王 昕

(潘集淮河河道管理局，安徽 淮南 232082)

1 工程概況

尹家溝閘位于淮南市潘集區(qū)高皇鎮(zhèn)境內(nèi)湯漁湖縷堤上，始建于1951年，目的是排除泥黑河內(nèi)澇，汛期防止淮河洪水倒灌。尹家溝閘系泥黑河入淮控制閘共2孔，每孔凈寬5m，閘底板高程13.5m，設(shè)計(jì)排澇水位閘上20.20m，閘下20.00m，設(shè)計(jì)排澇流量105m3/s；設(shè)計(jì)防洪水位閘上19.0m，閘下水位24.4m，最大設(shè)計(jì)水位差5.4m。尹家溝閘為鋼筋混凝土箱式結(jié)構(gòu)，閘室長(zhǎng)15.00m，閘身總寬度26.00m。下游消能采用挖深式消力池，深0.7m，長(zhǎng)14m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，后接15m長(zhǎng)混凝土海漫；上游防沖采用7.0m長(zhǎng)混凝土加9.2m長(zhǎng)干砌石護(hù)坦。尹家溝閘地基為砂質(zhì)土，分別于混凝土護(hù)坦、消力池及海曼末端設(shè)置杉木樁基。尹家溝閘灌溉面積約61萬(wàn)畝(含湯漁湖行洪區(qū)內(nèi)耕地)。1954年淮河大水，尹家溝閘外淮河水位達(dá)23.68m，因設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，汛期異常危險(xiǎn)，經(jīng)搶護(hù)后免于潰決。為提高防洪能力，閘及堤均于1956年加固。1956年抗旱引水時(shí)上游護(hù)坦被沖動(dòng)，1967年加固并接長(zhǎng)護(hù)坦10m。

為了滿足引水灌溉的要求，2007年又增做了反向消能防沖工程。尹家溝閘反向引水消能加固設(shè)計(jì)主要內(nèi)容為增設(shè)上游側(cè)消力池和延長(zhǎng)防沖海漫[1- 5]。設(shè)計(jì)擬保留混凝土護(hù)坦，拆除砌石護(hù)坦，于混凝土護(hù)坦后設(shè)置0.6m厚C25混凝土消力池，池深0.4m，池長(zhǎng)12m，其中1∶5斜坡段長(zhǎng)2m，面層配置φ12@300雙向鋼筋網(wǎng)。汛期為有效降低底板揚(yáng)壓力，于消力池后6m段設(shè)置反濾和冒水孔，孔徑φ80，梅花形布置，間距1.5m消力池后接11m長(zhǎng)漿砌石海漫，面層厚0.6m，分別下設(shè)0.1m厚碎石和0.1m厚黃砂墊層，砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M10；漿砌石海漫后接12m長(zhǎng)干砌石海漫，面層厚0.3m，下設(shè)0.1m厚碎石墊層，末端設(shè)深0.8m防沖齒墻。

