自由调节式退水井在淮河干流蚌浮段治理工程围堰退水设施中的应用

唐柱闩

一、工程概况

淮河干流蚌埠（吴家渡）至浮山段河道全长94km，位于淮干中游的下段，蚌埠吴家渡水文站控制流域面积12万km2。水利部淮委以淮委规计〔2004〕693号文《关于淮河干流蚌埠至浮山段治理工程（方邱湖孙咀和赵拐堤防退建、方邱湖进口至临北段进口河道疏浚、姚湾护岸工程）初步设计的批复》批准该设计。淮干蚌浮段治理施工过程中综合考虑淮干大堤的安全性、重要性，切实保障该工程6＃-3围堰施工期退水设施的正常安全运行，对该围堰的退水设施进行全面的方案设计和施工布置，围堰退水设施的核心部分采用了自行研制的自由调节围堰水位的钢筋混凝土式退水井。

二、退水设施的布置

根据现场查勘，结合主体工程土方的分配和船型安排情况，经过综合比较分析，拟定6＃-3围堰的退水设施布置在对应河道桩号115+831的右岸淮干大提上。该处围堰内现状地面高程为17.5m，河道引水面滩地高程为16.6～17.0m，宽约180m。工程退水设施由退水井、退水管、一级跌水消能（消力坎）、退水明渠和二级跌水消能等主要结构组成。

三、退水设施的设计分析

1.退水井设施的设计分析

（1）退水井选型

退水井是整个退水系统的核心部分，是整个退水系统能否正常安全运行、回水泥浆浓度能否得到有效控制的关键。在总结多年施工经验的基础上，针对围堰容量适中、回水流量大、施工周期较长等特点，施工单位自行研制出了可自由调节围堰水位的钢筋混凝土式退水井。该井的运行机理视围堰内泥面堆积高度，通过增减口门周边的挡水板调节水位，水流则从挡水板顶部溢流至退水口内，经退水管、消力坎、退水渠和出水钢管排至河道。

（2）退水井组成结构

1）井身结构

①采用钢筋混凝土构筑基座。

②4根钢筋混凝土立柱。每根立柱均与基座浇筑成一体，立柱两侧均留有凹型槽。

③12根预制钢筋混凝土横挡，置于相邻立柱的中间和顶端，用于增加立柱的侧压力。

④若干不同规格的木板，用于插入相邻立柱的凹槽中，以调整余水的排出流量。

⑤制作一块一定规格和大小的钢质连接板，其间适当部位留有与排水管直径一致的圆孔。连接板左右两侧分别与两个立柱连接，下端与基座连接，上端加装一定规格的角钢后，用于加装木板。

⑥为配合封堵钢板对可能的倒灌水流的进一步封堵，在退水井井底放置适量的袋装土和块石（该设施仅在必要时使用）。

2）主要设计尺寸

①退水井应布置距堤脚10m以外的地方，且对靠近退水井一侧的大堤应护坡，以加大堤身断面，提高该段大堤的安全性。

②井底高程17.5m，井顶高程22.5m。

③底板正方形、每边净宽4.5m、厚度0.6m。

④立柱为正方形，每边宽0.6m。

⑤退水井单边宽度1.8m。

⑥进水方式为四面溢流，设计溢流高度0.3m。

⑦可调节最小水位差0.1m。

⑧构造形式为框架式结构，井架立柱及横撑部位内配钢筋，横撑为钢筋混凝土结构，尺寸为0.3m×0.3m×1.8m。立柱尺寸为0.6m×0.6m，内设挡板门槽。

⑨适用范围：3m≤大堤净高h≤10m。

2.退水钢管设计分析

（1）退水管径分析

工程将投入2艘JX3100绞吸式挖泥船进场施工，两艘挖泥船设计清水流量均为5000m3/h，出泥量为清水流量的10%，实际出水量应为排水流量乘以0.9的系数。同时，挖泥船作业一般有效施工时间为每天18h，退水流量系数应为18/24=0.75。

