分析

拟建场地位于南淝河右堤内坡、排涝沟之间，筑堤前原地面标高约在9.5～6.5m 之间，起伏较大，微地貌属南淝河一级阶地。站址处，现状南淝河右堤顶高约15～15.5m，内坡脚高程为8.5～8.7m。站址处勘探揭露的地层依次如下：堤身填土，以重粉质壤土为主，夹中粉质壤土，近排涝沟挡墙处夹含碎石及少量块石，主要分布在堤身处，层底高程9.60～6.08m；中、重粉质壤土，夹少量轻粉质壤土薄层，层厚1.4～2.1m，层底高程7.40～5.56m；中夹轻粉质壤土，层厚0.7～1.9m，层底高程6.14～5.06m；淤泥质重粉质壤土，层厚2.5～6.4m，层底高程2.76～-0.82m；重粉质壤土、粉质粘土，层厚1.8～3.5m，层底高程-0.36～-2.73m；中粉质壤土，局部为重粉质壤土，夹薄层轻粉质壤土、砂壤土，该层未揭穿。

3 导流设计原则

上新埂二站为小（1）型泵站，南淝河堤为1 级堤防，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2017），穿堤涵级别与堤防级别相同，为1级，站身及进水池等为3～4 级。相应的外侧挡水围堰导流建筑物级别为4 级，导流洪水标准选用10年一遇进行设计。

泵站穿堤涵洞导流时段选择在11月至次年3月，泵站施工时上游来水均通过圩内水系与中心沟连通，利用圩区内现有的老东林站及上新埂站排入南淝河。施工时泵站在上下游填筑围堰挡水。

上新埂二站处南淝河施工期11月至次年3月水位为9.8m，河底高程4～7.5m。

4 导流建筑物设计方案

泵站施工前南淝河侧需要填筑围堰挡水，而南淝河为通航河道，基坑边线距离南淝河主航道仅64m。目前南淝河日船舶流量约50 艘次，施工期间，需保障正常通航要求，为减小工程施工对过往船舶通航安全的影响，根据海事部门相关要求，南淝河主航道宽约60m，右岸边线距离堤顶边线距离约27m，航道范围不得占用。因此，外侧围堰无法采用均质土结构，拟采用袋装土围堰和钢围堰两种方案进行比选。

4.1 袋装土围堰

4.1.1 围堰断面设计

根据现场测量地形情况及规范要求，拟定袋装土围堰的施工方案。袋装土围堰上部宽为 2m，水深2.3～4.1m，根据类似工程经验，拟定袋装土内外边坡均为 1︰1.5，围堰设计挡水位9.8m，围堰顶标高10.6m，围堰最大高度约3.8m。

4.1.2 围堰施工方案

围堰采用粘性土装袋，由 8t 自卸汽车或者装载车转运到现场，挖掘机取土，编织袋人工装土，在大堤外侧将乱石堆放成平台，挖掘机和吊机在平台上工作，吊机将袋装土吊至施工部位均匀填实。袋装土围堰外侧搭设防撞钢管桩，围堰内侧干地施工泵站穿堤涵。为了防止雨水冲刷和风浪的影响，围堰填筑完成后，迎水面外侧坡脚及坡顶采用装土编织袋压实防护以及抛石防护。袋装土围堰施工需要拆除南淝河大堤砌石及外坡抛石。工程施工结束，拟采用抓斗式挖泥船挖土，船舶运土送弃土区堆放。

4.1.3 对南淝河航道的影响

采用袋装土围堰基本能满足海事对航运的要求，但在围堰施工及拆除期间，短期内对航运有一定影响，运行期间与过往船只发生碰撞风险也较大。具体表现在以下几个方面：一是围堰填筑及拆除阶段，施工设施均会占用一定的通航水域。袋装土围堰顶高程10.6m，顶宽2m，内外坡1︰1.5。施工设施沿航道方向占用了约120m 的通航水域宽度，施工设施距离航道底边线仅约14m。二是过往船舶与施工设施碰撞风险，在围堰搭设及拆除阶段，需要使用汽车吊、挖掘机等各类施工设施，船舶存在与其发生碰撞的可能性，尤其是下行的船舶。拆除围堰时需要用到挖泥船，施工抛石防冲槽时需要用到船舶，与其发生碰撞的可能性增加。三是拟建工程位于南淝河与店埠河交汇处，河道水流条件复杂，河道中可能会产生漂流物碰撞围堰，影响正常施工；四是南淝河水流对袋装土围堰会造成一定冲刷，对袋装土围堰的结构稳定存在威胁。围堰顶高程 10.6m，水位较高时叠加船行波的影响，存在堰顶过流风险。

