宝安区沙井河片区排涝工程深厚流塑~软塑状淤泥土层建设导流明渠工程设计与施工

宝安区沙井河片区排涝工程深厚流塑~软塑状淤泥土层建设导流明渠工程设计与施工

熊利红

深圳市水务工程建设管理中心广东深圳518000

摘要：通过对深圳市宝安区沙井河排涝泵站枢纽施工导流明渠设计与施工管理实践，对在深厚流塑~软塑状淤泥土地质条件下建设导流明渠及河段的开挖、支护及工程措施进行了总结和探讨，供类似工程参考和借鉴。

关键词：深厚淤泥层、导流明渠、开挖支护、施工措施

1.概述

深圳市宝安区沙井河片区排涝工程是为了解决片区洪涝问题而建设的大型排水泵站枢纽工程，工程区位于沙井河与茅洲河交汇区的三角地带，距现状海岸线4.85km，原属海陆相堆积的滨海滩涂区，后经人工填筑形成沼泽地，地表高程为+2.5m左右，其浅层人工填土为12m~16m厚的流塑~软塑状淤泥层。解决淤泥层基础问题是本工程建设的主要难点之一。

沙井河片区排涝枢纽泵站由排水规模170m3/s的排水泵站和过闸流量为220m3/s，并需满足远期规划四级航道通航要求。主体工程施工期采用布置拦河横向围堰和另僻导流明渠的方式组织施工导流。本文主要涉及导流明渠在深厚淤泥基础条件下的设计与施工。导流明渠于2010年5月~7月为重点设计论证阶段，于2010年1月~5月施工期，工程施工期导流明渠运行状况良好。

1.1导流明渠的布置

根据河口泵站枢纽工程特点和场地条件，经比较推荐导流明渠布置在泵站北侧的施工导流方案（见图一）。本方案在施工工序上为泵站可先期施工，河口水闸待导流明渠正常通水后，由上、下游全断面横向围堰形成基坑施工。水闸完工后即可泄洪通航。导流明渠使用工期为28个月。

图一施工导流明渠布置图

1.2导流明渠规模及相关要求

根据导流明渠服务时间及本河段现状Ⅶ级通航要求，相应导流标准为10年一遇洪水，设计洪封流量为184m3/s。导流明渠布置长度为580m，由于通航要求限制的导流明渠最小底宽为30m，相应河底高程为-2.5m。同时由于现场用地条件限制，要求尽量采用直立式河道护岸，开口宽度控制不大于80m。

2.工程主要地质及水文地质

2.1工程地质

工程场地范围自上而下分布地层为第四系人工填土层、第四系海陆交互相堆积层、震旦系云开群混合花岗岩。其中第四系海陆交互堆积层中淤泥层厚11.4~15.6m，流塑~软塑状，含水量62~68%，天然容重0.93~1.02，有机质含量2.9~5.9%,压缩系数1.67~2.01，地基承载力45~50kpa，固结系数0.5~1.8cm2/sE-3。在淤泥层以下分别由细砂、中粗砂、卵石层过渡到全风化混合花岗岩层。强风化混合花岗岩埋深在34~36m以下。根据现场地勘及相关试验，结合片区工程经验，各主要土层强度及指标C.?取值见表一。

2.2水文地质条件

场地地下水埋深浅，地下水位高程1.2~2.5m左右，填土层松散，中等透水；淤泥层厚且连续分布，微透水；砂层埋深大，强透水，且与两侧河道相通。

3.导流明渠开挖及支护方案

3.1工程等级

导流渠场地现状地面高程约2.5m，根据该片区的防洪标准导流渠护岸设计顶高程为4.0m，导流渠左右两岸分别为2#及1#临时堆土场，设计堆土高程4.0m。导流渠底高程-2.0m~2.5m，基坑开挖深度为6.0~6.5m。此外，导流渠将作为临时航道使用，通航标准为Ⅶ级。根据《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》及《建筑基坑支护技术规程》，该基坑定为二级基坑。

3.2方案设计论证

根据本工程实际情况，设计论证阶段提出了钢板桩支护方案、水泥搅拌桩墙支护方案及灌注桩支护方案进行比选。

（1）钢板桩方案

如图二所示，采用拉森Ⅳ（新）钢板桩支护，桩长16m。要求深入沙砾层长度为4m，桩顶高程0.5m，0.5m高程以上分两级放坡。为了防止钢板桩桩顶发生过大的水平位移，在导流渠底两侧离钢板桩6m范围内抛石挤淤，抛石厚度为2.0m。

图二拉森Ⅳ型钢板桩支护示意图

（2）水泥搅拌桩墙方案

此方案搅拌桩墙宽度5.5m，桩长13.0m，墙体采用格栅式，墙后平台宽度3m，按1：3放坡至2.5m高程，其后平台宽度、坡比及地面荷载与钢板桩方案一致。

水泥搅拌桩墙方案及格栅结构布置如图所示：

图四水泥搅拌桩格栅结构布置图

（3）灌注桩方案

如图四所示，采用直径1.0m@1.5m灌注桩支护，桩长16m。桩顶高程0.5m，0.5m高程以上分两级放坡，断面形式如下图所示：

图五灌注桩支护示意图

采用典型支护断面有限元计算，上述三方案整体稳定、抗倾覆及抗滑稳定计算均能满足要求，从投资、工期、质量控制等方面进行综合比较，设计阶段以投资较小为主要选择指标，推荐了钢板桩方案。

