內(nèi)河航道疏浚拋泥區(qū)鋼結(jié)構(gòu)井架式退水口系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

汪順利 （安徽省港航投資集團(tuán)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(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)為粉質(zhì)粘土及粉土、砂疆土。航道整治主要采用環(huán)保型絞吸式挖泥船進(jìn)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(qū)沉淀后，余水從退水口排出。

根據(jù)項(xiàng)目所在地區(qū)域限制及環(huán)保要求，拋泥區(qū)的容量、泥土沉淀及余水排放效果要求極高，而退水口是關(guān)鍵部位之一。為有效保障施工效率，避免施工回淤大、固結(jié)緩慢，防止堰體滲水、崩塌，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的工程事故和不良社會(huì)影響的問題，將過去常用退水口磚混豎井式改為鋼結(jié)構(gòu)井架式，并在工程應(yīng)用過程中經(jīng)過進(jìn)一步論證與完善。

2 技術(shù)特點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)井架式退水口系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，不使用傳統(tǒng)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(duì)環(huán)境污染，改進(jìn)為鋼結(jié)構(gòu)井架式，易制作安裝，減少了傳統(tǒng)退水口繁雜的施工工序，加快了施工進(jìn)度，可有效防止涵管銜接處滲透風(fēng)險(xiǎn)，鋼結(jié)構(gòu)井架可循環(huán)利用。

3 結(jié)構(gòu)組成及技術(shù)原理

鋼結(jié)構(gòu)井架式退水口系統(tǒng)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(jìn)行固定形成立柱框架，框架上設(shè)置一個(gè)水槽，擋泥板設(shè)置在水槽上方的槽鋼框架的槽鋼槽內(nèi)，退水管一端插入到開孔內(nèi)，另一端從圍堰穿過延伸到消能池內(nèi)，消能池內(nèi)遠(yuǎn)離圍堰的一側(cè)設(shè)有退水渠。

3.1 井架鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

立柱框架采用8根14a槽鋼標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

3.2 水槽系統(tǒng)

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(cè)水槽鋼板居中位置開圓孔,為后續(xù)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(shí)嵌入土壤內(nèi)，確保鋼結(jié)構(gòu)退水口的穩(wěn)定性）。

3.3 擋泥板系統(tǒng)

為便于操作，采用5cmx10cm方木作為擋泥板。在吹填過程中根據(jù)拋泥區(qū)水位高程適當(dāng)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(shè)施

在井架頂部向下0.5m處焊接鋼筋網(wǎng)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(shí)的工作平臺(tái)，確保工人的人身安全。

4 工藝流程

計(jì)算吹填區(qū)面積和船舶吹填流量→計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)井架尺寸→根據(jù)計(jì)算參數(shù)繪圖→根據(jù)圖紙下料、焊接成型→挖機(jī)吊裝安裝→安裝退水管和消能池→驗(yàn)收吹填使用。

5 設(shè)計(jì)應(yīng)用要點(diǎn)

①為了確保拋泥區(qū)退水口的安全性，首先必須計(jì)算穩(wěn)定性。根據(jù)本項(xiàng)目的拋泥區(qū)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(shí)流量3000m3，則根據(jù)《疏浚工程施工技術(shù)規(guī)范》（SL 17-2014）相關(guān)規(guī)定：

挖泥船正常作業(yè)時(shí)總流量為Q總=K×Q×（1-P）。式中修整系數(shù)K取1.3；Q挖泥船吹填總流量（3000m3/h=0.83m3/s）；P為吹填時(shí)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(shù),取 0.45；b為退水口寬度；H為井內(nèi)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(shè)計(jì)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(cè)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(xù)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(cè)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(yù)留螺栓孔位置以備后續(xù)退水管安裝使用。

③井架制作完成后直接采用挖機(jī)吊裝至預(yù)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(nèi)固定并嵌入土內(nèi)1m，安裝時(shí)用水準(zhǔn)儀測(cè)量井架四角高差，偏差控制在5mm以內(nèi)。井架安裝結(jié)束后，將退水管接至井架內(nèi)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(jié)構(gòu)井架退水系統(tǒng)安裝完畢后，再吹填使用前對(duì)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(diào)節(jié)吹填區(qū)內(nèi)水位高程，模板表面拋光防止使用時(shí)出現(xiàn)倒刺傷手，同時(shí)對(duì)模板表面涂刷桐油防止模板在水中浸泡腐蝕變形。

6 質(zhì)量安全控制要點(diǎn)

①井架焊接必須雙面滿焊，槽鋼及角鋼必須采用標(biāo)準(zhǔn)件，以防拋泥后期泥面對(duì)井架壓力過大而導(dǎo)致井架變形脫焊；井架底座必須設(shè)置鋼板避免拋泥過程水流沖刷，退水管與井架側(cè)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(qū)內(nèi)-50cm深處，避免拋泥過程中單側(cè)受力過大使得井架傾斜變形等影響退水系統(tǒng)的使用。

③鋼結(jié)構(gòu)井架退水口使用過程中必須每日巡查吹填區(qū)內(nèi)泥面高程，及時(shí)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(dǎo)致的施工回淤。

④拋泥完成后固結(jié)期間定期檢查退水口，當(dāng)退水口無溢流水出現(xiàn)時(shí)可適度逐層減少擋泥板，同時(shí)及時(shí)清理井架外側(cè)淤泥，直至固結(jié)完成。

7 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)井架式退水口系統(tǒng)在內(nèi)河航道疏浚拋泥區(qū)的成果設(shè)計(jì)與應(yīng)用，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。