江都船闸封堵工程关键技术研究

2015-02-10徐兵

交通科技 2015年2期

徐兵

（扬州市航道管理处扬州 225003）

1 工程概况

江都船闸位于江苏省扬州市江都城区北侧，沟通高水河和老通扬运河，始建于1952年，闸首及闸室净宽10m、长95m，门槛水深2.5m，闸门采用横拉门。历史上曾是里下河、里运河地区通长江及京杭大运河的重要口门，对江都及周边地区的经济发展作出过重要贡献。经过50多年运行，船闸历经多次加固和改造，但未能从根本上消除安全隐患，加上省干线航道网的调整，江都船闸运量日渐萎缩，经批准于2009年5月开始停航。

江都船闸上闸首位于高水河右侧堤身，处于南水北调东线源头的主要输水河道，其结构安全性直接影响到南水北调调水功能的发挥和江都区数十万人民的生命财产安全。2013年江都船闸封堵工程列入南水北调东线一期江都泵站改造工程中，实施封堵。

江都船闸封堵工程主要项目有：①上、下闸首钢筋混凝土挡土墙封堵；②上闸首两侧堤防加固处理采用高压旋喷防渗处理；③闸室土方回填至高程7.0m与地面齐平；④船闸机电设备拆除、闸室高程7.0m以上上部结构拆除等。

工程的关键技术包括主要建筑物的安全复核、上闸首两侧防渗处理、堤防土方填筑等，并针对以上情况进行了相应的技术分析和研究。

2 地质水文分析

2.1 地质情况

江都船闸附近的土层分布自上而下描述为：

A层。黄灰、褐黄杂灰色粉质粘土，属人工堆土，该层厚0.8～8.0m。

1层。棕黄夹少量灰色、褐黄色粉质粘土，含铁锰质结核，场地普遍分布，层厚3.4～10.5m。

21层。黄、棕黄夹少量灰白色粉质粘土，含铁锰质结核，偶含砂礓，场地普遍分布，层厚5.0～8.0m。

22层。棕黄、黄偶夹灰色重粉质壤土，一般层厚1.0～4.3m。

31层。灰黄、黄夹灰白色粉质粘土，含铁锰质结核，场地普遍分布，最大揭示厚度9m，未见底。

32层。黄夹灰白色重、中粉质壤土，主要分布于船闸闸室和闸首部位，层厚1.2～2.l m。

4层。褐黄、黄夹灰白色粉质粘土，场地普遍分布，一般层厚7.3～9.4m。

5层。灰色重粉质壤土、局部为粉质粘土。场地普遍分布，未揭穿，最大揭示厚度3.2m。

2.2 水文情况

江都船闸地处湿润的亚热带气候区，该区年降水量为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

特征水位见表1。

表1 江都船闸特征水位表 m

2.4 地震

依据区划图［1］，场地地震动峰值加速度为0.15g，相应的地震基本烈度为7度，地震动反应谱特征周期0.35s，查规范［2］附录A，设计地震分组为第一组，抗震设防烈度为7度。依据规范［3］，场地土类型为中硬场地土，覆盖层厚度＞9 m。建筑场地类别为II类。

3 工程总体布置

根据原有建筑物及周边地形，确定对上闸首口门、门库采用现浇混凝土挡墙进行封堵，墙顶高程10.5m，厚度1.8～2.15m。为避免上闸首两侧侧向绕渗，两侧进行高压旋喷处理，防渗体厚度不小于35cm、墙体强度不小于1.50MPa，高压旋喷顶高程10.5m，底高程与闸首底板下原防渗板桩底高程相同，为－9.1m。上闸首两侧堤防按一级堤防填筑，顶高程为10.5m，顶宽8m，迎水坡为现状直立挡墙结构，背水坡采用1：3接现状地面。闸室内堤防范围外填至7.0m高程。下闸首临近闸室侧门槛处采用混凝土扶壁挡墙进行封堵，墙顶高程8.5m，厚度1m。船闸闸门及启闭机、助导航设施、地面以上闸室墙拆除，闸室填土至闸区地面。

4 主要建筑物安全复核

江都船闸两侧防洪堤为高水河堤防的一部分，按一级堤防进行设计，上、下闸首按一级建筑物进行复核。上、下闸首底板底高程－4.2m，座落于1层粉质粘土，该层土固结快剪粘聚力c＝33kPa，内摩擦角φ＝20°，地基综合摩擦系数为0.35。堤防闸室填土后，上、下闸首抗滑、抗倾稳定安全系数满足规范要求，见表2、表3。

表2 上闸首抗滑、抗倾稳定计算成果表

表3 下闸首抗滑、抗倾稳定计算成果表

根据《规范》［4］的规定，抗滑稳定性分析采用瑞典圆弧法，对上闸首堤防填筑后进行整体抗滑稳定分析，应用《土石坝边坡稳定分析系统》（HH－Slope R1.0）进行计算。通过计算可知（计算结果见图1），最不利情形下水位骤降期堤防抗滑稳定安全系数（min Fs）为1.81，大于1.15，满足《规范》要求。

