阜陽船閘上下閘首及閘室降水設(shè)計研究

楊曉峰

（安徽水利開發(fā)股份有限公司 蚌埠 233000）

阜陽船閘上下閘首及閘室降水設(shè)計研究

楊曉峰

（安徽水利開發(fā)股份有限公司 蚌埠 233000）

目前在淮河流域施工中，地下地質(zhì)多為砂層，且砂層與外河相通，具有地下水位高、地下水豐富的特點(diǎn)；在結(jié)構(gòu)物施工中，降水方案的選擇及降水效果直接影響工程的順利進(jìn)行。所以合理地選擇降水方案尤為重要。

砂基 降水 深井 計算 施工后效果

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)條件

阜陽船閘位于潁河河漫灘及河心洲高漫灘之上，屬淮北沖積平原。潁河自北向南流經(jīng)阜陽河心洲，地勢較平坦，但略有起伏。地面高程一般為 28.5~ 31.0m，河底高程約20.7m。三角洲導(dǎo)航段位于潁河與泉河交匯地帶的堤外灘地，原來地勢低洼，并分布有原潁河老河道，后被沖填至現(xiàn)狀，地面高程一般為 27.2~ 29.6m，中部分布有一條長約400m已廢棄的潁河右堤，堤頂高程約 31.3~ 31.8m。

本工程區(qū)地層屬華北地層區(qū)華北平原地層分區(qū)阜陽小區(qū)，其地層淺部除人工填土外主要為第四系全新（Q4）及上更新統(tǒng)（Q3）河湖相沖、淤積層，呈明顯的多層結(jié)構(gòu)。土性主要為輕粉質(zhì)壤土、重~中粉質(zhì)壤土夾薄層砂壤土、輕粉質(zhì)壤土或呈互層狀，粉細(xì)砂、砂壤土或間夾輕粉質(zhì)壤土層，并局部含有砂礓。

根據(jù)地質(zhì)勘察成果，新建船閘區(qū)的土層自上而下為：

第1層：人工填土（Q4al），以素填土為主，主要成分為中、輕粉質(zhì)壤土夾砂壤土及少量重粉質(zhì)壤土，灰黃~黃色，稍濕~濕，硬塑~可塑，具中等壓縮性；局部為雜填土，以碎磚石、爐渣灰等垃圾為主，夾少量壤土，土性雜且不均，結(jié)構(gòu)松散。

第 2 層：輕粉質(zhì)壤土（Q4al），黃、灰黃色，夾砂壤土、少量粉細(xì)砂，局部夾中~重粉質(zhì)壤土層，軟塑~可塑，很濕~飽和，屬中等壓縮性土層。

第3層夾輕粉質(zhì)壤土（Q4al）：中粉質(zhì)壤土為主，夾輕粉質(zhì)壤土、砂壤土及少量小砂疆，局部地段以重粉質(zhì)壤土為主，黃、灰黃等色，很濕~飽和，軟塑為主，局部流塑、可塑，夾含粉砂性土透鏡體，土性與強(qiáng)度的均一性差，中~高壓縮性土。右岸在公路橋沿線夾有灰黑色重粉質(zhì)壤土層，很濕，可塑，中等壓縮性。該層在三角洲引航道部位，上部為灰色淤泥粉質(zhì)壤土，飽和。流塑，高壓縮性，厚度約6m左右，埋藏在地面下2~8m處。

第4層輕粉質(zhì)壤土（Q4al）：局部夾砂壤和細(xì)砂，軟塑~可塑，很濕~飽和，屬中等壓縮性土層。

閘基及導(dǎo)航墻、引航道、靠船建筑物、公路橋以及三角洲引航道的淺部地基地層均為第3~4層粉質(zhì)壤土，其中第2、第4層地基土以輕粉質(zhì)壤土為主，第3層以中粉質(zhì)壤土為主，局部夾較多輕粉質(zhì)壤土，這3層土均為飽和松軟土。

第5層粉細(xì)砂（Q4al）：灰黃、灰、灰黑等色，夾砂壤土，局部夾有軟塑狀的輕粉質(zhì)壤土層，飽和，中密為主，局部稍密，屬中等壓縮性土層。該層于上下游引航道、上下閘首及閘室部位均有分布，但層位變化較大，下游位置頂板高，厚度大，向上游位置厚度較薄，直至尖滅，公路橋沿線局部地段該層缺失。該層粉細(xì)砂在三角洲引航道部位也埋藏較淺，約在地面下3~8m，相應(yīng)高程 25.6~ 21.3m，厚度約12m左右，層底高程約9.8m。