2 設(shè)計(jì)變更及原因分析

工程實(shí)施過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況做了兩次較大設(shè)計(jì)變更：①增設(shè)下游圍堰，取消減壓井：原施工組織設(shè)計(jì)上游側(cè)設(shè)圍堰擋水，下游側(cè)利用閘門擋水，為確保施工期閘基滲流安全，于消力池前端設(shè)兩口φ300mm，深10m的減壓井。由于積水無(wú)法排干，減壓井方案難以實(shí)施，當(dāng)圍堰內(nèi)抽水至14.5m左右，即在原上游護(hù)坦部位出現(xiàn)許多小泉眼，明顯有粉沙涌出，繼續(xù)排水恐引起地閘基變形[6- 8]。為確保安全，設(shè)計(jì)變更采用下游圍堰方案，于河口處填筑一道土圍堰，圍堰設(shè)計(jì)頂高程19.50m，頂寬2m，水上邊坡1∶3，水下邊坡1∶5。②取消挖深式消力池，改做消能墩，砌石海漫改手?jǐn)[石：尹家溝閘基粉砂層較厚，距河口較近，地下水受外河及降水影響，十分豐富，施工采用明排和輕型井點(diǎn)降水均不能滿足要求，致原設(shè)計(jì)方案無(wú)法實(shí)施。另?yè)?jù)反映，1967年加固接長(zhǎng)上游干砌石護(hù)坦就因地下水無(wú)法處理而改為拋石。本次排水施工1月有余，因無(wú)施工導(dǎo)流，受連續(xù)降水的影響，泥黑河水位偏高，逼近19.00m，造成周邊洼地被淹，近期內(nèi)必須拆除圍堰放水。另經(jīng)排水后檢查，上游原砌(拋)石護(hù)坦基本完好，無(wú)明顯沖刷。綜合以上因素，為使工程得以順利實(shí)施，經(jīng)商有關(guān)方面，決定取消挖深式消力池，于混凝土護(hù)坦末端增設(shè)兩排消力墩，排距1.5m，前排7個(gè)，后排6個(gè)，等間距錯(cuò)縫布置；保留原砌(拋)石護(hù)坦，原設(shè)計(jì)漿、干砌石海漫改為手?jǐn)[塊石護(hù)底，取消新增干砌塊石護(hù)坡。另下游側(cè)消力池后混凝土海漫歷史上曾發(fā)生沖刷，做水下拋石處理，本次加固對(duì)拋石做進(jìn)一步整理補(bǔ)充。變更后的設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 設(shè)計(jì)變更后的平剖面圖

3 尹家溝閘加固井口塌陷處理方案

本方案采用水泥粘土灌漿，灌漿孔呈梅花型布置，在堤肩兩側(cè)向井口方向分別布置7、6、5、5、5孔，分為五排，孔距3m，排距3m，孔徑30～50mm，上下游、左右岸共112孔，孔底高程13m，平均孔深10m。粘土灌漿施工工藝流程如圖2所示。

4 施工方法

圖2 粘土灌漿施工工藝流程圖

4.1 灌漿孔布置及造孔

本處理方案為水泥粘土灌漿，布置在堤頂中心線兩側(cè)至井口塌陷影響范圍以外6m處。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置定位放線，孔位沿堤頂中心線兩側(cè)呈梅花型布置灌漿孔，排距3m，孔距3m。鉆孔時(shí)，鉆桿要標(biāo)識(shí)刻度。采用機(jī)械鉆機(jī)鉆孔，鉆孔孔徑30～50mm，孔位偏差不得大于10cm，孔底高程不得高于閘底板高程，鉆孔采用干法造孔，不得使用清水循環(huán)鉆進(jìn)。在鉆孔過(guò)程中，應(yīng)進(jìn)行孔斜測(cè)量，并采取措施控制孔斜，孔斜應(yīng)控制在孔深的1%以內(nèi)。灌漿孔的施鉆應(yīng)按灌漿程序，分序分段進(jìn)行。所有灌漿孔均應(yīng)全孔測(cè)斜，采取可靠的措施防止孔斜，如發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜超過(guò)規(guī)定時(shí)，應(yīng)及時(shí)糾偏，孔深符合設(shè)計(jì)要求后，方可開始灌漿。所有鉆孔應(yīng)用木塞等妥加保護(hù)，直到驗(yàn)收合格為止。

4.2 灌漿

4.2.1灌漿材料

灌漿水泥采用425#普通硅酸鹽水泥，且每克水泥具有的表面積不小于2400cm2，運(yùn)輸、儲(chǔ)藏謹(jǐn)防受潮結(jié)塊。漿液配比中土料的物理力學(xué)指標(biāo)與土質(zhì)均勻性至關(guān)重要，不同類別的土料配出的漿液性能差別甚運(yùn)。粘土需就近購(gòu)買，按取土區(qū)的開挖線采用人工挖土拖拉機(jī)運(yùn)輸，采用面層式取土，取土前清除表層雜質(zhì)、耕種土、葦根、稀軟淤泥等。自然料土的土粒比重一般在2.70～2.74之間。粘土灌漿固結(jié)受水位影響較大，在飽和土層中固結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，摻加水泥，改善漿液固結(jié)性能，可加快水泥粘土漿的固結(jié)，但固結(jié)過(guò)程中，易形成固結(jié)骨架，限制水分流失時(shí)體積的收縮，使?jié){體產(chǎn)生細(xì)小的水平裂縫。因此合適的配合比十分重要。具體配合比除參照表1外，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定。漿液的物理力學(xué)性能應(yīng)符合以下要求:容重1.3～1.5t/m3，粘度30～100s，穩(wěn)定性小于0.1g/cm3，膠體率大于80%，失水率20～45cm3/30min。

