竖井式退水口在排泥场中的实践应用

2018-03-20吴淑萍

治淮 2018年2期

吴淑萍

退水系统是排泥场施工中的关键工作，根据土质和排泥场规模选择恰当的退水口方式，能提高工作效率，减少吹填泥砂流失量、泥砂浓度，增加安全性，减少对当地自然环境的污染，方便管口的封堵、开启，从而达到经济、实用和环保的多重效果。

一、工程概况

淮河干流蚌埠～浮山段行洪区调整和建设工程临北段3#排泥厂区位于桩号HD246～HD248处，该处曾为河道决口，现成为一内湾，地势略有起伏，地面高程17.0～18.3m。由于南洛高速从工程区内穿过，3#排泥场围堰分为3#北和3#南。3#北排泥场围堰堤顶高程22.5m，顶宽 3m，外坡 1∶3.5，内坡 1∶2.5；3#南排泥场围堰堤顶高程22.5m，顶宽3m，外坡1∶2.5，内坡1∶2.5。疏浚土方530万m3。根据工期的合理安排，投入三艘绞吸式挖泥船进行疏浚。

二、退水口选址设置

排泥场现状底面高程约16.5m，设计吹填高程21.5m，退水口位置按照有利于延长泥浆的退水流程、泥沙沉淀、吹填均匀分布、吹填平整度好及余水含泥量低的原则，再根据吹填区地形、排泥管口的位置等因素确定，布设在死角或者远离出泥口的位置。结合成本、工期与环保等因素，综合选择合适的位置。

三、退水口结构选型

竖井式退水口是一种新型退水口型式，结合了埋管式退水口和溢流堰式退水口的优点，结构合理，安全可靠，操作方便。竖井退水系统由集水井、退水钢管、跌水消能设施、退水沟构成。通过挡板自由调节排泥场水位，四面过水溢流，更容易获得宽浅溢流，最大限度地减少水口水流的扰动，提高了沉淀效果，减少了水土流失和泥浆污染，施工尾水完全符合设计对含浆量的控制标准。退水由穿堤钢管排出，保证围堰安全和正常通行。

四、退水系统设计

1.竖井式退水口门主要技术参数

竖井基座尺寸为4m×4m×0.6m，由混凝土浇筑而成。竖井俯视为正方形，每边长2.4m（净宽）；进水方式为四面溢流，每边设计溢流高度0.2～0.3m；构造形式为混凝土框架式结构（混凝土标号C20），其立柱尺寸为0.6m×0.6m×6m的现场浇注钢筋混凝土柱，为了确保立柱的稳定和提高立柱的强度，立柱与立柱之间每隔2.5m加一道0.3m×0.3m×1.2m的钢筋混凝土横支撑，与混凝土柱一起浇筑施工；挡板采用100mm×48mm×5.3mm的槽钢，每块挡板可调节最小水位差0.1m。

2.退水口水力计算

工程计划投入海华50、海华51、海华52三条挖泥船，各船设计总流量分别为3500m3/h、3500m3/h、2000m3/h，挖泥浓度暂按10%计，每天的有效工作时间按照20h考虑，退水流量系数为20/24=0.835，实际总排水流量为：

Q退水=（3500+3500+2000）×（1-10%）×0.835/3600=1.88m3/s

退水口泄流能力计算：竖井式退水口以活动闸板控制退水口水位及泄流量，计算时按薄壁堰考虑。

b=Q退水/（ζ×m×（2g）1/2×H3/2）

式中：

Q退水—通过退水口的实际排水流量，m3/s；

ζ—侧向收缩系数，一般取0.96；

m—流量系数，薄壁堰，一般取0.49；

b—堰宽，m；

g—重力加速度，9.8m/s；

H—堰顶水头，砂壤土一般取0.35m；

经过计算，当H=0.35m时，b=4.4m，竖井立柱间距为1.2m，四面相加后，一个退水竖井的过流断面B为4.8m。经计算，当两个退水口同时退水时，堰顶水头约0.22m；当使用一个退水口时，堰顶水头为0.35m。

3.退水管的选择与水力计算

选择管径的原则：退水管满管过流后，会出现虹吸现象，如出现虹吸现象，退出的水流会不稳定，对外面的消力池形成有规律的冲击，对安全不利。所以计算退水管流量时，退水管满管临界流量要大于设计流量，才不会出现虹吸现象。

