江都船閘封堵工程關(guān)鍵技術(shù)研究

徐 兵

（揚(yáng)州市航道管理處 揚(yáng)州 225003）

1 工程概況

江都船閘位于江蘇省揚(yáng)州市江都城區(qū)北側(cè)，溝通高水河和老通揚(yáng)運(yùn)河，始建于1952年，閘首及閘室凈寬10m、長95m，門檻水深2.5m，閘門采用橫拉門。歷史上曾是里下河、里運(yùn)河地區(qū)通長江及京杭大運(yùn)河的重要口門，對江都及周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出過重要貢獻(xiàn)。經(jīng)過50多年運(yùn)行，船閘歷經(jīng)多次加固和改造，但未能從根本上消除安全隱患，加上省干線航道網(wǎng)的調(diào)整，江都船閘運(yùn)量日漸萎縮，經(jīng)批準(zhǔn)于2009年5月開始停航。

江都船閘上閘首位于高水河右側(cè)堤身，處于南水北調(diào)東線源頭的主要輸水河道，其結(jié)構(gòu)安全性直接影響到南水北調(diào)調(diào)水功能的發(fā)揮和江都區(qū)數(shù)十萬人民的生命財產(chǎn)安全。2013年江都船閘封堵工程列入南水北調(diào)東線一期江都泵站改造工程中，實(shí)施封堵。

江都船閘封堵工程主要項目有：①上、下閘首鋼筋混凝土擋土墻封堵；②上閘首兩側(cè)堤防加固處理采用高壓旋噴防滲處理；③閘室土方回填至高程7.0m與地面齊平；④船閘機(jī)電設(shè)備拆除、閘室高程7.0m以上上部結(jié)構(gòu)拆除等。

工程的關(guān)鍵技術(shù)包括主要建筑物的安全復(fù)核、上閘首兩側(cè)防滲處理、堤防土方填筑等，并針對以上情況進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)分析和研究。

2 地質(zhì)水文分析

2.1 地質(zhì)情況

江都船閘附近的土層分布自上而下描述為：

A層。黃灰、褐黃雜灰色粉質(zhì)粘土，屬人工堆土，該層厚0.8～8.0m。

1層。棕黃夾少量灰色、褐黃色粉質(zhì)粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，場地普遍分布，層厚3.4～10.5m。

21層。黃、棕黃夾少量灰白色粉質(zhì)粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，偶含砂礓，場地普遍分布，層厚5.0～8.0m。

22層。棕黃、黃偶夾灰色重粉質(zhì)壤土，一般層厚1.0～4.3m。

31層?；尹S、黃夾灰白色粉質(zhì)粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，場地普遍分布，最大揭示厚度9m，未見底。

32層。黃夾灰白色重、中粉質(zhì)壤土，主要分布于船閘閘室和閘首部位，層厚1.2～2.l m。

4層。褐黃、黃夾灰白色粉質(zhì)粘土，場地普遍分布，一般層厚7.3～9.4m。

5層?；疑胤圪|(zhì)壤土、局部為粉質(zhì)粘土。場地普遍分布，未揭穿，最大揭示厚度3.2m。

2.2 水文情況

江都船閘地處濕潤的亞熱帶氣候區(qū)，該區(qū)年降水量為1 046.2mm。降水多集中在夏季，一般在6月中旬入梅。

2.3 特征水位

特征水位見表1。

表1 江都船閘特征水位表 m

2.4 地震

依據(jù)區(qū)劃圖［1］，場地地震動峰值加速度為0.15g，相應(yīng)的地震基本烈度為7度，地震動反應(yīng)譜特征周期0.35s，查規(guī)范［2］附錄A，設(shè)計地震分組為第一組，抗震設(shè)防烈度為7度。依據(jù)規(guī)范［3］，場地土類型為中硬場地土，覆蓋層厚度＞9 m。建筑場地類別為II類。

3 工程總體布置

根據(jù)原有建筑物及周邊地形，確定對上閘首口門、門庫采用現(xiàn)澆混凝土擋墻進(jìn)行封堵，墻頂高程10.5m，厚度1.8～2.15m。為避免上閘首兩側(cè)側(cè)向繞滲，兩側(cè)進(jìn)行高壓旋噴處理，防滲體厚度不小于35cm、墻體強(qiáng)度不小于1.50MPa，高壓旋噴頂高程10.5m，底高程與閘首底板下原防滲板樁底高程相同，為－9.1m。上閘首兩側(cè)堤防按一級堤防填筑，頂高程為10.5m，頂寬8m，迎水坡為現(xiàn)狀直立擋墻結(jié)構(gòu)，背水坡采用1：3接現(xiàn)狀地面。閘室內(nèi)堤防范圍外填至7.0m高程。下閘首臨近閘室側(cè)門檻處采用混凝土扶壁擋墻進(jìn)行封堵，墻頂高程8.5m，厚度1m。船閘閘門及啟閉機(jī)、助導(dǎo)航設(shè)施、地面以上閘室墻拆除，閘室填土至閘區(qū)地面。

