雨排水口施工涉河围堰施工方案

雨排水口施工涉河围堰施工方案1工程概况本工程为某市滨江片区雨污分流改造工程末端新建雨排水口项目，服务汇水面积12km²，设计峰值排水流量12m³/s，出水主体为钢筋混凝土箱涵结构，断面尺寸2.5m×2.8m（净宽×净高），出水口中心高程2.1m（吴淞高程系，下同），箱涵伸入河道长度10m，施工区域全部位于XX支流河道范围内，需采用围堰挡水实现干地施工。XX支流本段河道河床底高程0.2m，常水位3.2m，枯水期平均水位1.8m，5年一遇洪水位5.8m，堤顶高程7.2m，河段枯水期平均流速1.2m/s，涨水期最大流速1.8m/s，开阔水面宽度160m。地质勘察显示，河床表层0~2m为松散粉质壤土，2~8m为密实粉质壤土，8m以下为中风化砂岩，河床粉质壤土渗透系数k=1.2×10^-4cm/s，地基承载力特征值fak=120kPa。本工程要求在一个非汛期（当年10月~次年3月）完成雨排水口施工，施工及度汛期间不得影响河道现有行洪能力，施工完成后全部拆除围堰，恢复河道原断面。2编制依据(1)《水利水电工程施工组织设计规范》SL303-2017；(2)《堤防工程施工规范》SL260-2014；(3)《钢板桩支护技术规程》JGJ/T414-2018；(4)《建筑地基基础工程施工质量验收标准》GB50202-2018；(5)本项目水文地质勘察报告、雨排水口施工设计图纸；(6)当地河道管理部门出具的涉河施工批复文件。3围堰方案选型针对本项目涉河施工条件，对3种常用围堰方案进行技术经济比选：(1)方案1：均质土围堰。造价较低，但是允许抗冲流速仅为0.5~1.5m/s，本河段涨水期最大流速1.8m/s，超过允许流速，易发生冲刷坍塌，且防渗效果差，断面尺寸大，挤占河道行洪断面多，不符合河道管理要求，予以排除。(2)方案2：单排拉森钢板桩围堰。施工速度快，断面尺寸小，但是防渗完全依赖钢板桩锁口密封，渗水量大，易发生管涌渗漏，本工程需干地施工4个月，无法满足施工排水及结构稳定要求，予以排除。(3)方案3：双排拉森钢板桩填芯黏土防渗围堰。允许抗冲流速可达2.0~2.5m/s，满足本河段最大流速要求，结构稳定性好，防渗能力强，施工周期短，拆除方便，对河道行洪断面挤占小，符合涉河施工管理要求。最终选定本方案作为雨排水口施工涉河围堰方案。4围堰结构设计4.1总体布置围堰轴线平行于河道岸线布置，总长度42m，背水侧钢板桩轴线贴现状岸坡脚布置，距离原有堤防堤脚1.5m，迎水侧钢板桩位于河道内，距离雨排水口箱涵外缘8m，满足箱涵施工作业面要求，围堰两端向两侧岸坡各延伸5m做锁口防渗处理，切断岸坡渗流通道。4.2主要参数设计(1)顶高程：根据规范要求，围堰顶高程=设计挡水位+浪高+安全超高，本工程设计挡水位取河道常水位3.2m，计算浪高0.3m（本河段水面宽度160m，风区长度短，按规范经验公式计算得浪高0.28m，取0.3m），安全超高取0.5m，因此设计围堰顶高程为3.2+0.3+0.5=4.0m。(2)钢板桩参数：选用拉森Ⅳ型冷弯热轧钢板桩，规格为400mm×125mm×10.5mm，每延米理论重量76.1kg，截面模量W=2000cm³/m，抗拉强度≥410MPa。本工程河床底高程0.2m，经抗滑、抗倾覆计算，钢板桩入土深度要求不小于6.0m，因此钢板桩总长度为4.0-0.2+6.0=9.8m，选用定型10m长钢板桩，满足设计要求。(3)双排桩布置：两排钢板桩排距（中心距）为2.0m，同排相邻钢板桩间距为400mm，锁口扣接，顶部设置双拼HN400×200H型钢围檩，围檩之间设置φ20@2000mm对拉螺栓拉紧，预拉力50kN，保证结构整体性。(4)芯体防渗：两排钢板桩之间填充掺5%水泥的粉质黏土作为防渗芯体，要求黏土渗透系数k≤1×10^-5cm/s，有机质含量≤5%，分层压实，压实度≥93%。迎水侧钢板桩内侧提前铺设一层400g/m²长丝土工布，防止芯体土流失，提高防渗效果。