选择内径0.85m的钢管（厚度8mm）作为退水管，退水管穿堤时的坡降为1∶75，排泥场内侧管底高程为17m，外侧底高程为16.6m。

退水管满管泄流时的流量计算：过水断面：A=0.567m2水力坡度:I=0.013

水力半径：R=D/4=0.2125m

钢管糙率：n=0.012

谢才系数：C=R^（1/6）/n=0.2^（1/6）/0.012=64.37

过水流量：Q=CA（RI）^（1/2）=1.92m3/s

满管时Q＞总流量1.88m3/s。

4.退水沟的布置及设计

退水沟由排泥场周边的排水沟和与之相连的排涝沟组成。

（1）排泥场排水沟设置在AB段，长度约900m，底高程为14.8～14.5m，逐渐变低，进入排涝沟，坡降约为1∶3000，排水沟底宽2m，边坡1∶2，深约2m，退水深度最高可达1.5m。

（2）排涝沟狭窄的位置底宽约2m，为BC段，长约150m，现状底高程为14.5m，边坡为 1∶1.5。

（3）排涝沟CD段为1600m，现状底高程为14.5～13.5m，此段满足退水要求。

（4）排涝沟 DE段为500m，现状底高程为13.5m，此段满足退水要求。

流量试算：对排水沟和排涝沟最窄的部位BC按1.1m水深计算，见表1。

经试算，排水沟和排涝沟流量＞总退水流量1.88m3/s，所以此线路满足退水要求。

表1 排水沟和排涝沟流量计算表

五、竖井式退水系统的结构设计

1.竖井

在围堰迎水面坡脚位置夯实一个6m×6m的方形基础，夯实底高程控制在16.4m，然后支模，浇筑一个4m×4m×0.6m的竖井基座，基座中间布置0.1m×0.1m的φ8钢筋网，立柱内分布10根φ14螺纹钢筋，同时4个竖柱的每根φ14钢筋伸入竖井基座内0.5m，而且每根钢筋都要同基座内的钢筋网相连，箍筋采用φ8的圆钢；竖井竖柱施工时先立模，然后模板校正，最后进行混凝土浇筑和振捣。混凝土标号C20，严格控制混凝土的水灰比，确保混凝土的强度。竖井最下面的1m为混凝土墙封闭结构，和管道连接的混凝土墙先不浇筑，待竖井和排泥场围堰完成沉降一段时间后，再将管道和竖井的混凝土墙进行浇筑连接，钢管和混凝土壁之间有2cm厚的橡胶止水相隔，可以适应一定的变形。施工期间，当竖井竖柱的高度超过2m时设有安全防护网。

竖井施工流程：底座浇筑及养护→立柱至第一层横梁浇筑 (高程20.5m)及养护→立柱及第二层横梁浇筑（高程23m）及养护→竖井和钢管连接处的浇筑。

2.退水管埋设

退水管是防止围堰在退水位置发生危险的关键。为确保围堰在退水口位置的安全，可适应少量的变形，应使用φ850、厚度8mm的钢管作为退水管。

深槽开挖：在预定的堤身处开挖一深槽，把φ850的钢管埋在深槽内，深槽底高程和底宽按设计图纸进行。考虑尽可能降低水位，确保围堰安全。决定把出水口底高程确定为17m；围堰外侧的管底高程为16.6m，纵坡坡降1∶75，挖槽底宽开挖为2m，横坡按1∶1的标准开挖。

深槽回填：在平整挖槽地基以后，按照排泥主管线的施工工艺架接直径为φ850的排水管，在挖槽内的排水管架好以后，中间在适当位置加2道水泥土止水，止水厚度为0.5m，管道与黏土接触的位置在管道上刷两遍水泥浆。黏土止水夯实后再回填夯实堤身。

3.消力池

消力池是施工回水经退水竖井排至排泥场外退水沟的过渡段。由于消力池处于围堰外侧的坡脚处，因此消力池的施工质量不仅关系到整个退水系统能否正常运行，而且还影响整个围堰的安全。其结构由消力池和消力坎等两部分组成。消力池底板和消力坎用标号C20的混凝土，边墙采用砖混结构，砂浆标号M10。回水经消力坎消能后进入退水明渠连接段，为防止冲刷，底板采用C20混凝土。

出于安全考虑，为防止退水影响沟边的公路，在渠坡处顺公路砌筑0.5m高的挡浪墙。