自由調節式退水井在淮河干流蚌浮段治理工程圍堰退水設施中的應用

唐柱閂

一、工程概況

淮河干流蚌埠（吳家渡）至浮山段河道全長94km，位于淮干中游的下段，蚌埠吳家渡水文站控制流域面積12萬km2。水利部淮委以淮委規計〔2004〕693號文《關于淮河干流蚌埠至浮山段治理工程（方邱湖孫咀和趙拐堤防退建、方邱湖進口至臨北段進口河道疏浚、姚灣護岸工程）初步設計的批復》批準該設計。淮干蚌浮段治理施工過程中綜合考慮淮干大堤的安全性、重要性，切實保障該工程6＃-3圍堰施工期退水設施的正常安全運行，對該圍堰的退水設施進行全面的方案設計和施工布置，圍堰退水設施的核心部分采用了自行研制的自由調節圍堰水位的鋼筋混凝土式退水井。

二、退水設施的布置

根據現場查勘，結合主體工程土方的分配和船型安排情況，經過綜合比較分析，擬定6＃-3圍堰的退水設施布置在對應河道樁號115+831的右岸淮干大提上。該處圍堰內現狀地面高程為17.5m，河道引水面灘地高程為16.6～17.0m，寬約180m。工程退水設施由退水井、退水管、一級跌水消能（消力坎）、退水明渠和二級跌水消能等主要結構組成。

三、退水設施的設計分析

1.退水井設施的設計分析

（1）退水井選型

退水井是整個退水系統的核心部分，是整個退水系統能否正常安全運行、回水泥漿濃度能否得到有效控制的關鍵。在總結多年施工經驗的基礎上，針對圍堰容量適中、回水流量大、施工周期較長等特點，施工單位自行研制出了可自由調節圍堰水位的鋼筋混凝土式退水井。該井的運行機理視圍堰內泥面堆積高度，通過增減口門周邊的擋水板調節水位，水流則從擋水板頂部溢流至退水口內，經退水管、消力坎、退水渠和出水鋼管排至河道。

（2）退水井組成結構

1）井身結構

①采用鋼筋混凝土構筑基座。

②4根鋼筋混凝土立柱。每根立柱均與基座澆筑成一體，立柱兩側均留有凹型槽。

③12根預制鋼筋混凝土橫擋，置于相鄰立柱的中間和頂端，用于增加立柱的側壓力。

④若干不同規格的木板，用于插入相鄰立柱的凹槽中，以調整余水的排出流量。

⑤制作一塊一定規格和大小的鋼質連接板，其間適當部位留有與排水管直徑一致的圓孔。連接板左右兩側分別與兩個立柱連接，下端與基座連接，上端加裝一定規格的角鋼后，用于加裝木板。

⑥為配合封堵鋼板對可能的倒灌水流的進一步封堵，在退水井井底放置適量的袋裝土和塊石（該設施僅在必要時使用）。

2）主要設計尺寸

①退水井應布置距堤腳10m以外的地方，且對靠近退水井一側的大堤應護坡，以加大堤身斷面，提高該段大堤的安全性。

②井底高程17.5m，井頂高程22.5m。

③底板正方形、每邊凈寬4.5m、厚度0.6m。

④立柱為正方形，每邊寬0.6m。

⑤退水井單邊寬度1.8m。

⑥進水方式為四面溢流，設計溢流高度0.3m。

⑦可調節最小水位差0.1m。

⑧構造形式為框架式結構，井架立柱及橫撐部位內配鋼筋，橫撐為鋼筋混凝土結構，尺寸為0.3m×0.3m×1.8m。立柱尺寸為0.6m×0.6m，內設擋板門槽。

⑨適用范圍：3m≤大堤凈高h≤10m。

2.退水鋼管設計分析

（1）退水管徑分析

工程將投入2艘JX3100絞吸式挖泥船進場施工，兩艘挖泥船設計清水流量均為5000m3/h，出泥量為清水流量的10%，實際出水量應為排水流量乘以0.9的系數。同時，挖泥船作業一般有效施工時間為每天18h，退水流量系數應為18/24=0.75。

