豎井式退水口在排泥場(chǎng)中的實(shí)踐應(yīng)用

吳淑萍

退水系統(tǒng)是排泥場(chǎng)施工中的關(guān)鍵工作，根據(jù)土質(zhì)和排泥場(chǎng)規(guī)模選擇恰當(dāng)?shù)耐怂诜绞剑芴岣吖ぷ餍剩瑴p少吹填泥砂流失量、泥砂濃度，增加安全性，減少對(duì)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的污染，方便管口的封堵、開(kāi)啟，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和環(huán)保的多重效果。

一、工程概況

淮河干流蚌埠～浮山段行洪區(qū)調(diào)整和建設(shè)工程臨北段3#排泥廠區(qū)位于樁號(hào)HD246～HD248處，該處曾為河道決口，現(xiàn)成為一內(nèi)灣，地勢(shì)略有起伏，地面高程17.0～18.3m。由于南洛高速?gòu)墓こ虆^(qū)內(nèi)穿過(guò)，3#排泥場(chǎng)圍堰分為3#北和3#南。3#北排泥場(chǎng)圍堰堤頂高程22.5m，頂寬 3m，外坡 1∶3.5，內(nèi)坡 1∶2.5；3#南排泥場(chǎng)圍堰堤頂高程22.5m，頂寬3m，外坡1∶2.5，內(nèi)坡1∶2.5。疏浚土方530萬(wàn)m3。根據(jù)工期的合理安排，投入三艘絞吸式挖泥船進(jìn)行疏浚。

二、退水口選址設(shè)置

排泥場(chǎng)現(xiàn)狀底面高程約16.5m，設(shè)計(jì)吹填高程21.5m，退水口位置按照有利于延長(zhǎng)泥漿的退水流程、泥沙沉淀、吹填均勻分布、吹填平整度好及余水含泥量低的原則，再根據(jù)吹填區(qū)地形、排泥管口的位置等因素確定，布設(shè)在死角或者遠(yuǎn)離出泥口的位置。結(jié)合成本、工期與環(huán)保等因素，綜合選擇合適的位置。

三、退水口結(jié)構(gòu)選型

豎井式退水口是一種新型退水口型式，結(jié)合了埋管式退水口和溢流堰式退水口的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)合理，安全可靠，操作方便。豎井退水系統(tǒng)由集水井、退水鋼管、跌水消能設(shè)施、退水溝構(gòu)成。通過(guò)擋板自由調(diào)節(jié)排泥場(chǎng)水位，四面過(guò)水溢流，更容易獲得寬淺溢流，最大限度地減少水口水流的擾動(dòng)，提高了沉淀效果，減少了水土流失和泥漿污染，施工尾水完全符合設(shè)計(jì)對(duì)含漿量的控制標(biāo)準(zhǔn)。退水由穿堤鋼管排出，保證圍堰安全和正常通行。

四、退水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.豎井式退水口門(mén)主要技術(shù)參數(shù)

豎井基座尺寸為4m×4m×0.6m，由混凝土澆筑而成。豎井俯視為正方形，每邊長(zhǎng)2.4m（凈寬）；進(jìn)水方式為四面溢流，每邊設(shè)計(jì)溢流高度0.2～0.3m；構(gòu)造形式為混凝土框架式結(jié)構(gòu)（混凝土標(biāo)號(hào)C20），其立柱尺寸為0.6m×0.6m×6m的現(xiàn)場(chǎng)澆注鋼筋混凝土柱，為了確保立柱的穩(wěn)定和提高立柱的強(qiáng)度，立柱與立柱之間每隔2.5m加一道0.3m×0.3m×1.2m的鋼筋混凝土橫支撐，與混凝土柱一起澆筑施工；擋板采用100mm×48mm×5.3mm的槽鋼，每塊擋板可調(diào)節(jié)最小水位差0.1m。

2.退水口水力計(jì)算

工程計(jì)劃投入海華50、海華51、海華52三條挖泥船，各船設(shè)計(jì)總流量分別為3500m3/h、3500m3/h、2000m3/h，挖泥濃度暫按10%計(jì)，每天的有效工作時(shí)間按照20h考慮，退水流量系數(shù)為20/24=0.835，實(shí)際總排水流量為：