4 主要建筑物安全復(fù)核

江都船閘兩側(cè)防洪堤為高水河堤防的一部分，按一級堤防進(jìn)行設(shè)計，上、下閘首按一級建筑物進(jìn)行復(fù)核。上、下閘首底板底高程－4.2m，座落于1層粉質(zhì)粘土，該層土固結(jié)快剪粘聚力c＝33kPa，內(nèi)摩擦角φ＝20°，地基綜合摩擦系數(shù)為0.35。堤防閘室填土后，上、下閘首抗滑、抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，見表2、表3。

表2 上閘首抗滑、抗傾穩(wěn)定計算成果表

表3 下閘首抗滑、抗傾穩(wěn)定計算成果表

根據(jù)《規(guī)范》［4］的規(guī)定，抗滑穩(wěn)定性分析采用瑞典圓弧法，對上閘首堤防填筑后進(jìn)行整體抗滑穩(wěn)定分析，應(yīng)用《土石壩邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)》（HH－Slope R1.0）進(jìn)行計算。通過計算可知（計算結(jié)果見圖1），最不利情形下水位驟降期堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)（min Fs）為1.81，大于1.15，滿足《規(guī)范》要求。

圖1 上閘首堤防整體抗滑穩(wěn)定計算

5 上閘首兩側(cè)防滲墻的質(zhì)量控制

南水北調(diào)東線工程正式實(shí)施后，上閘首將常年維持設(shè)計最高水位，上閘首兩側(cè)側(cè)向滲漏也就成為該段堤防的安全隱患。為解決該薄弱點(diǎn)，避免側(cè)向繞滲，上閘首兩側(cè)各15m范圍采用高壓旋噴的防滲處理，同時為完善旋噴防滲體與閘首的連接，在二者接觸部位增加一孔進(jìn)行高壓旋噴。防滲體厚度不小于35cm，高壓旋噴選用P·O 42.5級普通硅酸鹽水泥，墻體強(qiáng)度不小于1.50MPa，高壓旋噴頂高程10.5m，底高程與閘首底板下原防滲板樁底高程相同，為－9.1m。根據(jù)規(guī)范［5］要求進(jìn)行施工，防滲墻施工完成后，設(shè)測壓管進(jìn)行監(jiān)測。

5.1 施工工序

場地平整→試樁→測量控制→注漿控制→監(jiān)測。

5.2 試樁

根據(jù)現(xiàn)場條件，采用20A型鉆機(jī)，選點(diǎn)試樁，確定技術(shù)參數(shù)：①噴嘴型號2.0mm；②進(jìn)尺18 cm／min，提升速度15cm／min；③注漿壓力25～28 MPa；④注漿流量100L／min；⑤水灰比（質(zhì)量比）值1∶1，水泥摻入量15%；⑥成樁直徑40cm。

5.3 測量控制

運(yùn)用導(dǎo)線控制法，使用DJ2光學(xué)經(jīng)緯儀和鋼尺進(jìn)行主軸線放樣，確保樁位準(zhǔn)確性。鉆機(jī)就位必須在定位員的指揮下準(zhǔn)確對位，復(fù)核后，方可開鉆。同時，確保樁身垂直度：①鉆機(jī)開鉆前必須調(diào)平，以機(jī)架兩邊所吊線錘平行于機(jī)架為準(zhǔn)；②鉆進(jìn)過程中，鉆機(jī)出現(xiàn)下陷傾斜時，需及時調(diào)整。

5.4 注漿控制

（1）旋噴。高壓旋噴注漿，自下而上連續(xù)進(jìn)行，施工中出現(xiàn)停機(jī)故障時，修復(fù)后向下搭接不小于500mm的長度，保證固結(jié)體的整體性。

（2）復(fù)噴。針對水泥漿下沉現(xiàn)象（水泥漿液密度較大），采取自樁頂向下3.0m進(jìn)行復(fù)噴，復(fù)噴時全部噴漿，保證樁體上部固結(jié)體的直徑并提高固結(jié)體強(qiáng)度水泥土強(qiáng)度。

（3）水泥用量的控制。①若水泥量剩余時，適當(dāng)增加噴漿壓力，加大噴嘴直徑，減慢提升速度。②若水泥量不夠時，在保證樁徑的情況下適當(dāng)減少壓力，適當(dāng)減少噴嘴直徑；保證樁體強(qiáng)度的情況下適當(dāng)加快提升速度；加大水灰比值。