1）排水流量確定

根據以上分析，兩條挖泥船實際排水流量應為：

2）計算堰寬（退水井進水口處采用退水薄壁堰式）

退水井退水口通過增減擋水板控制退水水位和泄流量，泄水經過擋水板時，形成薄壁堰流，泄水能力計算公式采用：

Q泄=ξ×m×B×（2g）1/2×H3/2其中，Q泄—通過泄水口排出的流量（m3/s）；

ξ—側向收縮系數，一般取0.96；

m—流量系數，薄壁堰一般取0.42；

B—堰寬（m）；

g—重力加速度9.8m/s2；

H—堰頂水頭m，取0.3m。

要滿足Q泄=Q排，則堰寬B=Q泄÷[ξ×m×（2g）1/2×H3/2]=6.4m，則單邊井寬為L=6.4÷4=1.6m，取1.8m。

3）退水鋼管管徑計算

退水涵管與退水井砌筑為一體，總長55m，上口高程設為17.8m，下口高程設為 17.0m，則坡降 i=（17.8-17.0）÷55=1.45%，計算公式為：

其中，Q管泄—數值等于圍堰設計排泄流量，即為 1.875（m3/s）；

m—管道流量系數，一般取0.86；

ω—管道進口斷面面積（m2），取管道斷面積為ω=1/4×π×d2；

g—重力加速度9.8m/s2；

H—水頭0.8m；

i—管道坡降，為1.45%；

n—收縮系數，一般取0.85；

l—管道長度，為55m。

Q管泄=m×ω×[2g（H+il-nd）]1/2=m×1/4×π×d2×[2g（H+il-nd）]1/2=1.875，經過試算，d=0.8m，考慮到管道進口端水流條件差，取管道直徑D=1.0m。

（2）退水鋼管結構

1） 1000mm的排水管若干節，主要埋于淮干大堤堤身內，其中進水端高程為17.8m，與鋼質連接板緊固，出水端高程為17.0m。

2）止水3道，置于排水管大堤堤身段的適當位置，用于阻止水通過管壁流動，導致堰身坍塌等險情發生。

3）一塊封堵鋼板，當水位達到一定高度時，啟用該設施封堵排水管的出水口，避免水倒流至圍堰。在水位低于內水位時段，圍堰內的積水即退水井自排，在水位高于內水時段，涵管出口設封堵悶頭進行控制，防止堰外水倒灌而影響工程進度。

四、退水設施的施工

1.退水井井體施工步驟

（1）在擬建退水井基座處，按照設計圖紙開挖一定尺寸的地基。

（2）在夯實、鋪平地基并定好尺寸后，澆筑鋼筋混凝土基礎。

（3）澆筑鋼筋混凝土立柱，并適時架接橫擋、密實鋼質連接板等。

2.退水鋼管施工技術要求

（1）退水管安設

1）挖槽底寬為2.0m，退水管進水口底高程17.8m，出水口的底高程17.0m。

2）平整挖槽地基。

3）按照排泥主管線的施工工藝架接排水管，并將鋼質連接板與排水管的進水口緊密。

（2）止水處理

在堤身段退水管適當位置埋設3道止水。先在三面開挖0.5m深的凹槽，再將一足夠大的薄膜沿退水管周邊扎緊，并將薄膜三邊伸入凹槽，薄膜兩側用松軟泥土堆好。

（3）土方填筑

1）根據填筑部位的不同，采用不同的壓實方法，對局部壓實不到的采用人工配合機械夯實，確保回填土方達到設計要求。圍堰填筑要求壓實度不低于0.92。

2）土方填筑，應采用接近最優含水量的土料，且土料的含水量應控制在最優含水量的范圍內，如果超出，應采取措施，如翻曬等，使含水量滿足要求后，再進行填筑。

3）分段填筑時，各土層之間應設立標志，以防漏壓、欠壓和過壓，上、下層分段位置應錯開。

4）必須嚴格控制鋪土厚度及土塊粒徑。機械壓實嚴格控制每層不超過30cm，土塊粒徑不大于8cm；每層壓實后經監理人驗收合格后方可鋪筑上層土料。

5）由于天氣、施工等原因停工的回填工作面應加以保護，復工時必須仔細清理，經監理人驗收合格后，方準填土，并記錄審查。如填土出現“彈簧”、層間光面、層間中空，松土層或剪力破壞現象時，應根據情況認真處理，并經監理人驗收合格后，方可進行下一道工序。

6）雨前碾壓應注意保持填筑面平整，以防雨水下滲和避免積水。下雨或雨后不允許踐踏建筑面，雨后填筑面應晾曬或處理，并經監理人檢驗合格后方可繼續施工。

7）土方填筑時，無論采用人工夯實還是機械碾壓，除應滿足本節條款外，還必須符合《堤防工程施工規范》（SL260—98）中的有關要求。

五、結語

工程的圍堰退水系統安全是施工中的重點內容，貫穿施工全過程。退水井施工又是退水設施的核心部分，關系到圍堰退水系統工程建設的成敗。自行研制的自由調節圍堰水位的鋼筋混凝土式退水井在本工程的成功應用，確保了整個工程運行安全、高效、低耗■