4.2 钢围堰

4.2.1 围堰断面设计

根据现场测量地形情况以及对围堰施工通航要求、安全性、可行性考虑，南淝河侧围堰拟采用双层钢板桩内填粘土结构围堰。围堰设计挡水位9.8m，顶标高取10.6m。采用热轧U 型钢板桩，双层布置，中间间隔 5m，填均质土，单片桩宽400mm，高170mm，长9m。钢围堰顶高程 10.6m，顶部宽度5m，设拉杆。围檩采用 400×400×13×21H 型钢，支撑体系采用Φ609mm×16 圆管加活络头。

靠近大堤采用袋装土围堰与钢板桩接头，袋装土迎水侧坡脚及坡顶采用防雨布压实防护和抛石防护。施工期间应加强对大堤的沉降、位移等变形观测，钢板桩围堰拆除后需对钢板桩产生的施工缝进行处理，以保证大堤的安全性。

4.2.2 围堰施工方法

钢围堰施工采用打桩船一艘，驳船一艘，打桩船施工时顺河道方向布置，采用定位桩固定，打桩船尺寸为 31.5m×6.0m×1.6m（总长×型宽×型深），在抛石防冲槽的施工阶段需要用到一艘施工船，施工船尺寸为5m×6.5m×1.5m。驳船规格为 150t，用于运送钢管桩。为防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，一般都需要设置一定刚度的、坚固的导向架，导向架采用 H 型钢制作，场地平整后按照设计尺寸吊装就位，并连成整体，必要时在围檩内侧打设几根定位桩。然后钢板桩贴着导向架下沉。振动锤打拔钢板桩，对准桩与定位桩的锁口，锤下降，靠振动锤与桩自重压桩至表层软弱土以下一定深度不能下降为止。从一角开始逐块插打，由于单块打入，易向一边倾斜，为了确保插打位置准确，第一片钢板桩是插打的关键。以第一根钢板桩为基准，再向两边对称插打钢板桩。钢板桩打设完毕后，开始安装围檩和支撑。围堰外侧搭设防撞钢管桩，在钢围堰内侧干地施工泵站穿堤涵。施工结束后，拆除钢板桩围堰采用振动锤拔除，拔桩前向围堰内灌水，自下而上拆除内支撑，先拆除下部支撑，将水灌进一层，再拆处上部支撑。拔桩时先用振动锤夹住钢板桩头部振动 1～2min，使钢板桩周围的土松动，产生“液化” ，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢往上振拔。钢板桩拔除应检查核对桩的编号和长度，确保钢板桩完全拔除。

4.2.3 对南淝河航道的影响

钢围堰为矩形断面，布置范围比袋装土围堰小，更能满足海事对航运的要求，但在钢围堰打拔过程中，施工机械短期内对航运也有一定的影响：

一是工程附近南淝河主航道水深条件良好，可以保证双向通航要求，但在钢板桩打拔期间，需要用到一艘打桩船，仍会占用部分通航水域，会对过往船舶的通航安全带来一定的影响。

二是过往船舶与施工设施碰撞风险比袋装土围堰小，由于钢板桩围堰轴线距离航道更远，南淝河中的船舶与其发生碰撞的可能性会更小。

三是钢板桩围堰堰顶过流结构稳定性好，南淝河水流对钢板桩围堰的冲刷及堰顶过流风险同样存在，但钢板桩围堰由于临水侧为钢板桩墙，抗冲刷能力强，不会造成结构的破坏。袋装土围堰堰顶过流将对其结构稳定造成巨大安全隐患，而钢板桩围堰堰顶过流对其整体结构稳定影响不大，基坑安全相对更有保证。

5 方案比选结论

经比较分析，当采用钢围堰时，施工水域距离航道底边线约 21m， 当采用袋装土围堰时，施工水域距离航道底边线约8m。采用钢围堰时施工水域占用较小，能给通行船只提供更安全的通航距离，对航道的安全通航影响较小。且钢板桩围堰抗水流冲刷能力更强，堰顶过流结构稳定性更好，基坑安全性会更好。从投资上看，袋装土方案54 万元、钢围堰方案77.5 万元，两者相差 23.5 万元，但考虑到工程水域复杂的水流条件以及较高的船流密度，因此最终推荐采用钢围堰方案