第6層主要由輕~重粉質(zhì)壤土構(gòu)成，局部夾砂壤土，灰色，飽和~很濕，屬中等壓縮性土層，于上、下游引航道、閘室段呈不連續(xù)分布。

第7層中~重粉質(zhì)壤土及粉質(zhì)粘土構(gòu)成，局部夾輕粉質(zhì)壤土、砂壤土、粉細(xì)砂或透鏡體，灰黃、黃、棕黃等色，很濕，可塑~硬塑，為Q3地層的老粘性土。

已揭露的5層細(xì)砂下臥層為6層粉質(zhì)壤土或7層中~重粉質(zhì)壤土或粉質(zhì)粘土，其中6層重粉質(zhì)壤土和7層中~重粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土的強(qiáng)度較高、透水性低，是深基礎(chǔ)較好持力層。

1.2 地下水位情況

工程區(qū)的地下水主要為第四系孔隙水，靠大氣降水和地表徑流以及潁河、泉河河水的補(bǔ)給，并向潁河排泄，潁河是地下水的最低排泄基準(zhǔn)面。砂層中的孔隙水具承壓性。其地下水類型分為潛水和承壓水兩種。潛水主要賦存在上部的2、3、4層中、輕粉質(zhì)壤土層中，承壓水存于5層粉細(xì)砂中，當(dāng)上部粉質(zhì)壤土蓋層完整時，則具承壓性，形成閘基主要承壓水層，其下伏的6、7層重粉質(zhì)壤土為相對隔水底板層。

根據(jù)鉆孔地下水位觀測資料，勘測期間閘址區(qū)上下游河水位高差約3m，同期潛水位高程約在 25.43~ 27.67m之間，上下游潛水位高差約2m左右。5層粉細(xì)砂的承壓水位高程一般為 26.33~ 28.76m，上下游承壓水位高差約2m左右。由于5層粉細(xì)砂在上游泉河及潁河下游河道中局部已出露導(dǎo)致承壓水受河水影響明顯，故該承壓水與潁河、泉河水有較強(qiáng)的水力聯(lián)系。承壓水水位與潛水水位相差約1m左右，砂層中承壓水頭一般約為 8.4~ 15.5m左右。

2 施工排水

2.1 經(jīng)常性基坑明排水

本工程經(jīng)常性排水主要排除基坑滲水、雨水、施工棄水等，均采用在基坑四周開挖排水明溝排水。明溝設(shè)計尺寸為0.2m×0.2m，溝底坡度1%，基坑四角開挖積水井（磚砌）1m×1m×1m。明溝排水設(shè)10臺QY-25潛水泵（流量15m3/h，揚(yáng)程25m，功率2.2kw），其中3臺備用。

2.2 土方工作面雨季排水

土方填筑過程中，要注意以下三點(diǎn)：第一，控制每個填筑工作面和泛水坡度；第二，統(tǒng)一規(guī)劃工作面，使每一工作面均與排水渠道相通；第三，下雨之后對填筑工作面的積水及時用人工進(jìn)行排除。本項(xiàng)目擬成立排水班，專門負(fù)責(zé)排水工作。

3 施工降水

3.1 施工降水總體布置

本工程閘室基坑降排水總體分三個階段實(shí)施：第一階段是20m高程以上土方開挖利用現(xiàn)有老閘室作為明排，并開挖壟溝形式降低土體潛水，同時考慮邊坡的穩(wěn)定和安全；第二階段20m高程下始打深井，以降低土體潛水及承壓水，提高下層土方開挖效率，同時為提高降水效果，采取自上而下分段分層開挖壟溝的方式輔助降水；第三階段是在基坑開挖結(jié)束后利用深井井點(diǎn)作為集水井，在基坑開挖的工作平臺處挖排水溝，采用明溝集水井排除集水和降低地下水，確保結(jié)構(gòu)施工在旱地進(jìn)行。

3.2 降水方案的選擇

本工程從上閘首至閘室再至下閘首依次開挖。根據(jù)工程地質(zhì)報告，工程潛水主要分布在地基上部的第2、3、4層中、輕粉質(zhì)壤土中，5層細(xì)砂層中含承壓水；基坑開挖底面高程為12.5～15.0m，基坑底部砂層頂面覆蓋層厚度為0～2.7m，下閘首處砂層已出露，為保證施工期間基坑滲透穩(wěn)定，根據(jù)滲透系數(shù)、砂層粒徑及降深要求，參照蚌埠船閘工程施工經(jīng)驗(yàn)，采用深井降水，土方開挖至26m高程時，在開挖邊坡2m寬的平臺上打深井，布置方式為井距15m，平均井深22m，在7m高程設(shè)置水位自動控制儀，在閘室及閘首兩側(cè)（距離約40m）布置32口降水深井，在上、下閘首兩端間距10m各布置2口井，閘室及閘首共布置36口井。

