青年灌区北干渠首砂性土地基处理及整体工程施工导流方案

白童学，于洪忠

(1.黑龙江省泥河水库管理处，黑龙江 绥化 151500;2.密山市青年灌区水利水保总站，黑龙江 密山 158300)

1 渠首现状情况及存在问题

密山市青年灌区位于密山市东部，北干渠首承担着北干分灌区的灌溉任务，灌溉面积2.73万hm2。北干渠首现状橡胶坝老化损坏近20 a，造成北干渠供水保证率低，水稻减产。由于20世纪70年代末做设计、且施工技术水平低，抗冻融能力不够，闸墩严重破损开裂，钢筋外露，进水闸和冲砂闸都产生了不均匀沉陷，导致启闭机排架柱在根部和顶部剪断，启闭台变形，严重影响螺杆启闭机的正常工作。进水闸和冲砂闸已经没有维修价值，需拆除重建。

2 渠首地基处理方案

2.1 渠首工程地质条件

本工程地质勘查表明，渠首第四系为双层结构地基。上部表层厚度为1.70 m连续缝补的低液限黏土，下部以砂性土为主。各地层厚度稳定，产状近水平。

砂性土的容许承载力均较低，特别是地基上部②层含细粒土细沙的标准贯入试验矫正后平均击数为n=6.6击，属于松砂层，未经工程处理不宜作为水工建筑物的地基。

砂性土易产生渗透破坏，其允许渗透水力比降建议值[J]允许=0.20。

地基主要由砂性土构成，与混凝土底板的摩擦系数(建议值):②层含细粒土细砂 f=0.25;③层级配良好中砂f=0.40。

基坑开挖临时边坡，建议边坡比:黏性土(水上)1∶0.5，低液限黏土(水下)1∶1.5;砂性土 1∶2.5。

基坑边坡主要由细砂构成，基坑开挖时可能会有“流沙”涌入坑内，宜采取相应工程措施。排水方式可采用明排。环境水对混凝土建筑物无腐蚀性。

2.2 基础处理

根据工程地质勘查对北干渠首工程的评价及结论，砂性土的容许承载力均较低，特别是地基上部②层含细粒土细砂的标准贯入试验校正后平均击数为n=6.6击，属于松砂层，未经工程处理不宜作为水工建筑物的地基。针对地质结论，本次对地基采用挤密碎石桩进行处理，进而提高基础承载力。

碎石挤密桩是通过成桩过程中对周围砂土、粉土层的挤密、振密作用和靠碎石的压入获得加固效果，使砂土、粉土层的密实度增加;同时设置的碎石挤密桩增强体，本身又是一个良好的排水通道，它的存在不仅有利于砂土、粉土层中超孔隙水压力的消散，有效地增强土体的抗液化能力，而且在荷载的作用下，碎石挤密桩增强体又与砂土、粉土层共同承担荷载作用，即形成碎石挤密桩复合土层。碎石挤密桩加固砂土、粉土地基的主要目的是提高地基土承载力，减少变形和增强抗液化性。加固原理如下:

1)挤密作用。在成桩过程中桩管对周围砂土、粉土层产生很大的横向挤压力，桩管体积的土挤向桩管周围的土层，使桩管周围的土层孔隙减小、密实度增大。

2)排水降压作用。碎石挤密桩加固砂土时，桩孔内充填反滤性好的粗颗粒料(碎石、砾石、卵石)，在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水降压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高，防止砂土、粉土产生液化，加快地基的排水固结。

3)预振效应。碎石挤密桩在成孔及成桩时，振动锤的强烈振动使填入料和地基土在挤密的同时获得强烈的预振效果，对砂土、粉土增强抗液化能力是极为有利的。

碎石挤密桩特点是作业规范化、程序化、标准化，施工简单，工艺流程清晰，操作者和管理者易于掌握。

本次处理深度为6 m，桩间距为2.5 m，直径采用0.8 m。

基础处理范围:拦河闸及进水闸的控制段，陡坡段，消力池段底部基础，边沟U型槽段，拦河闸进口段及陡坡段、消力池段两侧挡土墙底部基础

经过计算，处理后的砂石桩复合地基的承载力值为116.04 kPa。

2.3 保温材料

依据《水工建筑物抗冻设计规范》(SL211—2006)要求，本次除险加固工程混凝土结构抗冻标号选取F200。

本次采温材料为聚苯乙烯泡沫塑料板，采用15 cm。

3 整体工程施工方法

3.1 工程条件

密山市青年灌区北干渠首工程位于密山市东郊9 km处的裴德里河上，渠首上游约8 km为青年水库。库水放流利用裴德里河在渠首部位左岸分支形成北干渠。渠首拦河坝原为橡胶坝，坝高1.5 m，坝长58 m，坝顶高程114.0 m;进水闸底板顶高程112.8 m，设计闸前水位113.9 m，设计流量6.7 m3/s。由于年久失修旧闸已无法使用。