图1 上闸首堤防整体抗滑稳定计算

5 上闸首两侧防渗墙的质量控制

南水北调东线工程正式实施后，上闸首将常年维持设计最高水位，上闸首两侧侧向渗漏也就成为该段堤防的安全隐患。为解决该薄弱点，避免侧向绕渗，上闸首两侧各15m范围采用高压旋喷的防渗处理，同时为完善旋喷防渗体与闸首的连接，在二者接触部位增加一孔进行高压旋喷。防渗体厚度不小于35cm，高压旋喷选用P·O 42.5级普通硅酸盐水泥，墙体强度不小于1.50MPa，高压旋喷顶高程10.5m，底高程与闸首底板下原防渗板桩底高程相同，为－9.1m。根据规范［5］要求进行施工，防渗墙施工完成后，设测压管进行监测。

5.1 施工工序

场地平整→试桩→测量控制→注浆控制→监测。

5.2 试桩

根据现场条件，采用20A型钻机，选点试桩，确定技术参数：①喷嘴型号2.0mm；②进尺18 cm／min，提升速度15cm／min；③注浆压力25～28 MPa；④注浆流量100L／min；⑤水灰比（质量比）值1∶1，水泥掺入量15%；⑥成桩直径40cm。

5.3 测量控制

运用导线控制法，使用DJ2光学经纬仪和钢尺进行主轴线放样，确保桩位准确性。钻机就位必须在定位员的指挥下准确对位，复核后，方可开钻。同时，确保桩身垂直度：①钻机开钻前必须调平，以机架两边所吊线锤平行于机架为准；②钻进过程中，钻机出现下陷倾斜时，需及时调整。

5.4 注浆控制

（1）旋喷。高压旋喷注浆，自下而上连续进行，施工中出现停机故障时，修复后向下搭接不小于500mm的长度，保证固结体的整体性。

（2）复喷。针对水泥浆下沉现象（水泥浆液密度较大），采取自桩顶向下3.0m进行复喷，复喷时全部喷浆，保证桩体上部固结体的直径并提高固结体强度水泥土强度。

（3）水泥用量的控制。①若水泥量剩余时，适当增加喷浆压力，加大喷嘴直径，减慢提升速度。②若水泥量不够时，在保证桩径的情况下适当减少压力，适当减少喷嘴直径；保证桩体强度的情况下适当加快提升速度；加大水灰比值。

（4）冒浆处理。根据对冒浆情况的分析，及时了解土层状况，判断旋喷效果和断定参数合理性等。一般冒浆（内有土粒、水及浆液）量小于注浆量20%为正常现象，超过20%或完全不冒浆时，应查明原因及时采取相应措施。

（5）固结体控形。本设计固结体形状为圆柱形，在施工中采用边提升边旋转注浆，考虑到深层部位的成型，在底部喷射时，加大喷射压力，做重复旋喷，并降低喷嘴的旋转提升速度，针对不同土层适当调整压力和喷嘴的旋转提升速度，使固结体达到匀称，保证桩径差别不大。

5.5 监测

为观测新建堤防中防渗体系前后的水位及沉降情况，上闸首防渗墙前后共布置了5根渗透压力观测管，并在上闸首建筑物上布置了沉降和位移观测点。观测结果表明，建筑物结构稳定，防渗墙防渗效果良好。

6 堤防土方填筑的质量控制

该段堤防属一级，上闸首堤身回填土填筑的质量也就至关重要。本工程堤防填筑工程量为2 779.6m3，按1∶3坡比回填，回填土要求外购粘土，堤防填筑压实度为0.94。

6.1 清基处理

在回填前，对闸室底板进行清基处理，去除杂物、淤泥，并严格检查验收。

6.2 碾压试验

由于施工现场场地狭窄，无可供碾压试验的场地，土方碾压试验放在土方开挖区进行。经取样送检，检测单位进行击实试验，回填土最大干容重1.61g／cm3，回填土压实度≥0.94。

6.3 填筑控制

根据现场试验结果，回填土采用机械回填与人工回填相结合的方法。回填分层（每层厚度不超过30cm）进行，均衡上升，上、下层错缝距离不小于1m。先用挖掘机平整碾压2遍，然后用农用车重载碾压3遍。每层压实后，测定干容重，检验压实系数，达到设计要求，验收合格后，再填筑上层土。对于机械无法回填的狭窄部位及建筑物墙后2m范围内采取蛙式打夯机和人工回填夯实。土方回填时按设计要求预留沉降量。

6.4 雨季防范措施

施工正逢雨季，采取了以下措施：①及时掌握雨情预报，雨前及时压实作业面，并做成中央凸起向两侧微倾。当降小雨时，停止粘性土填筑。②粘性土填筑面在下雨时不准行人践踏。雨后恢复施工，填筑面应经晾晒、复压处理，必要时对表层再次进行清理，质检合格后复工。

7 实施效果

南水北调东线第一期工程江都泵站改造工程中，江都船闸改建方案的概算为1 371万元，改用封堵方案后，批复工程经费为449.52万元，节约了921.48万元。工程2013年4月1日开工，2013年7月20日全部完工，缩短了施工工期，保证了南水北调东线一期工程顺利验收。工程实施以来，建筑物结构稳定，防渗墙防渗效果良好。