草土围堰施工方案.docx

草土围堰施工方案
3.1.1. 平面布置
草土围堰的平面布置见图3-1。围堰占用水域57×57m。
3.1.2. 横断面
堰体横断面见图3-1。
⑴. 堰顶高程
按常水位季节的高水位101.5m加高0.7m，即堰顶高程定为102.2m。
⑵. 堰体断面
顶宽为9m，施工时近似按矩形截面施工，其边坡由围堰土自重压缩和被水冲刷后形成，约1:0.2～1:0.4。
⑶. 稳定性验算
草土围堰受到的水平力为外侧水压力P水、外侧土压力P卵石，受到的竖向力为自重G0、外侧卵石对堰体的竖向压力G卵石、基底水的渗透压力U，见图3-2。
图3-2 草土围堰受力示意(尺寸单位:米)
计算工况：
草土围堰高H=4m，水头高H水=4m，草土围堰的容重γ草土=12KN/m3，水的容重γ水=10KN/ m3，卵石的容重γ卵石=19KN/m3，卵石的浮容重γ`卵石=11KN/m3，取卵石的内摩擦角φ=300，则主动土压力系数Ka=tg2（45-30/2）=0.33，草土体基底与地基的摩擦系数f=0.4。
外侧水压力:
P水=1/2H水 2γ水=80KN/m
外侧土压力:
P卵石=1/2(H-H水)2γ卵石Ka+(H-H水)H水γ卵石Ka+1/2H水2γ`卵石Ka=29.3KN/m
堰体重量:
G0=1/2(9+11)×4×γ草土=480KN/m
外侧土对堰体的竖向压力：
G卵石=1/2×((11-9)/2×4) γ卵石=38KN/m
渗透压力:
U=1/2×H水×9×γ水=220KN /m
抗滑稳定系数：
K1=f(G0+G卵石-U)/(P水+P卵石)=1.23>1.2
满足要求。
抗倾覆稳定系数：
K2=(G0×5.5+ G卵石×6)/(U×11×2/3+P水×4×1/3+ P卵石×4×1/3)=1.63>1.5
满足要求。
3.1.3. 堰体材料
⑴. 土料
黄土、粉土、壤土、粘壤土等均可用作草土围堰的填筑材料，土料的天然干重度不得小于1.4，含水量以13～17%为宜。土料应含有一定量的10cm以下的粗颗粒，土料入水后10min左右被完全浸润并崩解对施工较为有利。若粉粒过多，土料入水后立即崩解为稀泥状，不利于堰体成型。每立方草土围堰用土量约为0.65～0.75m3。
⑵. 草料
草杆采用新鲜稻草，长度不得小于0.5m。草捆直径一般为45～50cm，长度为110～120cm，重量约为10kg。草捆必须扎紧，要求用草绳绑扎三道，草捆外形示意见图3-3。每立方草土围堰用草量约为65～85kg。
图3-3 草捆外形示意图
3.1.4. 堰体填筑工艺
⑴. 草捆铺设
开挖堰体基槽后，沿堰体的长度方向摆设一层草捆。每排草捆采用草绳联系成一个整体，并且两排相邻草捆之间按草捆长度的1/3进行搭接。
⑵. 铺散草
在捆草的表面均匀铺设一层30cm厚的散草。堰体两侧沿边缘铺设一层与堰体轴线垂直的草杆，其它部位可任意散铺。
⑶. 铺土
散草铺完后，即在上面铺土，厚度为25～35cm。铺土时，除堰体两边留出20cm宽的草边不盖土外，其余部位需要将散草均匀覆盖。
重复以上三道工序，直至填筑到要求的高程。
⑷. 碾压
草土围堰水下填筑施工过程中，对铺土可不必进行夯实或碾压，当水下填筑部分全部完成后，要求对全堰面压实，使干密度达到1.5g/m3以上。
3.1.5. 草土围堰施工顺序
草土围堰施工顺序见图3-4。
3.1.6. 其它施工要点
⑴. 设置子堰
围堰内的汇水面积较大，并且岩溶发育，通过设置子堰来增加基坑的排水能力。
⑵. 堰体底部防渗
在堰体底部铺设一层塑料薄膜，使堰体与河床透水层隔离，可防止堰体底面被冲刷破坏。
⑶. 裂缝处理
施工中堰体表面出现裂缝时，可根据大小选择处理方法。当出现裂缝宽度小于5cm时，应及时碾压处理。当出现大于5cm的裂缝时，应进行局部加草土补强压实。
⑷. 施工监测
为防止围堰因变形过大而破坏，应进行施工监测。通过二种方法进行监测，一为通过目测对围堰的开裂、冲刷、明显沉降或位移等进行观察，一为通过在堰体的中央、角点或经过处理的破坏位置设置沉降位移观测点，通过测量仪器观测其沉降、变形情况及其发展趋势。
⑸. 施工排水
在子堰内、子堰与主堰之间均设置一定数量的排水沟和抽水坑，现场视需要及时采用足够数量的潜水泵进行排水。
3.2. 就地拌制混凝土围堰施工方案
3.2.1. 围堰布置
由于7#墩处基岩面以上覆盖层均为卵石，拟采用原地挖槽，原地倒入水泥，采用挖掘机就地水下搅拌的方式，沿承台四周构筑围堰堰体。