(5)抗冲与排水设计：迎水侧钢板桩外侧从河床底到围堰顶，铺设400g/m²长丝土工布，错缝铺设，搭接宽度不小于20cm，外侧堆筑30cm厚袋装碎石防护，防止水流冲刷钢板桩及河床。背水侧芯体底部（高程0.5m处）设置横向碎石盲沟，断面尺寸30cm×30cm，两端各设置1座φ80cm集水井，集水井深度1.5m，井壁开设透水孔，四周填充10~30mm碎石，配置1.5kW潜水泵抽排渗漏水，保证基坑干燥。(6)岸坡连接：围堰两端延伸段钢板桩全部打入岸坡土层，锁口全部密封，端部填筑黏土压实，与原有岸坡紧密连接，切断绕渗通道。4.3稳定性验算按照《水利水电工程施工组织设计规范》要求，对围堰进行稳定性验算，结果如下：(1)抗滑稳定：采用整体滑动法计算，抗滑稳定系数Kc=(fG+Ep)/Ew，其中f为河床粉质壤土摩擦系数0.38，G为单位长度围堰总自重151.8kN（含钢板桩自重15kN、芯体填土自重136.8kN），Ep为钢板桩入土段被动土抗力合力52kN，Ew为迎水侧水压力合力72kN，计算得Kc=(0.38×151.8+52)/72≈109.7/72≈1.52，规范要求Kc≥1.3，满足要求。(2)抗倾覆稳定：抗倾覆稳定系数Kq=MR/M0，其中MR为抗倾覆力矩，M0为倾覆力矩，计算得Kq=2.38，规范要求Kq≥1.5，满足要求。(3)渗流稳定：计算得渗流最大出逸比降为0.21，粉质壤土允许出逸比降为0.3，0.21<0.3，满足渗流稳定要求，无发生管涌、流土风险。(4)钢板桩强度验算：最大弯矩为125kN·m，拉森Ⅳ型钢板桩抗弯承载力为186kN·m，125<186，满足强度要求。5施工工艺流程本围堰施工工艺流程为：施工准备→测量放线定位→定位桩打设→屏风式插打钢板桩→围檩安装→对拉螺栓安装→芯体分层填筑压实→迎水侧抗冲防护施工→背水侧排水系统施工→围堰闭气→质量检查验收。6主要工序施工方法6.1施工准备(1)技术准备：组织施工技术人员熟悉设计图纸、水文地质资料，对作业人员进行三级安全技术交底，与当地水文站、气象部门建立联动机制，提前获取7天水文、天气预报，掌握水位变化规律，在施工区域上游1km设置水位观测点，每2小时报送一次水位数据。(2)资源准备：钢板桩提前进场，按规范进行质量检验，查验质量合格证，对变形、锁口损坏的钢板桩进行校正，不合格产品清退出场；选用90kW振动打拔锤，激振力≥300kN，满足粉质壤土及砂岩夹层打桩要求，配置1台挖掘机、4台自卸车、3台潜水泵、1套RTK测量设备，所有设备进场验收合格；提前对填筑用黏土进行渗透系数、压实度检测，各项指标符合设计要求后方可进场。(3)场地准备：清理背水侧岸坡，平整出宽度8m的施工平台，清除表层杂草、杂物，夯实整平，满足打桩设备作业要求。6.2测量放线采用RTK定位放线，放出围堰上下游端点、轴线控制点，每5m设置一个控制桩，复核河床底高程、岸坡高程，平面测量误差控制在±1cm以内，高程误差控制在±2cm以内，做好控制点保护，施工过程中定期复核。6.3钢板桩打设采用屏风式打设法施工，具体流程为：①先打设上下游两端定位桩，定位桩打设完成后拉设轴线控制线；②从上游向下游逐根插桩，先将全部钢板桩插入锁口，形成屏风墙，再逐步向下打设，保证钢板桩垂直度；③打设过程中采用经纬仪实时监测垂直度，垂直度偏差控制在1%以内，相邻钢板桩锁口错口偏差不超过20mm，锁口拼接前涂抹黄油嵌填棉絮，保证防渗密封；④打设至设计高程后停止，若遇到硬层或孤石无法下沉，采用旋挖钻引孔，孔径比钢板桩宽度大10cm，引孔至设计深度后再打设钢板桩，保证入土深度满足要求，单根桩入土深度偏差控制在±5cm以内。6.4围檩与对拉安装钢板桩全部打设完成后，在高程3.8m处（围堰顶下0.2m）安装双拼H型钢围檩，围檩与钢板桩之间缝隙采用钢楔楔紧，保证受力均匀，围檩拼接焊缝高度不小于8mm，焊缝饱满无缺陷；围檩安装完成后穿设φ20对拉螺栓，每2m一道，螺栓两端设置100×100×8mm垫板，采用扭矩扳手拧紧，控制预拉力为50kN，保证结构整体性。