青年灌區北干渠首砂性土地基處理及整體工程施工導流方案

白童學，于洪忠

(1.黑龍江省泥河水庫管理處，黑龍江 綏化 151500;2.密山市青年灌區水利水保總站，黑龍江 密山 158300)

1 渠首現狀情況及存在問題

密山市青年灌區位于密山市東部，北干渠首承擔著北干分灌區的灌溉任務，灌溉面積2.73萬hm2。北干渠首現狀橡膠壩老化損壞近20 a，造成北干渠供水保證率低，水稻減產。由于20世紀70年代末做設計、且施工技術水平低，抗凍融能力不夠，閘墩嚴重破損開裂，鋼筋外露，進水閘和沖砂閘都產生了不均勻沉陷，導致啟閉機排架柱在根部和頂部剪斷，啟閉臺變形，嚴重影響螺桿啟閉機的正常工作。進水閘和沖砂閘已經沒有維修價值，需拆除重建。

2 渠首地基處理方案

2.1 渠首工程地質條件

本工程地質勘查表明，渠首第四系為雙層結構地基。上部表層厚度為1.70 m連續縫補的低液限黏土，下部以砂性土為主。各地層厚度穩定，產狀近水平。

砂性土的容許承載力均較低，特別是地基上部②層含細粒土細沙的標準貫入試驗矯正后平均擊數為n=6.6擊，屬于松砂層，未經工程處理不宜作為水工建筑物的地基。

砂性土易產生滲透破壞，其允許滲透水力比降建議值[J]允許=0.20。

地基主要由砂性土構成，與混凝土底板的摩擦系數(建議值):②層含細粒土細砂 f=0.25;③層級配良好中砂f=0.40。

基坑開挖臨時邊坡，建議邊坡比:黏性土(水上)1∶0.5，低液限黏土(水下)1∶1.5;砂性土 1∶2.5。

基坑邊坡主要由細砂構成，基坑開挖時可能會有“流沙”涌入坑內，宜采取相應工程措施。排水方式可采用明排。環境水對混凝土建筑物無腐蝕性。

2.2 基礎處理

根據工程地質勘查對北干渠首工程的評價及結論，砂性土的容許承載力均較低，特別是地基上部②層含細粒土細砂的標準貫入試驗校正后平均擊數為n=6.6擊，屬于松砂層，未經工程處理不宜作為水工建筑物的地基。針對地質結論，本次對地基采用擠密碎石樁進行處理，進而提高基礎承載力。

碎石擠密樁是通過成樁過程中對周圍砂土、粉土層的擠密、振密作用和靠碎石的壓入獲得加固效果，使砂土、粉土層的密實度增加;同時設置的碎石擠密樁增強體，本身又是一個良好的排水通道，它的存在不僅有利于砂土、粉土層中超孔隙水壓力的消散，有效地增強土體的抗液化能力，而且在荷載的作用下，碎石擠密樁增強體又與砂土、粉土層共同承擔荷載作用，即形成碎石擠密樁復合土層。碎石擠密樁加固砂土、粉土地基的主要目的是提高地基土承載力，減少變形和增強抗液化性。加固原理如下:

1)擠密作用。在成樁過程中樁管對周圍砂土、粉土層產生很大的橫向擠壓力，樁管體積的土擠向樁管周圍的土層，使樁管周圍的土層孔隙減小、密實度增大。

2)排水降壓作用。碎石擠密樁加固砂土時，樁孔內充填反濾性好的粗顆粒料(碎石、礫石、卵石)，在地基中形成滲透性能良好的人工豎向排水降壓通道，可有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高，防止砂土、粉土產生液化，加快地基的排水固結。

3)預振效應。碎石擠密樁在成孔及成樁時，振動錘的強烈振動使填入料和地基土在擠密的同時獲得強烈的預振效果，對砂土、粉土增強抗液化能力是極為有利的。

碎石擠密樁特點是作業規范化、程序化、標準化，施工簡單，工藝流程清晰，操作者和管理者易于掌握。

本次處理深度為6 m，樁間距為2.5 m，直徑采用0.8 m。

基礎處理范圍:攔河閘及進水閘的控制段，陡坡段，消力池段底部基礎，邊溝U型槽段，攔河閘進口段及陡坡段、消力池段兩側擋土墻底部基礎

經過計算，處理后的砂石樁復合地基的承載力值為116.04 kPa。

2.3 保溫材料

依據《水工建筑物抗凍設計規范》(SL211—2006)要求，本次除險加固工程混凝土結構抗凍標號選取F200。

本次采溫材料為聚苯乙烯泡沫塑料板，采用15 cm。

3 整體工程施工方法

3.1 工程條件

密山市青年灌區北干渠首工程位于密山市東郊9 km處的裴德里河上，渠首上游約8 km為青年水庫。庫水放流利用裴德里河在渠首部位左岸分支形成北干渠。渠首攔河壩原為橡膠壩，壩高1.5 m，壩長58 m，壩頂高程114.0 m;進水閘底板頂高程112.8 m，設計閘前水位113.9 m，設計流量6.7 m3/s。由于年久失修舊閘已無法使用。