经方案比较，废除原橡胶坝方案，在原址拆除旧闸改建全闸控制泄流方案，工程布置自左至右依次为:进水闸、泄洪闸、边沟工程。

进水闸3孔单宽2 m，闸室底板高程112.80 m，上游河道干砌石护砌，下游护坦用长8m格宾石笼海漫与渠道连接。

拦河闸主要任务是灌溉期挡水，洪水期泄洪。闸室总宽60 m，5孔，开敞式，每孔净宽10 m，长8.0 m，闸底板厚1.2 m，中墩厚2 m，采用中墩分缝，边墩厚1 m，闸底板顶高程为112.50 m。采用1∶4的陡坡段与消力池连接，陡坡段6.8 m。矩形消力池，池长11.8 m，深1 m，底板顶高程110.80 m，厚0.80 m。海漫段长15 m。

本工程在施工方面特点如下:

1)对外交通甚为方便。火车站距闸址约9 km，市内交通路面行车风雨无阻。北干渠首上游大约20 m处有裴德镇乡道及拱桥经过闸址。

2)闸址左右岸处均很平缓，有较开阔的场地，可供布置生产与生活等临时设施。

3)由于本工程主要施工项目为混凝土工程，因此工程施工较为单一，有利于安排劳动力计划和施工机械的调配。

4)施工供电现有10 kV输电线路可供使用。

5)施工期要求保证灌溉供水需要。

3.2 导流方式

根据闸址现状，拟采用分期导流方式。由于目前还不能确定施工的具体时间，为了不影响施工期灌溉用水，当工程安排上半年开始施工时，应先施工渠首右部分的泄洪闸。保留左侧的进水闸供灌溉用水及汛期泄流。当工程安排下半年开始施工时，应先施工渠首左部分的进水闸。保留右侧的泄洪闸泄流。本阶段因施工水文资料不完整，首先确定导流方式，待资料完备时再补充水文数据。

3.3 导流建筑物

导流建筑物为分期围堰，分上下游围堰和纵向围堰，共设置两期。

一期围堰视开工时间围档左侧建筑物或是右侧建筑物，二期围堰反之。具体布置是:当工程安排上半年开始施工时，修筑主河槽右侧围堰，即一期围堰，围档泄洪闸部分，在一期围堰的保护下修建右侧的泄洪闸。留出原进水闸及冲砂闸保证施工期灌溉用水，多余的来水由冲砂闸泄入主河道。当泄洪闸施工到本年的8月中旬，灌溉用水已基本结束，泄洪闸已基本完工，这时应及时修筑二期围堰围档主河槽左侧的进水闸及冲砂闸，来水走泄洪闸。在二期围堰的保护下修筑进水闸及冲砂闸，要求在来年的5月初进水闸及冲砂闸的施工应达到使用程度，使之不影响灌溉用水。

施工期闸址上游有两股来水:①是灌溉用水;②是区间来水，汛期来水基本由水库调蓄。根据水文提供的两股来水量的大小，估算出围堰设置2m高左右，堰顶高程:上游围堰114.3 m，下游113.9 m。围堰按走车考虑顶宽设5 m，上游边坡1∶3下游边坡1∶2.5。纵向围堰尽可能减少占地空间，采用编制袋土围堰，顶宽2 m，坡比1∶0.25，中间夹防渗膜防水。

4 建议

如果工程安排下半年开始施工时，应在8月中旬灌溉结束后首先施工主河槽左侧的进水闸及冲砂闸，施工期到来年的5月初应使进水闸及冲砂闸达到使用程度，保证灌溉用水和泄洪的要求，5月后施工泄洪闸。

[1] 黑龙江省水利水电勘测设计研究院.黑龙江省密山市青年灌区北干渠首除险加固工程初步设计报告书[R].哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2011.