自由調(diào)節(jié)式退水井在淮河干流蚌浮段治理工程圍堰退水設(shè)施中的應(yīng)用

唐柱閂

一、工程概況

淮河干流蚌埠（吳家渡）至浮山段河道全長94km，位于淮干中游的下段，蚌埠吳家渡水文站控制流域面積12萬km2。水利部淮委以淮委規(guī)計〔2004〕693號文《關(guān)于淮河干流蚌埠至浮山段治理工程（方邱湖孫咀和趙拐堤防退建、方邱湖進口至臨北段進口河道疏浚、姚灣護岸工程）初步設(shè)計的批復(fù)》批準(zhǔn)該設(shè)計。淮干蚌浮段治理施工過程中綜合考慮淮干大堤的安全性、重要性，切實保障該工程6＃-3圍堰施工期退水設(shè)施的正常安全運行，對該圍堰的退水設(shè)施進行全面的方案設(shè)計和施工布置，圍堰退水設(shè)施的核心部分采用了自行研制的自由調(diào)節(jié)圍堰水位的鋼筋混凝土式退水井。

二、退水設(shè)施的布置

根據(jù)現(xiàn)場查勘，結(jié)合主體工程土方的分配和船型安排情況，經(jīng)過綜合比較分析，擬定6＃-3圍堰的退水設(shè)施布置在對應(yīng)河道樁號115+831的右岸淮干大提上。該處圍堰內(nèi)現(xiàn)狀地面高程為17.5m，河道引水面灘地高程為16.6～17.0m，寬約180m。工程退水設(shè)施由退水井、退水管、一級跌水消能（消力坎）、退水明渠和二級跌水消能等主要結(jié)構(gòu)組成。

三、退水設(shè)施的設(shè)計分析

1.退水井設(shè)施的設(shè)計分析

（1）退水井選型

退水井是整個退水系統(tǒng)的核心部分，是整個退水系統(tǒng)能否正常安全運行、回水泥漿濃度能否得到有效控制的關(guān)鍵。在總結(jié)多年施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，針對圍堰容量適中、回水流量大、施工周期較長等特點，施工單位自行研制出了可自由調(diào)節(jié)圍堰水位的鋼筋混凝土式退水井。該井的運行機理視圍堰內(nèi)泥面堆積高度，通過增減口門周邊的擋水板調(diào)節(jié)水位，水流則從擋水板頂部溢流至退水口內(nèi)，經(jīng)退水管、消力坎、退水渠和出水鋼管排至河道。

（2）退水井組成結(jié)構(gòu)

1）井身結(jié)構(gòu)

①采用鋼筋混凝土構(gòu)筑基座。

②4根鋼筋混凝土立柱。每根立柱均與基座澆筑成一體，立柱兩側(cè)均留有凹型槽。

③12根預(yù)制鋼筋混凝土橫擋，置于相鄰立柱的中間和頂端，用于增加立柱的側(cè)壓力。

④若干不同規(guī)格的木板，用于插入相鄰立柱的凹槽中，以調(diào)整余水的排出流量。

⑤制作一塊一定規(guī)格和大小的鋼質(zhì)連接板，其間適當(dāng)部位留有與排水管直徑一致的圓孔。連接板左右兩側(cè)分別與兩個立柱連接，下端與基座連接，上端加裝一定規(guī)格的角鋼后，用于加裝木板。

⑥為配合封堵鋼板對可能的倒灌水流的進一步封堵，在退水井井底放置適量的袋裝土和塊石（該設(shè)施僅在必要時使用）。

2）主要設(shè)計尺寸

①退水井應(yīng)布置距堤腳10m以外的地方，且對靠近退水井一側(cè)的大堤應(yīng)護坡，以加大堤身斷面，提高該段大堤的安全性。

②井底高程17.5m，井頂高程22.5m。

③底板正方形、每邊凈寬4.5m、厚度0.6m。

④立柱為正方形，每邊寬0.6m。

⑤退水井單邊寬度1.8m。

⑥進水方式為四面溢流，設(shè)計溢流高度0.3m。

⑦可調(diào)節(jié)最小水位差0.1m。

⑧構(gòu)造形式為框架式結(jié)構(gòu)，井架立柱及橫撐部位內(nèi)配鋼筋，橫撐為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為0.3m×0.3m×1.8m。立柱尺寸為0.6m×0.6m，內(nèi)設(shè)擋板門槽。

⑨適用范圍：3m≤大堤凈高h(yuǎn)≤10m。

2.退水鋼管設(shè)計分析

（1）退水管徑分析

工程將投入2艘JX3100絞吸式挖泥船進場施工，兩艘挖泥船設(shè)計清水流量均為5000m3/h，出泥量為清水流量的10%，實際出水量應(yīng)為排水流量乘以0.9的系數(shù)。同時，挖泥船作業(yè)一般有效施工時間為每天18h，退水流量系數(shù)應(yīng)為18/24=0.75。

1）排水流量確定

根據(jù)以上分析，兩條挖泥船實際排水流量應(yīng)為：

2）計算堰寬（退水井進水口處采用退水薄壁堰式）

退水井退水口通過增減擋水板控制退水水位和泄流量，泄水經(jīng)過擋水板時，形成薄壁堰流，泄水能力計算公式采用：

Q泄=ξ×m×B×（2g）1/2×H3/2其中，Q泄—通過泄水口排出的流量（m3/s）；

ξ—側(cè)向收縮系數(shù)，一般取0.96；

m—流量系數(shù)，薄壁堰一般取0.42；

B—堰寬（m）；

g—重力加速度9.8m/s2；

H—堰頂水頭m，取0.3m。

要滿足Q泄=Q排，則堰寬B=Q泄÷[ξ×m×（2g）1/2×H3/2]=6.4m，則單邊井寬為L=6.4÷4=1.6m，取1.8m。

3）退水鋼管管徑計算

退水涵管與退水井砌筑為一體，總長55m，上口高程設(shè)為17.8m，下口高程設(shè)為 17.0m，則坡降 i=（17.8-17.0）÷55=1.45%，計算公式為：

