阜阳船闸上下闸首及闸室降水设计研究

杨晓峰

（安徽水利开发股份有限公司 蚌埠 233000）

阜阳船闸上下闸首及闸室降水设计研究

杨晓峰

（安徽水利开发股份有限公司 蚌埠 233000）

目前在淮河流域施工中，地下地质多为砂层，且砂层与外河相通，具有地下水位高、地下水丰富的特点；在结构物施工中，降水方案的选择及降水效果直接影响工程的顺利进行。所以合理地选择降水方案尤为重要。

砂基 降水 深井 计算 施工后效果

1 工程概况

1.1 工程地质条件

阜阳船闸位于颍河河漫滩及河心洲高漫滩之上，属淮北冲积平原。颍河自北向南流经阜阳河心洲，地势较平坦，但略有起伏。地面高程一般为 28.5~ 31.0m，河底高程约20.7m。三角洲导航段位于颍河与泉河交汇地带的堤外滩地，原来地势低洼，并分布有原颍河老河道，后被冲填至现状，地面高程一般为 27.2~ 29.6m，中部分布有一条长约400m已废弃的颍河右堤，堤顶高程约 31.3~ 31.8m。

本工程区地层属华北地层区华北平原地层分区阜阳小区，其地层浅部除人工填土外主要为第四系全新（Q4）及上更新统（Q3）河湖相冲、淤积层，呈明显的多层结构。土性主要为轻粉质壤土、重~中粉质壤土夹薄层砂壤土、轻粉质壤土或呈互层状，粉细砂、砂壤土或间夹轻粉质壤土层，并局部含有砂礓。

根据地质勘察成果，新建船闸区的土层自上而下为：

第1层：人工填土（Q4al），以素填土为主，主要成分为中、轻粉质壤土夹砂壤土及少量重粉质壤土，灰黄~黄色，稍湿~湿，硬塑~可塑，具中等压缩性；局部为杂填土，以碎砖石、炉渣灰等垃圾为主，夹少量壤土，土性杂且不均，结构松散。

第 2 层：轻粉质壤土（Q4al），黄、灰黄色，夹砂壤土、少量粉细砂，局部夹中~重粉质壤土层，软塑~可塑，很湿~饱和，属中等压缩性土层。

第3层夹轻粉质壤土（Q4al）：中粉质壤土为主，夹轻粉质壤土、砂壤土及少量小砂疆，局部地段以重粉质壤土为主，黄、灰黄等色，很湿~饱和，软塑为主，局部流塑、可塑，夹含粉砂性土透镜体，土性与强度的均一性差，中~高压缩性土。右岸在公路桥沿线夹有灰黑色重粉质壤土层，很湿，可塑，中等压缩性。该层在三角洲引航道部位，上部为灰色淤泥粉质壤土，饱和。流塑，高压缩性，厚度约6m左右，埋藏在地面下2~8m处。

第4层轻粉质壤土（Q4al）：局部夹砂壤和细砂，软塑~可塑，很湿~饱和，属中等压缩性土层。

闸基及导航墙、引航道、靠船建筑物、公路桥以及三角洲引航道的浅部地基地层均为第3~4层粉质壤土，其中第2、第4层地基土以轻粉质壤土为主，第3层以中粉质壤土为主，局部夹较多轻粉质壤土，这3层土均为饱和松软土。

第5层粉细砂（Q4al）：灰黄、灰、灰黑等色，夹砂壤土，局部夹有软塑状的轻粉质壤土层，饱和，中密为主，局部稍密，属中等压缩性土层。该层于上下游引航道、上下闸首及闸室部位均有分布，但层位变化较大，下游位置顶板高，厚度大，向上游位置厚度较薄，直至尖灭，公路桥沿线局部地段该层缺失。该层粉细砂在三角洲引航道部位也埋藏较浅，约在地面下3~8m，相应高程 25.6~ 21.3m，厚度约12m左右，层底高程约9.8m。

第6层主要由轻~重粉质壤土构成，局部夹砂壤土，灰色，饱和~很湿，属中等压缩性土层，于上、下游引航道、闸室段呈不连续分布。

第7层中~重粉质壤土及粉质粘土构成，局部夹轻粉质壤土、砂壤土、粉细砂或透镜体，灰黄、黄、棕黄等色，很湿，可塑~硬塑，为Q3地层的老粘性土。

已揭露的5层细砂下卧层为6层粉质壤土或7层中~重粉质壤土或粉质粘土，其中6层重粉质壤土和7层中~重粉质壤土、粉质粘土的强度较高、透水性低，是深基础较好持力层。

1.2 地下水位情况

工程区的地下水主要为第四系孔隙水，靠大气降水和地表径流以及颍河、泉河河水的补给，并向颍河排泄，颍河是地下水的最低排泄基准面。砂层中的孔隙水具承压性。其地下水类型分为潜水和承压水两种。潜水主要赋存在上部的2、3、4层中、轻粉质壤土层中，承压水存于5层粉细砂中，当上部粉质壤土盖层完整时，则具承压性，形成闸基主要承压水层，其下伏的6、7层重粉质壤土为相对隔水底板层。

根据钻孔地下水位观测资料，勘测期间闸址区上下游河水位高差约3m，同期潜水位高程约在 25.43~ 27.67m之间，上下游潜水位高差约2m左右。5层粉细砂的承压水位高程一般为 26.33~ 28.76m，上下游承压水位高差约2m左右。由于5层粉细砂在上游泉河及颍河下游河道中局部已出露导致承压水受河水影响明显，故该承压水与颍河、泉河水有较强的水力联系。承压水水位与潜水水位相差约1m左右，砂层中承压水头一般约为 8.4~ 15.5m左右。

