澄海区莱芜排水闸工程建设方案比选分析

肖晓博

(东莞市水利勘测设计院有限公司，广东 东莞 523115)

1 工程概况

莱芜片区内新八孔水闸位于一八围海堤的东堤沙垄和南堤段之间，是一八围海堤的穿堤涵闸之一，担负着一八围莱芜片区和北港永顺兴片的排涝、防潮及纳潮养殖任务。近年来将莱芜片区规划建成为澄海的物流中心，新八孔水闸前的排水渠及整个片区的养殖池将被征用为物流中心的建设用地，因此该闸将失去对莱芜片区排涝及纳潮养殖的功能。结合莱芜片区规划，须重新选址进行莱芜排水闸新建工程，新建莱芜排水闸位于澄海区一八围海堤莱芜段，莱芜片区位于一八围的东南侧，三面环海，东南角与莱芜山脚接近，担负着莱芜片区和北港永顺兴片区总共5.082 km2的排涝、防潮和纳潮养殖任务。莱芜排水闸闸室共布置5孔，单孔净宽2 m，总净宽10 m，设计最大排水流量为68.84 m3/s，工程等级为小(1)型。本文根据新建莱芜排水闸工程功能和综合利用要求，结合生态理念，并考虑地形、地质、对外交通及对周边的影响等方面进行方案布置比选[1]。

2 工程设计方案比选

2.1 工程总体布置方案比选

2.1.1 布置方案的对比

莱芜水闸现担负着莱芜片区及北港永顺兴片总共5.082 km2的排涝、防潮及纳潮养殖任务。工程为水闸新建工程，建设内容包主要括水闸新建，两岸堤岸修整。本次设计以防洪排涝为重点，把生态设计的理念贯穿于设计的全过程。现提出三个总体方案进行对比[2]：

方案一：采用过路箱涵的排水闸方式，一次性全段开挖，新建穿路箱涵总长40 m，直接穿过，水闸控制室设置于莱芜路边，进口、出口段采用挖深式消力池，出口设置八字口挡墙。

优点：施工工艺简单，采用一次性拦断方式进行全段式开挖；机械简单，操作也较为简便；水流经箱涵方式流入较为顺畅，满足运行条件。

缺点：会造成莱美路交通暂时阻断，无法通行；开挖量大，土方堆放弃置点将有一定影响；道路临水闸侧有管线穿过，需避开管线进行施工；方案造价高，成本大。

方案二：采用过路箱涵的排水闸方式，与方案一不同的是，此方案采用分期分段开挖，将莱美路分为两段两期施工，在连接段采用钢板桩支撑，先施工一段，保持另一端道路通行，等完建后再施工例外一段，从而达到缓解莱美路交通压力的目的，新建穿路箱涵总长40 m，采用分期分段开挖，开挖边坡为1∶2，距箱涵3.5 m处采用12 m拉森Ⅲ型钢板桩进行支护，防止施工过程中，莱美路车辆行驶对边坡造成挤压。同时在道路右侧水塘池边填土，形成15 m宽道路交通，已满足施工期交通要求。水闸控制室设置于莱芜路边，进口、出口段采用挖深式消力池，出口设置八字口挡墙。

优点：有效缓解施工期间带来的交通压力；分段分期施工，可以在一定的基础上避免土方开挖过大造成的堆积成山，造成施工场地狭小；施工工艺简单，操作方便；造价上对于方案一较低，较方案三高。

缺点：施工过程中，对交通的管制以及施工的配合将成为此次水闸施工的重点；分期开挖虽降低了交通压力，但仍然对莱美路存在交通压力和隐患。

方案三：采用3根Φ1900钢管利用顶管形式穿过莱美路，同时外江出口设置消力池，消力池后设置海漫、抛石护底，八字外扩形式。水闸闸室设置于内涌上，采用5孔2 m箱涵形式，连接护坦段。

优点：顶管施工在一定程度上减少了开挖量；采用箱涵方式在造价上更为节省。

缺点：箱涵顶管施工技术较为复杂，难以施工，施工应选择土质坚硬的地段进行，本工程顶管段大多为淤泥层，地质情况较为差，不满足顶管要求。

2.1.2 方案优缺点对比结论

通过三个方案总体比较，方案二实施难度虽大，但可以从技术层面解决；从对周围建筑物影响小、动拆迁量小、工程投资省。从造价上更为经济，运行管理上更为便捷，工程建设更为合理上进行比选，选取方案二为本工程的推荐方案。

2.2 基础处理方案比较

根据地质资料揭露，本水闸工程为韩江下游冲积平原和滨海浅滩地带，后经人工填筑堤防，填海而成，区内出露有莱芜岛、凤屿等小山。据钻孔揭露，闸址场区为淤泥②：灰色、流塑，含腐殖质，粉砂团，夹薄层粉细砂，局部形成细砂层，土层厚度为8.35 m～13.93 m，地基土承载力标准值fk=40 kPa。属高压缩性软土，工程力学性质极差。