其中，Q管泄—數(shù)值等于圍堰設(shè)計排泄流量，即為 1.875（m3/s）；

m—管道流量系數(shù)，一般取0.86；

ω—管道進口斷面面積（m2），取管道斷面積為ω=1/4×π×d2；

g—重力加速度9.8m/s2；

H—水頭0.8m；

i—管道坡降，為1.45%；

n—收縮系數(shù)，一般取0.85；

l—管道長度，為55m。

Q管泄=m×ω×[2g（H+il-nd）]1/2=m×1/4×π×d2×[2g（H+il-nd）]1/2=1.875，經(jīng)過試算，d=0.8m，考慮到管道進口端水流條件差，取管道直徑D=1.0m。

（2）退水鋼管結(jié)構(gòu)

1） 1000mm的排水管若干節(jié)，主要埋于淮干大堤堤身內(nèi)，其中進水端高程為17.8m，與鋼質(zhì)連接板緊固，出水端高程為17.0m。

2）止水3道，置于排水管大堤堤身段的適當(dāng)位置，用于阻止水通過管壁流動，導(dǎo)致堰身坍塌等險情發(fā)生。

3）一塊封堵鋼板，當(dāng)水位達到一定高度時，啟用該設(shè)施封堵排水管的出水口，避免水倒流至圍堰。在水位低于內(nèi)水位時段，圍堰內(nèi)的積水即退水井自排，在水位高于內(nèi)水時段，涵管出口設(shè)封堵悶頭進行控制，防止堰外水倒灌而影響工程進度。

四、退水設(shè)施的施工

1.退水井井體施工步驟

（1）在擬建退水井基座處，按照設(shè)計圖紙開挖一定尺寸的地基。

（2）在夯實、鋪平地基并定好尺寸后，澆筑鋼筋混凝土基礎(chǔ)。

（3）澆筑鋼筋混凝土立柱，并適時架接橫擋、密實鋼質(zhì)連接板等。

2.退水鋼管施工技術(shù)要求

（1）退水管安設(shè)

1）挖槽底寬為2.0m，退水管進水口底高程17.8m，出水口的底高程17.0m。

2）平整挖槽地基。

3）按照排泥主管線的施工工藝架接排水管，并將鋼質(zhì)連接板與排水管的進水口緊密。

（2）止水處理

在堤身段退水管適當(dāng)位置埋設(shè)3道止水。先在三面開挖0.5m深的凹槽，再將一足夠大的薄膜沿退水管周邊扎緊，并將薄膜三邊伸入凹槽，薄膜兩側(cè)用松軟泥土堆好。

（3）土方填筑

1）根據(jù)填筑部位的不同，采用不同的壓實方法，對局部壓實不到的采用人工配合機械夯實，確保回填土方達到設(shè)計要求。圍堰填筑要求壓實度不低于0.92。

2）土方填筑，應(yīng)采用接近最優(yōu)含水量的土料，且土料的含水量應(yīng)控制在最優(yōu)含水量的范圍內(nèi)，如果超出，應(yīng)采取措施，如翻曬等，使含水量滿足要求后，再進行填筑。

3）分段填筑時，各土層之間應(yīng)設(shè)立標(biāo)志，以防漏壓、欠壓和過壓，上、下層分段位置應(yīng)錯開。

4）必須嚴(yán)格控制鋪土厚度及土塊粒徑。機械壓實嚴(yán)格控制每層不超過30cm，土塊粒徑不大于8cm；每層壓實后經(jīng)監(jiān)理人驗收合格后方可鋪筑上層土料。

5）由于天氣、施工等原因停工的回填工作面應(yīng)加以保護，復(fù)工時必須仔細(xì)清理，經(jīng)監(jiān)理人驗收合格后，方準(zhǔn)填土，并記錄審查。如填土出現(xiàn)“彈簧”、層間光面、層間中空，松土層或剪力破壞現(xiàn)象時，應(yīng)根據(jù)情況認(rèn)真處理，并經(jīng)監(jiān)理人驗收合格后，方可進行下一道工序。

6）雨前碾壓應(yīng)注意保持填筑面平整，以防雨水下滲和避免積水。下雨或雨后不允許踐踏建筑面，雨后填筑面應(yīng)晾曬或處理，并經(jīng)監(jiān)理人檢驗合格后方可繼續(xù)施工。

7）土方填筑時，無論采用人工夯實還是機械碾壓，除應(yīng)滿足本節(jié)條款外，還必須符合《堤防工程施工規(guī)范》（SL260—98）中的有關(guān)要求。

五、結(jié)語

工程的圍堰退水系統(tǒng)安全是施工中的重點內(nèi)容，貫穿施工全過程。退水井施工又是退水設(shè)施的核心部分，關(guān)系到圍堰退水系統(tǒng)工程建設(shè)的成敗。自行研制的自由調(diào)節(jié)圍堰水位的鋼筋混凝土式退水井在本工程的成功應(yīng)用，確保了整個工程運行安全、高效、低耗■