1）排水流量确定

根据以上分析，两条挖泥船实际排水流量应为：

2）计算堰宽（退水井进水口处采用退水薄壁堰式）

退水井退水口通过增减挡水板控制退水水位和泄流量，泄水经过挡水板时，形成薄壁堰流，泄水能力计算公式采用：

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

ξ—侧向收缩系数，一般取0.96；

m—流量系数，薄壁堰一般取0.42；

B—堰宽（m）；

g—重力加速度9.8m/s2；

H—堰顶水头m，取0.3m。

要满足Q泄=Q排，则堰宽B=Q泄÷[ξ×m×（2g）1/2×H3/2]=6.4m，则单边井宽为L=6.4÷4=1.6m，取1.8m。

3）退水钢管管径计算

退水涵管与退水井砌筑为一体，总长55m，上口高程设为17.8m，下口高程设为 17.0m，则坡降 i=（17.8-17.0）÷55=1.45%，计算公式为：

其中，Q管泄—数值等于围堰设计排泄流量，即为 1.875（m3/s）；

m—管道流量系数，一般取0.86；

ω—管道进口断面面积（m2），取管道断面积为ω=1/4×π×d2；

g—重力加速度9.8m/s2；

H—水头0.8m；

i—管道坡降，为1.45%；

n—收缩系数，一般取0.85；

l—管道长度，为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，经过试算，d=0.8m，考虑到管道进口端水流条件差，取管道直径D=1.0m。

（2）退水钢管结构

1） 1000mm的排水管若干节，主要埋于淮干大堤堤身内，其中进水端高程为17.8m，与钢质连接板紧固，出水端高程为17.0m。

2）止水3道，置于排水管大堤堤身段的适当位置，用于阻止水通过管壁流动，导致堰身坍塌等险情发生。

3）一块封堵钢板，当水位达到一定高度时，启用该设施封堵排水管的出水口，避免水倒流至围堰。在水位低于内水位时段，围堰内的积水即退水井自排，在水位高于内水时段，涵管出口设封堵闷头进行控制，防止堰外水倒灌而影响工程进度。

四、退水设施的施工

1.退水井井体施工步骤

（1）在拟建退水井基座处，按照设计图纸开挖一定尺寸的地基。

（2）在夯实、铺平地基并定好尺寸后，浇筑钢筋混凝土基础。

（3）浇筑钢筋混凝土立柱，并适时架接横挡、密实钢质连接板等。

2.退水钢管施工技术要求

（1）退水管安设

1）挖槽底宽为2.0m，退水管进水口底高程17.8m，出水口的底高程17.0m。

2）平整挖槽地基。

3）按照排泥主管线的施工工艺架接排水管，并将钢质连接板与排水管的进水口紧密。

（2）止水处理

在堤身段退水管适当位置埋设3道止水。先在三面开挖0.5m深的凹槽，再将一足够大的薄膜沿退水管周边扎紧，并将薄膜三边伸入凹槽，薄膜两侧用松软泥土堆好。

（3）土方填筑

1）根据填筑部位的不同，采用不同的压实方法，对局部压实不到的采用人工配合机械夯实，确保回填土方达到设计要求。围堰填筑要求压实度不低于0.92。

2）土方填筑，应采用接近最优含水量的土料，且土料的含水量应控制在最优含水量的范围内，如果超出，应采取措施，如翻晒等，使含水量满足要求后，再进行填筑。

3）分段填筑时，各土层之间应设立标志，以防漏压、欠压和过压，上、下层分段位置应错开。

4）必须严格控制铺土厚度及土块粒径。机械压实严格控制每层不超过30cm，土块粒径不大于8cm；每层压实后经监理人验收合格后方可铺筑上层土料。

5）由于天气、施工等原因停工的回填工作面应加以保护，复工时必须仔细清理，经监理人验收合格后，方准填土，并记录审查。如填土出现“弹簧”、层间光面、层间中空，松土层或剪力破坏现象时，应根据情况认真处理，并经监理人验收合格后，方可进行下一道工序。

6）雨前碾压应注意保持填筑面平整，以防雨水下渗和避免积水。下雨或雨后不允许践踏建筑面，雨后填筑面应晾晒或处理，并经监理人检验合格后方可继续施工。

7）土方填筑时，无论采用人工夯实还是机械碾压，除应满足本节条款外，还必须符合《堤防工程施工规范》（SL260—98）中的有关要求。

五、结语

工程的围堰退水系统安全是施工中的重点内容，贯穿施工全过程。退水井施工又是退水设施的核心部分，关系到围堰退水系统工程建设的成败。自行研制的自由调节围堰水位的钢筋混凝土式退水井在本工程的成功应用，确保了整个工程运行安全、高效、低耗■