表1 不同漿液配比表

4.2.2灌漿試驗(yàn)

在灌漿前后，分別做注水試驗(yàn)。每1km應(yīng)至少做一組對(duì)比試驗(yàn)。①根據(jù)工程地質(zhì)條件等實(shí)際情況，選擇地質(zhì)條件與實(shí)際灌漿區(qū)相似的200m地段作為試驗(yàn)區(qū)。②灌漿作業(yè)開工前7d，編制詳細(xì)的試驗(yàn)大綱。根據(jù)灌漿工程施工圖紙的要求按監(jiān)理人的批示進(jìn)行試驗(yàn)，并選定試驗(yàn)參數(shù)。③在灌漿試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，按批準(zhǔn)的灌漿試驗(yàn)大綱擬訂的施工程序和方法進(jìn)行灌漿檢查灌漿的效果，應(yīng)整理分析各序孔和檢查孔的單位吸水率、單位耗灰量等試驗(yàn)資料，并將灌漿試驗(yàn)成果報(bào)送監(jiān)理人審批。

4.2.3灌漿

本工程為水泥粘土灌漿，采用分段分序灌注，先灌上游孔，再灌下游孔。灌漿分二序進(jìn)行，一序孔取2倍的孔距，即第隔一孔灌注一孔，一序孔完成后鉆灌二序孔，最終達(dá)到孔距3m的要求。灌注時(shí)，注漿管口首先下到高程13.0m處，主要充填高程13.0～16.0m，灌注3次之后，注漿管口下到高程15.0m處，加強(qiáng)上部灌漿，兩次復(fù)灌，除個(gè)別有洞穴堤段需再補(bǔ)灌外，大部分灌漿孔充填密實(shí)，可終止灌漿。灌漿間隔時(shí)間，吃漿量大時(shí)，至少間隔5d進(jìn)行復(fù)灌；當(dāng)單位孔深吃漿量小于0.1m3時(shí)，間隔3d，可進(jìn)行復(fù)灌；灌漿開始先用容重為1.2t/m3的稀漿灌注，以疏通漿路，經(jīng)過(guò)3～5min后，再加大泥漿稠度，進(jìn)行正常灌注，每米孔深第一次注漿量不宜超過(guò)0.5m3。若孔壓力較小或出現(xiàn)負(fù)壓，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)加大漿液稠度，但不應(yīng)超過(guò)漿液最大容重，每孔灌漿次數(shù)一般不少于5次。本合同標(biāo)段灌漿孔壓力控制在0.3～0.6kg/cm2。作好灌漿記錄。

充填灌漿遵循“先稀后稠，先灌多復(fù)”的原則進(jìn)行。灌漿時(shí)，若每米孔深吃漿量連續(xù)三次小于0.1m3時(shí)，即可終止灌漿。灌漿完畢，待周圍泥漿不再流動(dòng)，用與孔徑相近的標(biāo)桿掃孔到底，以鉆孔孔徑相適應(yīng)的含水量適中的粘土求分層搗實(shí)，封堵至孔口。

對(duì)大堤進(jìn)行充填灌漿，將改變大堤原有的應(yīng)力狀態(tài)，使大堤產(chǎn)生縱向裂縫，個(gè)別部位冒漿串漿，堤防產(chǎn)生相應(yīng)沉陷。因此，灌漿過(guò)程中，必須加強(qiáng)對(duì)堤防的觀測(cè)。以灌漿壓力、灌漿量、裂縫、冒串漿觀測(cè)為主，堤防變形觀測(cè)為輔。灌漿過(guò)程中，應(yīng)有專門觀測(cè)人員負(fù)責(zé)觀測(cè)工作，全面控制灌漿質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。每灌注孔都要觀測(cè)灌漿壓力、灌漿量、大堤裂縫情況、冒串漿現(xiàn)象，并作詳細(xì)記錄，作為該隱蔽工程檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)這些觀測(cè)控制灌漿壓力、灌漿時(shí)間，以達(dá)到最佳灌漿效果。