6.5芯体填筑芯体填筑从背水侧向迎水侧分层推进，每层填筑厚度控制在30cm以内，采用蛙式打夯机分层压实，每层填筑完成后采用环刀法检测压实度，压实度达到93%以上后方可进行下一层填筑，填筑至设计顶高程4.0m；填筑过程中控制土料含水率在最优含水率±2%范围内，严禁含杂草、大块石块、有机质的土料进场，迎水侧土工布沿钢板桩从顶到下铺设，挂设平整，紧贴钢板桩，再进行填土压实，防止芯体土流失。6.6防护与排水系统施工迎水侧外侧土工布从河床底到围堰顶错缝铺设，搭接宽度不小于20cm，采用木钉固定，然后错缝堆码袋装碎石，袋装碎石装填量为八成满，堆码厚度30cm，紧贴土工布，防止水流冲刷；背水侧盲沟按设计高程开挖，铺设透水土工布后填充碎石，接入两端集水井，集水井安装透水混凝土井壁，周围填充碎石，安装潜水泵，保证渗漏水能够及时排出。6.7闭气与验收围堰施工完成后，静置72小时进行闭气试验，观测背水侧集水井渗水量，合格标准为单位长度渗水量≤1L/(min·m)；若存在渗漏，锁口渗漏采用棉絮填塞锁口，大面积渗漏在迎水侧渗漏位置抛填黏土堵漏，处理合格后组织五方验收，验收内容包括轴线位置、顶高程、钢板桩垂直度、芯体压实度、渗水量，验收合格后方可进行后续雨排水口施工。7围堰施工监测7.1监测内容与点位布置沿围堰轴线每10m布置1组水平位移、竖向沉降监测点，共布置5组，迎水侧、背水侧各设置1台水位观测尺，2座集水井分别设置渗水量计量装置，每天记录渗水量。7.2监测频率正常施工期间每天早晚各监测1次，水位上涨超过3.2m、暴雨过后加密监测，每2小时监测1次，24小时不间断监测。7.3预警标准水平位移日变化量>5mm、累计位移>30mm，竖向沉降日变化量>5mm、累计沉降>50mm，渗水量突然增大超过2L/(min·m)时，立即启动应急预案，停止施工，组织基坑内所有人员、设备撤离，上报河道管理部门，采取抢险加固措施。8度汛与应急保障8.1度汛预案本工程施工安排在非汛期，提前收集水文预报信息，若预报即将发生超围堰顶高程的洪水，提前3天组织所有人员、设备撤离基坑，在围堰顶堆筑1.0m高、顶宽1.0m的袋装土子堰，挡水防漫溢；若洪水漫溢，待洪水退去后立即检查围堰受损情况，加固修复合格后方可复工。8.2应急物资储备现场常备应急物资：编织袋2000只、黏土1000m³、碎石500m³、备用潜水泵4台、备用发电机1台、钢丝绳500m、救生衣40件，挖掘机1台24小时现场待命，随时投入抢险。8.3应急组织机构成立由项目生产经理任队长的20人应急抢险队，24小时值班，建立与河道管理部门、应急管理部门、气象水文部门的联动机制，发生险情后15分钟内抢险人员到位，先组织人员撤离，再开展抢险，同时上报相关管理部门。9围堰拆除施工9.1拆除时机雨排水口箱涵施工完成，验收合格，报河道管理部门批准后，方可进行围堰拆除，拆除选择在枯水期低水位时进行，减少对河道水流的影响。9.2拆除顺序拆除遵循从下游到上游、先芯体后结构的顺序，具体为：①排水降低基坑水位→挖除芯体黏土，全部运出河道→拆除对拉螺栓、围檩→振动拔钢板桩→清理河床，回填桩孔→验收河道断面。9.3施工要求拔桩采用振动锤振动拔桩，先振动松动土体，再缓慢拔起，减少对河床的扰动；拔桩留下的桩孔采用中粗砂分层回填密实，压实度≥90%，防止桩孔塌陷影响河道行洪；所有拆除的钢材、废料、多余土方全部运出河道，不得遗留在河道内；河床清理完成后恢复原河道断面坡度，河床高程偏差控制在±10cm以内，满足行洪要求，拆除完成后邀请河道管理部门进行现场验收。10质量控制标准(1)钢板桩轴线位置允许偏差：±50mm；(2)钢板桩垂直度允许偏差：1%；(3)围堰顶高程允许偏差：+50mm，0mm；(4)芯体黏土压实度：≥93%，渗透系数≤1×10^-5cm/s；(5)围堰单位长度渗水量：≤1L/(min·m)；(6)抗滑稳定系数≥1.3，抗倾覆稳定系数≥1.5，满足设计要求；(7)拆除后河床高程允许偏差：±100mm，无遗留障碍物。11安全文明与环境保护要求11.1安全施工要求所有水上作业人员必须佩戴安全帽、穿救生衣，严禁任何人员私自下水；施工区域上下游500m处设置警示标志，夜