2.2.1 基础处理方案选择

本次涵闸地基基础处理拟采用以下几种方案进行比选：CFG桩、水泥搅拌桩、预制钢筋混凝土管桩，三种基础处理方案的适应性和优缺点见表1。

表1 三种基础处理方案的适应性和优缺点比较表

2.2.2 基础处理推荐方案

通过以上分析，对上述3种基础处理方案进行综合比较。

(1)从施工进度上比较

三种地基处理方案施工进度上相差不大，预制钢筋混凝土管桩在施工进度上较CFG桩和水泥搅拌桩快一些，但考虑到其有预制、接桩等工艺，综合考虑三者相差甚小。

(2)从工程造价上比较

从投资上看，水泥搅拌桩造价最低；预制钢筋混凝土管桩造价最高，CFG桩造价在二者之间。因此，采用水泥搅拌桩方案在工程投资上更占优势。

(3)从适应性比较

根据已建工程设计施工经验，水泥搅拌桩处理淤泥、淤泥质土层基础适用较好，本工程地基主要为淤泥以及砂层，水泥搅拌桩的适应性会更好。

综合考虑，本工程水闸基础处理拟推荐采用水泥搅拌桩方案，桩径选为500 mm为宜。

3 工程布置

3.1 主要建筑物布置

(1)水闸闸室

新建莱芜排水闸闸室共布置闸孔5孔，单孔净宽2.0 m，总净宽10 m，中墩厚0.8 m、边墩厚0.8 m，闸室总宽为14.8 m，闸室底板高程为-1.4 m，底板厚0.8 m，闸室顶板高程为1.30 m，箱涵段长40 m。闸室采用整体钢筋混凝土箱式结构。水闸的运行、泄洪方式为闸门控制，闸门布置在外海侧，采用平板钢闸门，配套螺杆启闭机，水闸配套启闭机室。

(2)消能、防冲

新建莱芜排水闸的主要任务是排涝和防潮，此次工程设计将采取单向消能方式，水流通过进口段经箱涵进入闸室段后排入外海消力池，经消力池消能后汇入外海。为保证水闸水利顺接能够平顺畅通，在上下游闸室后接护坡，在护坡两侧设置翼墙，翼墙结构型式为重力式挡土墙，墙身设置反滤排水。

(3)基础处理

水闸基础采用Φ500水泥搅拌桩(掺灰量18%)打至持力层粘土层，采用格栅状布置。其中，闸室段桩长13 m，围封桩间距0.4 m，共373根，中心桩间距为1 m，共468根，空箱防浪挡墙围封桩间距0.4 m，中心桩间距1 m，共56根；外海侧翼墙桩长14 m，间距1.2 m，共168根；围内侧翼墙桩长13 m，间距1.2 m，共48根。总桩长为14637 m。

3.2 施工特点及主要施工方案

(1)施工特点

莱芜排水闸横穿莱美路，由于莱美路为莱芜片区主要的交通干道，且为前往南澳岛唯一公路，同时也是南澳大桥建筑材料运输的公路，车流通过较多，为避免因水闸的建设严重影响莱美路的交通以及减少因水闸的建设对现有莱美路路面、路面设施及路旁现有埋设线路的破坏，同时结合施工工期考虑，对水闸闸室段采用分2期施工，并对基坑采用钢板桩支护，对路旁现有埋设线路进行保护或进行临时迁移。同时，拟考虑利用水闸内围堰作为临时交通道路，弥补因水闸施工莱美路路面宽度减小对交通造成的影响。工程施工拟先施工外海侧箱涵，作为施工第1阶段，以现有围内侧莱美路路面及内围堰作为施工交通分流道路；待第1阶段施工完毕后，进入第2阶段，即施工围内侧箱涵，第2阶段施工以第1阶段施工完成的路面和内围堰作为施工交通分流道路。计划工程总工期12个月。

(2)主要施工方案

莱芜水闸施工时，分两期施工，第一期施工为临海测箱涵段及闸室段，采用放坡式开挖，开挖坡比为1∶2，同时在箱涵外侧3.5 m处设置支护拉森Ⅲ型钢板桩，长度为12 m，其中深入土层10 m。同时，为解决施工期间莱美路的交通情况，与右侧铺筑一条宽为15 m的临时挡路，减缓施工期间莱美路带来的交通压力。施工临时便道先采用3 m砂换填后进行填筑，填筑坡比为1∶2，同时在边坡底部两侧打入支护拉森Ⅲ型钢板桩，长度为12 m。待一期施工完毕后，进行二期施工，于箱涵顶部段设置一期临时C30钢筋砼挡墙，同时进行二期施工。一期施工完成箱涵段施工完毕后，作为来往交通要道，挖除一期施工临时道路，作为二期施工围堰填筑。同时在内涌右侧田地开挖一条底宽为2.2 m的施工导流明渠作为施工期间导流。待工程完成后恢复原有地貌，回填明渠，拆除围堰。

4 结论

通过对排水闸总体布置方案比较，选择出适于本工程的水闸布置形式，解决了莱芜区洪水和排涝问题，并根据闸室段地质条件及基础处理方案比选，采用水泥搅拌桩对水闸基坑进行加固处理，保证闸室在后期运行中结构安全与稳定，工程竣工后将为澄海区产生巨大的社会效益和经济效益。