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

退水口泄流能力計(jì)算：豎井式退水口以活動(dòng)閘板控制退水口水位及泄流量，計(jì)算時(shí)按薄壁堰考慮。

b=Q退水/（ζ×m×（2g）1/2×H3/2）

式中：

Q退水—通過(guò)退水口的實(shí)際排水流量，m3/s；

ζ—側(cè)向收縮系數(shù)，一般取0.96；

m—流量系數(shù)，薄壁堰，一般取0.49；

b—堰寬，m；

g—重力加速度，9.8m/s；

H—堰頂水頭，砂壤土一般取0.35m；

經(jīng)過(guò)計(jì)算，當(dāng)H=0.35m時(shí)，b=4.4m，豎井立柱間距為1.2m，四面相加后，一個(gè)退水豎井的過(guò)流斷面B為4.8m。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)兩個(gè)退水口同時(shí)退水時(shí)，堰頂水頭約0.22m；當(dāng)使用一個(gè)退水口時(shí)，堰頂水頭為0.35m。

3.退水管的選擇與水力計(jì)算

選擇管徑的原則：退水管滿(mǎn)管過(guò)流后，會(huì)出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象，如出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象，退出的水流會(huì)不穩(wěn)定，對(duì)外面的消力池形成有規(guī)律的沖擊，對(duì)安全不利。所以計(jì)算退水管流量時(shí)，退水管滿(mǎn)管臨界流量要大于設(shè)計(jì)流量，才不會(huì)出現(xiàn)虹吸現(xiàn)象。

選擇內(nèi)徑0.85m的鋼管（厚度8mm）作為退水管，退水管穿堤時(shí)的坡降為1∶75，排泥場(chǎng)內(nèi)側(cè)管底高程為17m，外側(cè)底高程為16.6m。

退水管滿(mǎn)管泄流時(shí)的流量計(jì)算：過(guò)水?dāng)嗝妫篈=0.567m2水力坡度:I=0.013

水力半徑：R=D/4=0.2125m

鋼管糙率：n=0.012

謝才系數(shù)：C=R^（1/6）/n=0.2^（1/6）/0.012=64.37

過(guò)水流量：Q=CA（RI）^（1/2）=1.92m3/s

滿(mǎn)管時(shí)Q＞總流量1.88m3/s。

4.退水溝的布置及設(shè)計(jì)

退水溝由排泥場(chǎng)周邊的排水溝和與之相連的排澇溝組成。

（1）排泥場(chǎng)排水溝設(shè)置在AB段，長(zhǎng)度約900m，底高程為14.8～14.5m，逐漸變低，進(jìn)入排澇溝，坡降約為1∶3000，排水溝底寬2m，邊坡1∶2，深約2m，退水深度最高可達(dá)1.5m。

