內河航道疏浚拋泥區鋼結構井架式退水口系統的設計與應用

汪順利 （安徽省港航投資集團有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

新汴河航道綜合整治工程（宿縣至徐崗）段，全長95.1km，Ⅳ級航道標準整治，航道底寬50m，最小通航水深2.5m，最小彎曲半徑330m。主要土質為粉質粘土及粉土、砂疆土。航道整治主要采用環保型絞吸式挖泥船進行疏浚，施工工藝：鉸刀將水下泥土攪碎，利用泥泵、排泥管將泥水混合物排送至拋泥區沉淀后，余水從退水口排出。

根據項目所在地區域限制及環保要求，拋泥區的容量、泥土沉淀及余水排放效果要求極高，而退水口是關鍵部位之一。為有效保障施工效率，避免施工回淤大、固結緩慢，防止堰體滲水、崩塌，甚至出現嚴重的工程事故和不良社會影響的問題，將過去常用退水口磚混豎井式改為鋼結構井架式，并在工程應用過程中經過進一步論證與完善。

2 技術特點

鋼結構井架式退水口系統，結構簡單，不使用傳統利用磚混豎井式、混凝土管涵等拆除困難材料且棄渣造成對環境污染，改進為鋼結構井架式，易制作安裝，減少了傳統退水口繁雜的施工工序，加快了施工進度，可有效防止涵管銜接處滲透風險，鋼結構井架可循環利用。

3 結構組成及技術原理

鋼結構井架式退水口系統主要包括槽鋼框架、擋泥板、退水管、消能池、退水渠。由槽鋼通過水平撐和剪刀撐進行固定形成立柱框架，框架上設置一個水槽，擋泥板設置在水槽上方的槽鋼框架的槽鋼槽內，退水管一端插入到開孔內，另一端從圍堰穿過延伸到消能池內，消能池內遠離圍堰的一側設有退水渠。

3.1 井架鋼結構系統

立柱框架采用8根14a槽鋼標準件，槽鋼立柱長度H為=圍堰填土高度h+1m(即H=h+1m)。立柱框架之間用6×6cm角鋼作為剪刀撐及水平撐焊接形成鋼結構系統。

3.2 水槽系統

井架四周及底部用5塊6mm鋼板與立柱框架焊接成水槽，水槽高度為80cm且在靠圍堰側水槽鋼板居中位置開圓孔,為后續與退水管連接；水槽底距立柱框架底部約1m（在后期退水口安裝時嵌入土壤內，確保鋼結構退水口的穩定性）。

3.3 擋泥板系統

為便于操作，采用5cmx10cm方木作為擋泥板。在吹填過程中根據拋泥區水位高程適當增減擋泥板高度,控制排出堰體水中的含泥量及吹填平整度，具體如上圖。

3.4 安全設施

在井架頂部向下0.5m處焊接鋼筋網格柵狀的井蓋，固定于槽鋼框架上，用作工人在插入擋泥板時的工作平臺，確保工人的人身安全。

4 工藝流程

計算吹填區面積和船舶吹填流量→計算鋼結構井架尺寸→根據計算參數繪圖→根據圖紙下料、焊接成型→挖機吊裝安裝→安裝退水管和消能池→驗收吹填使用。

5 設計應用要點

①為了確保拋泥區退水口的安全性，首先必須計算穩定性。根據本項目的拋泥區為例，面積大約10h㎡，吹填深度約3.5m，吹填容量35萬m3，施工船舶為300m3/h的絞吸式挖泥船，每小時流量3000m3，則根據《疏浚工程施工技術規范》（SL 17-2014）相關規定：

挖泥船正常作業時總流量為Q總=K×Q×（1-P）。式中修整系數K取1.3；Q挖泥船吹填總流量（3000m3/h=0.83m3/s）；P為吹填時泥漿濃度，約10%；Q總=1.3×0.83×0.9=0.9711m3/s。

退水口溢流流量為：Q溢=M×b×；g 為重力加速度：9.8m/s2；m 為流量系數,取 0.45；b為退水口寬度；H為井內水頭，取0.5m；為確保井架安全則Q溢＞Q總，即g ×0.45 ×b ×0.33/2 ＞0.9711m3/s，b ＞2.96m。

為確保吹填過程安全，加上雨季和汛期雨水偏大，井架寬度按照3m設計和制作能夠滿足吹填需求。

②井架立柱采用槽鋼焊接而成，槽鋼槽口作為各側的擋板插口且槽口深不得小于5cm，以防擋泥板使用過程受壓變形而脫離槽鋼插口；焊接采用兩邊滿焊，立柱槽鋼之間采用角鋼作為支撐，每層支撐必須在同一高程處，每隔1m高度加一道支撐，以便后續拋泥使用期間人工上下操作安全。在井架底座擬靠近堰體側加焊一塊6mm的厚鋼板，并在鋼板上開孔，孔徑比退水管外徑大2cm左右，并預留螺栓孔位置以備后續退水管安裝使用。

③井架制作完成后直接采用挖機吊裝至預選的退水口處，在井架底座處開挖一50cm基槽，然后再將井架安裝在基槽內固定并嵌入土內1m，安裝時用水準儀測量井架四角高差，偏差控制在5mm以內。井架安裝結束后，將退水管接至井架內固定并做好井架和退水管之間接口處理，接入井架的退水管采用鋼管最佳，法蘭盤與鋼板間加橡膠墊防滲漏。

④鋼結構井架退水系統安裝完畢后，再吹填使用前對井架涂刷防銹漆以防使用過程鋼材銹蝕。

⑤使用過程中采用5cm×10cm的模板作為擋泥閘板來調節吹填區內水位高程，模板表面拋光防止使用時出現倒刺傷手，同時對模板表面涂刷桐油防止模板在水中浸泡腐蝕變形。

6 質量安全控制要點

①井架焊接必須雙面滿焊，槽鋼及角鋼必須采用標準件，以防拋泥后期泥面對井架壓力過大而導致井架變形脫焊；井架底座必須設置鋼板避免拋泥過程水流沖刷，退水管與井架側面鋼板連接螺栓牢固無縫隙以免水流滲漏。

②井架必須安裝在吹填區內-50cm深處，避免拋泥過程中單側受力過大使得井架傾斜變形等影響退水系統的使用。

③鋼結構井架退水口使用過程中必須每日巡查吹填區內泥面高程，及時加高擋泥板高度確保退水口排至消能池及退水渠的均為清水，避免導致的施工回淤。

④拋泥完成后固結期間定期檢查退水口，當退水口無溢流水出現時可適度逐層減少擋泥板，同時及時清理井架外側淤泥，直至固結完成。

7 結語

鋼結構井架式退水口系統在內河航道疏浚拋泥區的成果設計與應用，創造了良好的經濟效益和社會效益。