2 施工排水

2.1 经常性基坑明排水

本工程经常性排水主要排除基坑渗水、雨水、施工弃水等，均采用在基坑四周开挖排水明沟排水。明沟设计尺寸为0.2m×0.2m，沟底坡度1%，基坑四角开挖积水井（砖砌）1m×1m×1m。明沟排水设10台QY-25潜水泵（流量15m3/h，扬程25m，功率2.2kw），其中3台备用。

2.2 土方工作面雨季排水

土方填筑过程中，要注意以下三点：第一，控制每个填筑工作面和泛水坡度；第二，统一规划工作面，使每一工作面均与排水渠道相通；第三，下雨之后对填筑工作面的积水及时用人工进行排除。本项目拟成立排水班，专门负责排水工作。

3 施工降水

3.1 施工降水总体布置

本工程闸室基坑降排水总体分三个阶段实施：第一阶段是20m高程以上土方开挖利用现有老闸室作为明排，并开挖垄沟形式降低土体潜水，同时考虑边坡的稳定和安全；第二阶段20m高程下始打深井，以降低土体潜水及承压水，提高下层土方开挖效率，同时为提高降水效果，采取自上而下分段分层开挖垄沟的方式辅助降水；第三阶段是在基坑开挖结束后利用深井井点作为集水井，在基坑开挖的工作平台处挖排水沟，采用明沟集水井排除集水和降低地下水，确保结构施工在旱地进行。

3.2 降水方案的选择

本工程从上闸首至闸室再至下闸首依次开挖。根据工程地质报告，工程潜水主要分布在地基上部的第2、3、4层中、轻粉质壤土中，5层细砂层中含承压水；基坑开挖底面高程为12.5～15.0m，基坑底部砂层顶面覆盖层厚度为0～2.7m，下闸首处砂层已出露，为保证施工期间基坑渗透稳定，根据渗透系数、砂层粒径及降深要求，参照蚌埠船闸工程施工经验，采用深井降水，土方开挖至26m高程时，在开挖边坡2m宽的平台上打深井，布置方式为井距15m，平均井深22m，在7m高程设置水位自动控制仪，在闸室及闸首两侧（距离约40m）布置32口降水深井，在上、下闸首两端间距10m各布置2口井，闸室及闸首共布置36口井。

3.3 深井验算

根据基坑（以闸室及上、下闸首为例）平面计算假想半径x0为：

4 降水井施工

4.1 施工程序

井位放样→做井口、安护筒→钻机就位、钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填管壁与孔壁间的过滤层→安装抽水控制电路→试抽→降水井正常工作。

4.2 钻探成孔

采用XY-3B型钻探设备钻探成孔。孔径按设计要求选用直径800mm三叶或四锥形钻头，一次成孔。配套水泵为BWT450/12泥浆泵，最大工作压力不低于1.2MPa，输浆量不低于5L/S，可钻性控制在2.5~4m/h，在粘土层可自造浆，进入砂性土层采用泥浆池合格泥浆。严格控制泥浆比重1.1至1.2，泥浆粘度18~20s，含砂量小于5.0%，一般自钻孔流出的比重在1.2~1.3，经高位池沉淀滤后入低位池，经检测合格方可泵送到钻孔循环。

4.3 深井系统设备

井管：采用混凝土井管，井管内径φ600mm，管壁厚度50mm，其下部为1.0m的沉淀管，上部为无砂混凝土滤管。

水泵：每口深井内配置1台150QJ20-26/4型深井泵，同时配备5台备用。

4.4 吊放井管、滤料回填及粘土止水

为保持钻孔与井管同心，井外壁绑扎导向木块，钻架不移动，用原钻架吊装混凝土管，在复量孔底高程无误后，填写记录。底端先配置一节混凝土盲管，用硬木托盘用钢丝绳揽吊，徐徐下落孔内，直至预定深度。盲管上接滤管，对好企口，外壁包一层60目尼龙滤布，两管接头200mm，用无纺布包扎，其外再用3~4根毛竹片竖向固定，用10#镀锌铁丝箍紧，管外用导管法回填中粗砂。

4.5 洗孔、抽水

井管安装好后，应立即进行洗孔，不可拖延。洗井后，出水量达到设计标准，即开始正式抽水，并且通过观测孔测记地下水位。边成井边测量边分析边改进边加井，直到基坑水位降到设计标准水位。此外还要定期监测出水的浑浊度，长期出水不清，应作预处理。

管井柱状结构图见图1。

图1 管井柱状结构图

5 封井

本工程在施工完成以后，并经监理工程师批准，开始有序地停抽封井，确保质量，不留隐患。封井从靠近上闸首处向下游方向开始逐个进行，为了保证封堵安全，在拆封前先用砂砾回填至高程19.5m，上部0.5m填粘土夯实。

6 结语

由于本工程位置在淮河流域，根据地质资料可知，基础部位有砂层，并在下闸首砂层已暴露。砂层渗透系数大，总涌水量大。工程位置地下水位高，需要降低的地下水位深。上下闸首与闸室轴线方向距离为221m，垂直轴线方向为26m，降水范围大，施工现场在开挖工作面以下，采用深井降水具有井距大，降水范围广，受施工现场影响少的优点。并在设计时考虑在上、下闸首处各设置两口井对基坑做为封口井，使闸室及上下闸首形成一个群井效应，以达到良好的降水效果。

运行成本低，设计时在每口深井安装自动控制系统，目的是当水位降到指定的高程时，水泵自动停止运行，当水位超出指定的高程时，水泵自动运行，以保证地下水位保持在控制范围内，达到降水目的。减少人员维护工作量、避免水泵长时间空载运行以保护水泵的良好性。

本工程采用深井降水，具有排水量大、降水深的优点。经过计算，能确保工程降水的一次性成功