3.3 深井驗(yàn)算

根據(jù)基坑（以閘室及上、下閘首為例）平面計算假想半徑x0為：

4 降水井施工

4.1 施工程序

井位放樣→做井口、安護(hù)筒→鉆機(jī)就位、鉆孔→回填井底砂墊層→吊放井管→回填管壁與孔壁間的過濾層→安裝抽水控制電路→試抽→降水井正常工作。

4.2 鉆探成孔

采用XY-3B型鉆探設(shè)備鉆探成孔?？讖桨丛O(shè)計要求選用直徑800mm三葉或四錐形鉆頭，一次成孔。配套水泵為BWT450/12泥漿泵，最大工作壓力不低于1.2MPa，輸漿量不低于5L/S，可鉆性控制在2.5~4m/h，在粘土層可自造漿，進(jìn)入砂性土層采用泥漿池合格泥漿。嚴(yán)格控制泥漿比重1.1至1.2，泥漿粘度18~20s，含砂量小于5.0%，一般自鉆孔流出的比重在1.2~1.3，經(jīng)高位池沉淀濾后入低位池，經(jīng)檢測合格方可泵送到鉆孔循環(huán)。

4.3 深井系統(tǒng)設(shè)備

井管：采用混凝土井管，井管內(nèi)徑φ600mm，管壁厚度50mm，其下部為1.0m的沉淀管，上部為無砂混凝土濾管。

水泵：每口深井內(nèi)配置1臺150QJ20-26/4型深井泵，同時配備5臺備用。

4.4 吊放井管、濾料回填及粘土止水

為保持鉆孔與井管同心，井外壁綁扎導(dǎo)向木塊，鉆架不移動，用原鉆架吊裝混凝土管，在復(fù)量孔底高程無誤后，填寫記錄。底端先配置一節(jié)混凝土盲管，用硬木托盤用鋼絲繩攬吊，徐徐下落孔內(nèi)，直至預(yù)定深度。盲管上接濾管，對好企口，外壁包一層60目尼龍濾布，兩管接頭200mm，用無紡布包扎，其外再用3~4根毛竹片豎向固定，用10#鍍鋅鐵絲箍緊，管外用導(dǎo)管法回填中粗砂。

4.5 洗孔、抽水

井管安裝好后，應(yīng)立即進(jìn)行洗孔，不可拖延。洗井后，出水量達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，即開始正式抽水，并且通過觀測孔測記地下水位。邊成井邊測量邊分析邊改進(jìn)邊加井，直到基坑水位降到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)水位。此外還要定期監(jiān)測出水的渾濁度，長期出水不清，應(yīng)作預(yù)處理。

管井柱狀結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 管井柱狀結(jié)構(gòu)圖

5 封井

本工程在施工完成以后，并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)，開始有序地停抽封井，確保質(zhì)量，不留隱患。封井從靠近上閘首處向下游方向開始逐個進(jìn)行，為了保證封堵安全，在拆封前先用砂礫回填至高程19.5m，上部0.5m填粘土夯實(shí)。

6 結(jié)語

由于本工程位置在淮河流域，根據(jù)地質(zhì)資料可知，基礎(chǔ)部位有砂層，并在下閘首砂層已暴露。砂層滲透系數(shù)大，總涌水量大。工程位置地下水位高，需要降低的地下水位深。上下閘首與閘室軸線方向距離為221m，垂直軸線方向?yàn)?6m，降水范圍大，施工現(xiàn)場在開挖工作面以下，采用深井降水具有井距大，降水范圍廣，受施工現(xiàn)場影響少的優(yōu)點(diǎn)。并在設(shè)計時考慮在上、下閘首處各設(shè)置兩口井對基坑做為封口井，使閘室及上下閘首形成一個群井效應(yīng)，以達(dá)到良好的降水效果。

運(yùn)行成本低，設(shè)計時在每口深井安裝自動控制系統(tǒng)，目的是當(dāng)水位降到指定的高程時，水泵自動停止運(yùn)行，當(dāng)水位超出指定的高程時，水泵自動運(yùn)行，以保證地下水位保持在控制范圍內(nèi)，達(dá)到降水目的。減少人員維護(hù)工作量、避免水泵長時間空載運(yùn)行以保護(hù)水泵的良好性。

本工程采用深井降水，具有排水量大、降水深的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過計算，能確保工程降水的一次性成功