經方案比較，廢除原橡膠壩方案，在原址拆除舊閘改建全閘控制泄流方案，工程布置自左至右依次為:進水閘、泄洪閘、邊溝工程。

進水閘3孔單寬2 m，閘室底板高程112.80 m，上游河道干砌石護砌，下游護坦用長8m格賓石籠海漫與渠道連接。

攔河閘主要任務是灌溉期擋水，洪水期泄洪。閘室總寬60 m，5孔，開敞式，每孔凈寬10 m，長8.0 m，閘底板厚1.2 m，中墩厚2 m，采用中墩分縫，邊墩厚1 m，閘底板頂高程為112.50 m。采用1∶4的陡坡段與消力池連接，陡坡段6.8 m。矩形消力池，池長11.8 m，深1 m，底板頂高程110.80 m，厚0.80 m。海漫段長15 m。

本工程在施工方面特點如下:

1)對外交通甚為方便?；疖囌揪嚅l址約9 km，市內交通路面行車風雨無阻。北干渠首上游大約20 m處有裴德鎮鄉道及拱橋經過閘址。

2)閘址左右岸處均很平緩，有較開闊的場地，可供布置生產與生活等臨時設施。

3)由于本工程主要施工項目為混凝土工程，因此工程施工較為單一，有利于安排勞動力計劃和施工機械的調配。

4)施工供電現有10 kV輸電線路可供使用。

5)施工期要求保證灌溉供水需要。

3.2 導流方式

根據閘址現狀，擬采用分期導流方式。由于目前還不能確定施工的具體時間，為了不影響施工期灌溉用水，當工程安排上半年開始施工時，應先施工渠首右部分的泄洪閘。保留左側的進水閘供灌溉用水及汛期泄流。當工程安排下半年開始施工時，應先施工渠首左部分的進水閘。保留右側的泄洪閘泄流。本階段因施工水文資料不完整，首先確定導流方式，待資料完備時再補充水文數據。

3.3 導流建筑物

導流建筑物為分期圍堰，分上下游圍堰和縱向圍堰，共設置兩期。

一期圍堰視開工時間圍檔左側建筑物或是右側建筑物，二期圍堰反之。具體布置是:當工程安排上半年開始施工時，修筑主河槽右側圍堰，即一期圍堰，圍檔泄洪閘部分，在一期圍堰的保護下修建右側的泄洪閘。留出原進水閘及沖砂閘保證施工期灌溉用水，多余的來水由沖砂閘泄入主河道。當泄洪閘施工到本年的8月中旬，灌溉用水已基本結束，泄洪閘已基本完工，這時應及時修筑二期圍堰圍檔主河槽左側的進水閘及沖砂閘，來水走泄洪閘。在二期圍堰的保護下修筑進水閘及沖砂閘，要求在來年的5月初進水閘及沖砂閘的施工應達到使用程度，使之不影響灌溉用水。

施工期閘址上游有兩股來水:①是灌溉用水;②是區間來水，汛期來水基本由水庫調蓄。根據水文提供的兩股來水量的大小，估算出圍堰設置2m高左右，堰頂高程:上游圍堰114.3 m，下游113.9 m。圍堰按走車考慮頂寬設5 m，上游邊坡1∶3下游邊坡1∶2.5?？v向圍堰盡可能減少占地空間，采用編制袋土圍堰，頂寬2 m，坡比1∶0.25，中間夾防滲膜防水。

4 建議

如果工程安排下半年開始施工時，應在8月中旬灌溉結束后首先施工主河槽左側的進水閘及沖砂閘，施工期到來年的5月初應使進水閘及沖砂閘達到使用程度，保證灌溉用水和泄洪的要求，5月后施工泄洪閘。

[1] 黑龍江省水利水電勘測設計研究院.黑龍江省密山市青年灌區北干渠首除險加固工程初步設計報告書[R].哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2011.