4.推荐方案调整及优化

4.1推荐方案调整

鉴于深厚流塑~软塑土层复杂地质条件，设计论证阶段各参建单位及专家对导流渠开挖及支护方案进行了进一步的调整研究及分析论证。认为采用钢板桩方案且有下述缺点：（1）钢板桩用量大，市场供应量不易解决；（2）作为临时性导流渠使用，其对桩顶变形量限制较小，而变形量较大以及长达28个月的含高盐度地下水锈蚀结果往往导致钢板桩难以拔出回收（深圳市沿海地区部分工程已出现过此种情况），这种情况下其实际投资远比原计算投资大；（3）导流渠须满足通航要求，在抗碰撞性方面钢板桩方案不如灌注桩方案。最终确定在进一步优化方案设计基础上，采用灌注桩方案。

4.2施工方案优化

导流明渠支护选择灌注桩方案，灌注桩桩径为1.0m，间距1.5m，桩后采用1排直径为550mm的搅拌桩截渗。灌注桩桩顶高程为0.5m，桩后分两级放坡至4.0m，第一级平台宽度为11m（含桩），坡高度为2.0m，坡比为1：3，第二级平台宽度为5.0m，坡高为1.5m，坡比为1：2.为减少灌注桩桩顶位移，在导流渠两侧6m宽度范围内进行抛石挤淤加固，挤淤厚度为2.0m，典型断面如图五，经典型支护断面有限元计算，满足相关要求。

图六导流渠典型支护断面有限元计算结果（最大水平变形112mm）

5.施工中主要问题及处理

5.1左岸K0+154-k0+280桩号段桩顶变形较大问题

导流明渠灌注桩全部施工后即开始导流渠断面开挖工作，开挖初期，K0+154-k0+280桩号段桩顶发生较大变形，最大位移达到0.5m左右，经现场调整分析认为是该明渠段外侧临时堆土所致，对该堆土进行卸载处理后，灌注桩变形发展得以控制。由此可见，虽然理论计算与实际情况有一定的差距，但其计算边界条件理应作为保障工程质量的重要内容而得以严格落实，由于深厚淤泥层的低固结性特点，往往对不均匀荷载的反映灵敏度较高，在施工中应予以重视。

5.2深厚淤泥层开挖的工作面问题处理

为了保障导流渠支护开挖的平衡开挖和尽量减少对淤泥层扰动的原则，深厚淤泥层必须采取分层进行开挖措施，为此必须考虑分层开挖中的工作面问题。经查有关工程概预算中陆地淤泥开挖和普通土开挖定额基本相同，可见并未考虑深厚淤泥土分层开挖的工作面措施费用。在现场工程施工试验和相关概预算定额分析基础上，建设单位组织参建单位提出了在各分层淤泥开挖中铺设块石垫层形成临时施工道路的措施，有效解决了施工组织设计和投资概算漏项问题，为工程顺利施工提供了必要条件。

5.3保障支护稳定的工程措施

（1）由于地质导致条件的复杂性，采用典型断面及其设计参数进行的相关抗滑、抗倾等稳定计算及应力应变分析并不能准确反映各分段支护结构的实际工作条件及应力状况。因此在比较完善的分析计算和设计及施工方案确定的条件下，仍需要根据现场情况变化及时采取相应的结构安全保障措施，其中也包括现场试验、委托专业单位进行工程结构及其相邻区域变形监测，以及在发现异常变形变位情况下的对策措施研究和设计变更程序的启动。本工程在施工试验段发现桩顶位移较大问题，根据试验情况随即采取了减少灌注桩护岸内侧堆石量并扩大其外侧护脚反压体的措施，变形得到有效控制。

（2）实际施工中，深厚淤泥层的相关物理性能指标与施工前通过地勘及试验手段获得的指标会发生较大变化，主要是施工对原状淤泥土层的扰动导致其固结度的降低，从而对原本计算稳定的结构产生不利影响。因此对深厚淤泥层地基项目，一是要在计算阶段应借鉴相关工程经验及试验手段，充分考虑施工扰动对土层强度影响情况下的计算参数取值；二是施工尽量采取对原状土扰动程度较小的方案及措施，包括尽量采用小型机械设备、尽量减小施工强度等。本工程建设初期局部已建堤防外侧堆土高度大情况下发现灌注桩有较大位移，随后及时调整降低其施工强度，使变形得到控制。同时现场勘测取样试验也明显得出了施工扰动程度较大情况下淤泥层抗剪强度相应较大幅度降低的资料。

六.结束语

随着各地城市建设快速发展，河岸滩涂地及沼泽地带深厚淤泥层的处理正在不断地积累和创新基坑支护开挖工程等方面的设计及施工经验。沙井河排涝工程施工导流明渠由于用地条件受限和自身地质条件的复杂性，其渠道开挖及支护结构设计和施工中均遇到了相关技术难题并得到了有效的解决，可为类似条件下的工程提供参考和借鉴。