（4）冒漿處理。根據(jù)對冒漿情況的分析，及時了解土層狀況，判斷旋噴效果和斷定參數(shù)合理性等。一般冒漿（內(nèi)有土粒、水及漿液）量小于注漿量20%為正?，F(xiàn)象，超過20%或完全不冒漿時，應(yīng)查明原因及時采取相應(yīng)措施。

（5）固結(jié)體控形。本設(shè)計固結(jié)體形狀為圓柱形，在施工中采用邊提升邊旋轉(zhuǎn)注漿，考慮到深層部位的成型，在底部噴射時，加大噴射壓力，做重復(fù)旋噴，并降低噴嘴的旋轉(zhuǎn)提升速度，針對不同土層適當(dāng)調(diào)整壓力和噴嘴的旋轉(zhuǎn)提升速度，使固結(jié)體達(dá)到勻稱，保證樁徑差別不大。

5.5 監(jiān)測

為觀測新建堤防中防滲體系前后的水位及沉降情況，上閘首防滲墻前后共布置了5根滲透壓力觀測管，并在上閘首建筑物上布置了沉降和位移觀測點(diǎn)。觀測結(jié)果表明，建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防滲墻防滲效果良好。

6 堤防土方填筑的質(zhì)量控制

該段堤防屬一級，上閘首堤身回填土填筑的質(zhì)量也就至關(guān)重要。本工程堤防填筑工程量為2 779.6m3，按1∶3坡比回填，回填土要求外購粘土，堤防填筑壓實(shí)度為0.94。

6.1 清基處理

在回填前，對閘室底板進(jìn)行清基處理，去除雜物、淤泥，并嚴(yán)格檢查驗收。

6.2 碾壓試驗

由于施工現(xiàn)場場地狹窄，無可供碾壓試驗的場地，土方碾壓試驗放在土方開挖區(qū)進(jìn)行。經(jīng)取樣送檢，檢測單位進(jìn)行擊實(shí)試驗，回填土最大干容重1.61g／cm3，回填土壓實(shí)度≥0.94。

6.3 填筑控制

根據(jù)現(xiàn)場試驗結(jié)果，回填土采用機(jī)械回填與人工回填相結(jié)合的方法?；靥罘謱樱繉雍穸炔怀^30cm）進(jìn)行，均衡上升，上、下層錯縫距離不小于1m。先用挖掘機(jī)平整碾壓2遍，然后用農(nóng)用車重載碾壓3遍。每層壓實(shí)后，測定干容重，檢驗壓實(shí)系數(shù)，達(dá)到設(shè)計要求，驗收合格后，再填筑上層土。對于機(jī)械無法回填的狹窄部位及建筑物墻后2m范圍內(nèi)采取蛙式打夯機(jī)和人工回填夯實(shí)。土方回填時按設(shè)計要求預(yù)留沉降量。

6.4 雨季防范措施

施工正逢雨季，采取了以下措施：①及時掌握雨情預(yù)報，雨前及時壓實(shí)作業(yè)面，并做成中央凸起向兩側(cè)微傾。當(dāng)降小雨時，停止粘性土填筑。②粘性土填筑面在下雨時不準(zhǔn)行人踐踏。雨后恢復(fù)施工，填筑面應(yīng)經(jīng)晾曬、復(fù)壓處理，必要時對表層再次進(jìn)行清理，質(zhì)檢合格后復(fù)工。

7 實(shí)施效果

南水北調(diào)東線第一期工程江都泵站改造工程中，江都船閘改建方案的概算為1 371萬元，改用封堵方案后，批復(fù)工程經(jīng)費(fèi)為449.52萬元，節(jié)約了921.48萬元。工程2013年4月1日開工，2013年7月20日全部完工，縮短了施工工期，保證了南水北調(diào)東線一期工程順利驗收。工程實(shí)施以來，建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防滲墻防滲效果良好。

8 結(jié)語

江都船閘封堵工程采用不拆除原有廢棄建筑物，進(jìn)行永久性封堵的方法，可以節(jié)約投資，縮短工期。在相類似的堤防工程中可以借鑒推廣。在封堵方案設(shè)計中應(yīng)對主要建筑物的抗滑、抗傾和整體抗滑穩(wěn)定進(jìn)行安全復(fù)核。在施工中，應(yīng)將原建筑物側(cè)向防滲處理、堤防土方填筑、新舊混凝土結(jié)合部處理等作為控制重點(diǎn)。

［1］ GB18306－2001中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

［2］ GB50011－2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［3］ DL5073－2000水工建筑物抗震設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國電力出版社，2000.

［4］ GB50286－2013堤防工程設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2013.

［5］ DL／T 5200－2004水電水利工程高壓噴射灌漿技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國電力出版社，2005.