围堰布置见图3-5。
⑴. 平面布置
围堰平面占用水域33.6×33.6m。
⑵. 堰顶高程
按常水位季节的高水位101.5m加高0.7m，即堰顶高程定为102.2m。
⑶. 堰体断面
堰体高度为4m时，考虑围堰渡洪时结构受力的需要，宽度设置为3.7m，如受基岩面高程的限制，以顶面高程102.2m为基准，需要调整堰体高度时，围堰宽度也需相应调整。
⑷. 受力验算
①. 堰体稳定性验算
就地拌制混凝土围堰受到的水平力为外侧水压力P水、外侧土压力P卵石，受到的竖向力为自重G0、基底水的渗透压力U，见图3-6。
图3-6 就地拌制混凝土围堰受力示意(尺寸单位:米)
计算工况：
围堰高H=4m，水头高H水=4m，围堰外侧卵石的高度与围堰顶齐平，就地拌制混凝土堰体的容重γ砼=23KN/m3，水的容重γ水=10KN/ m3，卵石的容重γ卵石=19KN/m3，卵石的浮容重γ`卵石=11KN/m3，取卵石的内摩擦角φ=300，则主动土压力系数Ka=
tg2（45-30/2）=0.33，堰体基底与地基的摩擦系数f=0.5。
外侧水压力:
P水=1/2H水 2γ水=80KN/m
外侧土压力:
P卵石=1/2(H-H水)2γ卵石Ka+(H-H水)H水γ卵石Ka+1/2H水2γ`卵石Ka=29.3KN/m
堰体重量:
G0=3.7×4×γ砼=340.4KN/m
渗透压力:
U=1/2×H水×3.7×γ水=74KN /m
抗滑稳定系数：
K1=f(G0 -U)/(P水+P卵石)=1.22>1.2
满足要求。
抗倾覆稳定系数：
K2=(G0×2)/(U×3.7×2/3+P水×4×1/3+ P卵石×4×1/3)=2.07>1.5
满足要求。
②. 地基稳定性验算
根据图3-6，作用于基底的合力的偏心距e为：
e = 3.7/2-(3.7/2×G0-P水×4×1/3-P卵石×4×1/3-U×3.7×2/3)/(G0-U)
=0.72>3.7/6=0.62
基底出现拉应力，一般不考虑地基能承受此拉力，则基底应力重分布，假定全部荷载由受压部分承担及基底压应力仍按三角形分布。
图3-7 地基应力示意图(尺寸单位:米)
由图3-7，地基压应力的合力N= G0–U,堰体基底最大压应力为：
σmax=2(G0–U)/(3×(1/2×3.7-e))=156.9Kpa<[σ]=300Kpa
满足要求。
③. 基坑内边坡稳定性验算
为达到最大开挖深度的目的，需要在基坑内继续开挖。当开挖处为岩层时，可直立向下开挖，当开挖处卵石层较厚时，必须验算边坡的稳定性。
计算工况：
卵石层较厚的部位，堰体高H=4m，水头高H水=4m，围堰外侧卵石的高度与围堰顶齐平，开挖至基底高程时，继续向下放坡开挖，挖深1m。
采用瑞典圆弧法验算边坡稳定，将堰体的基底压力换算成卵石高度hmax=σmax /19=8.2m，并对可能的滑动土体进行条分，见图3-8。坡高1m，边坡坡率为1:3.5。
图3-8 条分法示意图(尺寸单位:米)
采用4.5H法画出最危险滑动圆弧圆形位置的辅助线，在辅助线上定出圆心o2，作通过坡脚的圆弧，把边坡分为10个土条，检算其稳定性,结果见表3-1,k2=1.21。
表3-1 堰内边坡稳定系数计算表
编号
容重(KN/m3)
面积(m2)
土条重量Qi（KN）
αi
切向力Ti=Qisinαi
法向力Ni=Qicosαi
tgφ
摩阻力Nitgφ
稳定系数K2
1
19
0.29
5.51
-56
-4.6
3.1
0.5774
1.8
1.21
2
19
0.77
14.63
-39
-9.2
11.4
0.577
6.6
3
19
1.08
20.52
-26
-9.0
18.4
0.577
10.6
4
19
1.29
24.51
-14
-5.9
23.8
0.577
13.7
5
19
1.44
27.36
-3
-1.4
27.3
0.577
15.8
6
19
1.52
28.88
8
4.0
28.6
0.577
16.5
7
19
1.49
28.31
19
9.2
26.8
0.577
15.4
8
19
1.34
25.46
31
13.1
21.8
0.577
12.6
9
19
2.32
44.08
46
31.7
30.6
0.577
17.7
10
19
4.39
83.41
69
77.9
29.9
0.577
17.2
合计

