引江济淮二期工程蒙城站围堰设计方案研究

杨 琼，王 蓉

（中水淮河规划设计研究有限公司，安徽 合肥 230000）

1 项目基本情况

蒙城站是引江济淮二期工程输水干线涡河线的第一级泵站，泵站流量50m3/s，位于安徽省蒙城县城北郊白湾村附近涡河干流上，紧邻蒙城下移闸址。

1.1 工程地质条件

根据勘探成果，站址区域地层主要为：沿滩地及堤岸的人工填土、第四系全新统冲积层、上更新统冲积层，地层自上而下分为：填土、第①1层轻、中粉质壤土、第①2层重粉质壤土或淤泥质土、第②1层粉细砂、砂壤土、第②2层粉细砂、砂壤土、第③层粉质粘土、重粉质壤土、第④1层轻、中粉质壤土、第⑤层中、重粉质壤土、第⑥层轻、中粉质壤土、第⑦层粉质粘土、粘土。

1.2 水文地质条件

工程区地下水类型主要为孔隙潜水和承压水，根据本次钻孔揭示，潜水赋存于第①1、②1、②2、④1（靠近河岸第②2、④1层已经出露，具有潜水特性，远离河岸具承压性）层土中，主要接受大气降水和河水的补给，排泄以蒸发为主，与涡河水的水力联系密切，枯水期向河水排泄。第⑥层土上部有相对隔水第⑤层土覆盖，为承压含水层，其承压水头约14m。勘测期间观测地下水埋深一般0.80～7.77m 不等，对应高程16.16～18.25m。

2 围堰设计方案

蒙城站设计流量为50m3/s，主要建筑物级别为2 级，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2017）的规定，其导流建筑物级别为4 级。根据其项目规模及失事后果的严重程度，导流标准取20 年一遇。蒙城站出、进水段20 年一遇相应全年洪水位分别为26.31m、25.55m。站址位于涡河主河槽上，站身施工时利用站东边滩地已建成的蒙城闸导流，在蒙城站上下游填筑围堰挡水施工。

本次将对均质土围堰、砂砾石围堰和钢管桩围堰三种围堰形式进行比选。

2.1 方案一：均质土围堰

蒙城站出水段20 年一遇全年洪水位为26.31m，围堰超高考虑1.5m，相应围堰顶高程为27.81m，结合交通顶宽取8m。进水段20 年一遇全年洪水位为25.55m，围堰超高考虑1.5m，相应围堰顶高程为27.05m，顶宽取6m。围堰两侧边坡为水上1∶3、水下1∶5，围堰填筑工程量合计为28.93 万m³。均质土围堰计算表见表1。

表1 均质土围堰计算表

以出水段围堰为例，剖面图见图1。

图1 出水段均质土围堰剖面图

均质土围堰方案取土量28.93 万m³，取土区占地134 亩。

2.2 方案二：砂砾石围堰

蒙城站出水段20 年一遇全年洪水位为26.31m，围堰超高考虑1.5m，相应围堰顶高程为27.81m，结合交通顶宽取8m。进水段20 年一遇全年洪水位为25.55m，围堰超高考虑1.5m，相应围堰顶高程为27.05m，顶宽取6m。围堰两侧边坡为1∶1.75，围堰填筑工程量为石方15.39 万m³。砂砾石围堰方案工程量见表2。

表2 砂砾石围堰计算表

以出水段围堰为例，剖面图见图2。

图2 出水段砂砾石围堰剖面图

砂砾石围堰方案砂砾石料全部采用外购，施工阶段应选择供应能力、质量均能满足工程需要的砂砾石供应商。

2.3 方案三：钢管桩围堰

蒙城站出水段20 年一遇全年洪水位为26.31m，围堰超高考虑1.5m，相应围堰顶高程为27.81m，围堰高度约为15.50m，围堰填土宽度根据钢围堰规范B=0.9×15.5=14m，嵌固深度取16.0m。钢管长度L=31.5m。

进水段20 年一遇全年洪水位为25.55m，围堰超高考虑1.5m，相应围堰顶高程为27.05m，围堰高度约为14.5m，围堰填土宽度根据钢围堰规范B=0.9×14.5=13m，嵌固深度取15.0m。钢管长度L=29.5m。

选用管桩外径630mm，壁厚10mm，桩间距0.9m。钢管桩围堰共需要管桩528 根，总桩长为10269m，在围堰内侧填筑无粘性土，填筑量61537m3。钢管桩围堰工程量见表3。

表3 钢管桩围堰计算表

以出水段围堰为例，剖面图见图3。

图3 出水段钢管桩围堰剖面图

根据《水利水电工程钢板桩围堰技术规范》（T/CWEA12-2020）要求，对该围堰进行设计及验算。

抗倾覆稳定性验算：

式中：Ti—锚固力设计值，kN；

ZTi—支点至支护结构底部或最下到支撑的竖向距离，m。

工况1：

Kov=1.448≥1.30，满足规范要求。

整体稳定验算：

计算方法：瑞典条分法

应力状态：有效应力法

条分法中的土条宽度：0.40m

滑裂面数据：

圆弧半径：R=32.319m

圆心坐标：X=-8.890m

圆心坐标：Y=7.307m

整体稳定安全系数Ks=1.604＞1.30，满足规范要求。

抗隆起验算：

支护底部，验算抗隆起：

Ks=(18.806×16.000×2.255+45.000×7.922)/[15.0 39×(15.000+16.000)+0.000]=2.220

Ks=2.220≥1.600，抗隆起稳定性满足。

钢管桩围堰方案内填土取土量6.15 万m³，取土区占地面积39 亩。

3 围堰设计方案经济技术比选

经济比选涉及的概算价格如下：

①挖掘机配自卸汽车挖运填土方：33 元/m³；

②砂砾石料亳州信息价276 元/m³；

③钢管桩综合单价9556 元/t；

④工程取土区移民征地费用每亩复垦费39679元/亩，亩产值补偿费2065 元/亩·年，综合计列取土区征地费50004/亩。

三种围堰方案投资计算见表4。

表4 各方案围堰投资计算表

综上所述，该工程三种围堰设计方案技术上均可行，方案一为投资最低方案。

4 结论

本文结合引江济淮二期工程中涡河线梯级泵站首级站蒙城站的工程实际情况，对三种不同的围堰形式进行经济技术对比分析，旨在寻找经济性与可行性并存的挡水围堰方案。该工程的特性为场地开阔、取土有源、土源较近，且取土区征地已取得地方政府书面确认函。围堰需在施工期间兼作左右岸之间唯一的交通联系。此次采用均质土围堰方案安全性高，施工便捷，技术难度小，投资最低■