4.2.4灌漿中出現(xiàn)的問(wèn)題處理

(1)裂縫處理：堤防出現(xiàn)橫向裂縫時(shí)，應(yīng)立即停灌檢查。如果裂縫淺，可以開挖回填粘土，夯實(shí)后繼續(xù)灌漿，否則要用稠漿灌注，先灌上游，再灌下游。

(2)冒漿處理：堤頂或堤坡冒漿，應(yīng)立即停灌，挖開冒漿出口，用粘性土料回填夯實(shí)；鉆孔周圍冒漿時(shí)壓力不大，灌漿量較小，可采用壓沙處理，而后繼續(xù)灌注，水下堤坡或土堤與建筑物接觸帶冒漿，可采用稠漿間歇灌注。

(3)串漿處理：當(dāng)灌注第一序孔時(shí)，臨孔串漿，應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)、分析，如確認(rèn)對(duì)堤身無(wú)影響，灌漿孔和串漿孔可同時(shí)灌注，如該孔吃漿量不足，可用木塞堵住串漿孔，然后繼續(xù)灌漿，灌注二序孔時(shí)，相鄰孔串漿，可減少一次灌漿量。

(4)塌坑及隆起處理：在塌坑部位挖出部分泥漿?；靥钫承酝亮?，分層夯實(shí)。發(fā)與現(xiàn)堤坡隆起時(shí)，應(yīng)立即停灌，分析原因，如確認(rèn)不是與滑坡有關(guān)的隆起，待停灌5～10d后，可繼續(xù)觀測(cè)，并注意監(jiān)測(cè)。

(5)機(jī)械故障的處理：在施工過(guò)程中，承包人應(yīng)采取有效措施妥善處理機(jī)械故障，保證施工的順利進(jìn)行。

5 結(jié)論

尹家溝閘反向消能防沖工程設(shè)計(jì)變更的原因是由于缺乏原始地質(zhì)資料，設(shè)計(jì)階段對(duì)地基復(fù)雜程度認(rèn)識(shí)不夠，不能很好考慮基礎(chǔ)降排水方案，造成工程實(shí)施過(guò)程中變更較大，基礎(chǔ)降排水時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，影響了工期。并對(duì)尹家溝閘堤肩兩側(cè)向井口方向塌陷采用水泥粘土灌漿加固處理方案進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)變更的原因分析和灌漿處理方案的設(shè)計(jì)，提示我們?cè)诮窈笏こ淘O(shè)計(jì)中，尤其是水工建筑物設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分重視地質(zhì)勘察等基礎(chǔ)工作。

[1] 邱乾勇, 蔡慧娟, 姜一楠. 板橋河閘加固擴(kuò)建工程技術(shù)難點(diǎn)及解決方案[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2017(07): 126- 129.

[2] 徐明, 郝翠紅. 張掖市黑河草灘莊水閘樞紐除險(xiǎn)加固措施[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2017(04): 98- 100.

[3] 楊麗娜. 淺談水閘除險(xiǎn)加固工程等別劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)確定[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2016(04): 56- 58.

[4] 姚久經(jīng). 蘇家吉水閘除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)方案探討[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2015(06): 97- 99.

[5] 王濤, 崔瑩瑩. 某進(jìn)水閘粉砂地基碎石樁加固前后沉降模擬分析[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2017(10): 165- 167.

[6] 安普太. 土基水閘滲流穩(wěn)定分析與防滲措施探討[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2015(10): 77- 79.

[7] 呂南. 東莞市某水閘施工期開裂、滑動(dòng)事故分析與處理[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2017(08): 95- 97+122.

[8] 王國(guó)華. 旗嶺水閘砂礫石地基滲透變形特性[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2013(01): 37- 39.