105.8

127.9
在辅助线上另找二个圆心o1、o3，同法算得k1=1.29，k3=1.22，对比k1、k2、k3，得到最小稳定系数kmin=k2=1.21>1.2,边坡稳定，但安全储备十分有限，当卵石层较厚时，堰内能继续放坡开挖的深度非常有限。
3.2.2. 主要施工措施
⑴. 测量放样
桩基施工完成后，清除场地，按照设计图将围堰堰体的平面位置放出。
⑵. 混凝土的拌制方法
采用PO325水泥、堰体处现有的卵石拌制堰体混凝土。
采用挖掘机，就地挖槽水下拌制堰体混凝土。混凝土的配合比现场通过试验确定，现暂定水泥掺量350kg/m3。
⑶. 堰体施工
开始开挖基槽时，先采用挖掘机试探基岩面的深度，然后根据基岩面的深度确定该部位的堰体深度和宽度。
按照能搅拌均匀的要求先将挖深基槽，基槽底部预留70~80cm厚的卵石，倒入水泥，采用挖机搅拌；底层拌匀后，回填一层厚度70~80cm的卵石，再倒入水泥，再采用挖掘进行搅拌均匀；重复此工作，直至该部位全断面搅拌均匀。
⑷. 基坑开挖
堰体全部施工完成，并达到强度后，按设计图的要求进行基坑开挖。基坑内的覆盖层和软弱岩层，采用挖掘机开挖。
为防止对桩基产生损伤，影响工程质量，以及为防止剧烈爆破影响周边堰体的安全，拟对基坑内坚硬岩层采用无声爆破方案施工。
⑸. 基坑内排水
围堰内设置一定数量的排水沟和抽水坑，现场视需要及时采用足够数量的潜水泵进行排水。

3.3. 方案比较
以下通过列表3-2，从水域占用、防洪性能、地基沉降要求、安全性、施工周期等五个方面对两个方案进行比较。
表3-2 施工方案对照表
方案
对比内容
草土围堰
就地拌制
混凝土围堰
备注
水域占用
3249 m2
1129 m2

防洪性能
弱
强
草土围堰顶面不能过水
地基沉降要求
低
高
沉降过大时，混凝土围堰易开裂破坏
安全性
强
弱
草土围堰为成熟的施工工艺，混凝土围堰在此种工况下使用较少见
施工周期
30天
20天
堰体成型的周期
3.4. 方案选择
从上述比较可以看出，两个方案各有优劣。
从方案的成熟性和对地基的沉降要求来看，选择草土围堰更为合适。
但是，目前已经接近雨季，草土围堰占用的水域更大，对贺江行洪非常不利，并且围堰顶部不能过水，所以该方案必须在雨季过后方可采用。
因此，为节约施工工期，可尝试采用就地拌制混凝土围堰方案施工。