（2）排澇溝狹窄的位置底寬約2m，為BC段，長(zhǎng)約150m，現(xiàn)狀底高程為14.5m，邊坡為 1∶1.5。

（3）排澇溝CD段為1600m，現(xiàn)狀底高程為14.5～13.5m，此段滿(mǎn)足退水要求。

（4）排澇溝 DE段為500m，現(xiàn)狀底高程為13.5m，此段滿(mǎn)足退水要求。

流量試算：對(duì)排水溝和排澇溝最窄的部位BC按1.1m水深計(jì)算，見(jiàn)表1。

經(jīng)試算，排水溝和排澇溝流量＞總退水流量1.88m3/s，所以此線(xiàn)路滿(mǎn)足退水要求。

表1 排水溝和排澇溝流量計(jì)算表

五、豎井式退水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.豎井

在圍堰迎水面坡腳位置夯實(shí)一個(gè)6m×6m的方形基礎(chǔ)，夯實(shí)底高程控制在16.4m，然后支模，澆筑一個(gè)4m×4m×0.6m的豎井基座，基座中間布置0.1m×0.1m的φ8鋼筋網(wǎng)，立柱內(nèi)分布10根φ14螺紋鋼筋，同時(shí)4個(gè)豎柱的每根φ14鋼筋伸入豎井基座內(nèi)0.5m，而且每根鋼筋都要同基座內(nèi)的鋼筋網(wǎng)相連，箍筋采用φ8的圓鋼；豎井豎柱施工時(shí)先立模，然后模板校正，最后進(jìn)行混凝土澆筑和振搗。混凝土標(biāo)號(hào)C20，嚴(yán)格控制混凝土的水灰比，確保混凝土的強(qiáng)度。豎井最下面的1m為混凝土墻封閉結(jié)構(gòu)，和管道連接的混凝土墻先不澆筑，待豎井和排泥場(chǎng)圍堰完成沉降一段時(shí)間后，再將管道和豎井的混凝土墻進(jìn)行澆筑連接，鋼管和混凝土壁之間有2cm厚的橡膠止水相隔，可以適應(yīng)一定的變形。施工期間，當(dāng)豎井豎柱的高度超過(guò)2m時(shí)設(shè)有安全防護(hù)網(wǎng)。

豎井施工流程：底座澆筑及養(yǎng)護(hù)→立柱至第一層橫梁澆筑 (高程20.5m)及養(yǎng)護(hù)→立柱及第二層橫梁澆筑（高程23m）及養(yǎng)護(hù)→豎井和鋼管連接處的澆筑。

2.退水管埋設(shè)

退水管是防止圍堰在退水位置發(fā)生危險(xiǎn)的關(guān)鍵。為確保圍堰在退水口位置的安全，可適應(yīng)少量的變形，應(yīng)使用φ850、厚度8mm的鋼管作為退水管。

深槽開(kāi)挖：在預(yù)定的堤身處開(kāi)挖一深槽，把φ850的鋼管埋在深槽內(nèi)，深槽底高程和底寬按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行。考慮盡可能降低水位，確保圍堰安全。決定把出水口底高程確定為17m；圍堰外側(cè)的管底高程為16.6m，縱坡坡降1∶75，挖槽底寬開(kāi)挖為2m，橫坡按1∶1的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)挖。

深槽回填：在平整挖槽地基以后，按照排泥主管線(xiàn)的施工工藝架接直徑為φ850的排水管，在挖槽內(nèi)的排水管架好以后，中間在適當(dāng)位置加2道水泥土止水，止水厚度為0.5m，管道與黏土接觸的位置在管道上刷兩遍水泥漿。黏土止水夯實(shí)后再回填夯實(shí)堤身。

3.消力池

消力池是施工回水經(jīng)退水豎井排至排泥場(chǎng)外退水溝的過(guò)渡段。由于消力池處于圍堰外側(cè)的坡腳處，因此消力池的施工質(zhì)量不僅關(guān)系到整個(gè)退水系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，而且還影響整個(gè)圍堰的安全。其結(jié)構(gòu)由消力池和消力坎等兩部分組成。消力池底板和消力坎用標(biāo)號(hào)C20的混凝土，邊墻采用磚混結(jié)構(gòu)，砂漿標(biāo)號(hào)M10。回水經(jīng)消力坎消能后進(jìn)入退水明渠連接段，為防止沖刷，底板采用C20混凝土。

出于安全考慮，為防止退水影響溝邊的公路，在渠坡處順公路砌筑0.5m高的擋浪墻。

4.排水溝

排泥場(chǎng)排水溝長(zhǎng)度約900m，底高程為14.8～14.5m逐漸變低，和排澇溝相連接。

六、排泥場(chǎng)及退水系統(tǒng)運(yùn)行期間維護(hù)內(nèi)容

排泥場(chǎng)維護(hù)的主要內(nèi)容有：排泥場(chǎng)圍堰的維護(hù)，排泥場(chǎng)相關(guān)堤防的維護(hù)，排泥場(chǎng)隔梗、退水口、排水溝渠的維護(hù)等。由于排泥場(chǎng)安全涉及到整個(gè)工程安全，以及附近人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，采取行之有效的措施，保證排泥場(chǎng)系統(tǒng)安全至關(guān)重要。

七、結(jié)語(yǔ)

排泥場(chǎng)圍堰工程的退水系統(tǒng)安全是施工中的重點(diǎn)內(nèi)容，貫穿施工全過(guò)程。退水井施工又是退水設(shè)施的核心部分，關(guān)系到圍堰退水系統(tǒng)工程建設(shè)的成敗。該工程豎井式退水口的成功應(yīng)用，確保了整個(gè)工程運(yùn)行安全、高效，具有在同類(lèi)型工程中推廣的價(jià)值