王宇平,刘 蕊
( 黑龙江农垦勘测设计研究院,哈尔滨150090)
兴凯湖灌区位于黑龙江省三江平原东南部的穆棱河下游地区,密山市和虎林市境内,行政隶属于黑龙江省农垦总局牡丹江分局,灌溉规划水田面积1.34 万hm2,工程规模为大( 1) 型灌区[1-2]。新河总干渠是兴凯湖灌区的总干渠,全长74.39 km,担负着6.13 万hm2水田的输水任务。
小穆棱河渡槽位于新河总干渠第三段的末端,下游杨木分区和清河分区约2.2 万hm2的水田灌溉需求,设计流量32.33 m3/s,加大流量38.79 m3/s,渡槽工程级别为3 级。小穆棱河渡槽为综合式渡槽,槽前设有节制闸及泄水闸。槽身断面为矩形,分两槽,槽高2.8 m,槽长63 m,分7 跨,单跨长9 m。由进口节制闸、进口U 槽、进口挡土墙,槽身、出口U槽、出口挡土墙、泄水闸、陡槽、消力池等组成[3]。
小穆棱河渡槽处布置了7个地质孔,地质情况依次为:表层淤泥土厚0.3 ~1.0 m,平均厚0.65 m,平均高程在59.78 ~60.43 m; 第二层为低液限粉土厚0.8 ~3.3 m,平均厚度2.5 m,平均高程在59.78~57.28 m,容许承载力150 kPa; 第三层为含砂低液限黏土,厚度1.4 m,高程在57.28 ~55.88 m,容许承载力120 kPa; 第四层为含细粒土细砂,厚度2.5 ~6 m,平均厚度4.25 m,容许承载力110 kPa,第五层往下,多为低液限黏土、细砂,容许承载力在120~160 kPa。
小穆棱河渡槽下游500 m有一座节制闸,通过关闭下游节制闸,将小穆棱河的上游来水拦蓄起来,来满足约0.067 万hm2水田的灌溉要求,经过拦蓄之后,河水水位保持在61.50 ~62.5 m。
小穆棱河渡槽设计为Ⅲ等建筑物,施工洪水标准为5 a一遇,设计按自然条件下计算,施工洪水位为60.57 m,设计临时工程围堰顶高程61.07 m。在施工时,八五八农场因要灌溉水田,将下游节制闸关闭,抬高小穆棱河该区域水位以满足灌溉要求,使水位达到了61.50 ~62.5 m,比设计围堰设计水位高1.43 m。致使围堰工程量增大,黏土料场储量不足,这样就增大了外运比例,增加了工程投资。因此,按原设计方案,先修筑围堰,再将基坑内淤泥全部清除,再分层回填夯实后的施工方案无法实现。
小穆棱河渡槽位于河道及漫滩地带,基坑积水严重,土料的含水率极大,无法达到碾压强度,必须经过晾晒才能满足设计要求,将大大延缓施工进度。
该地区大面积发展水田,造成地下水位持续下降,已出现超采现象,因工期的要求,急需推进工程建设时间。
为了加快施工进度,施工使用建筑垃圾填在河道中,修筑50 m长,5 m宽的进场路,填筑长92 m,宽19 m的筑岛平台,高程在62.5 m以上。在筑岛平台上,完成渡槽主体工程。这种施工方案不仅不用施工围堰导流,而且能够满足670 hm2水田的灌溉要求,更能使施工工期提前约50 d,尽快发挥工程效益。
针对工程现状,对以下3个方案进行了比较:
该方案需将多填筑的黏土及河床0.5 m厚的淤泥质粉土挖除,回填砂性土,方案可行,可靠度高,但费用高。
首先挖除河底淤泥质粉土,挖至含细粒土细砂下30 cm处,平整基底,然后进行换填,换填材料在距基础底面80 cm 范围内换填黏性土,分层碾压夯实,控制标准同设计交底。其下应根据就近料场具体情况选用碎石或砾砂、应级配良好,不含植物残体、垃圾等杂质,相对密度≥0.75,砂石的最大粒径≤5 cm,渗透系数≥10-2cm/s。
换填垫层顶面每边超出基础底边为300 mm,向下按30°扩散角扩散; 换填采用分层压实,每层厚度宜选用20 ~30 cm,碾压要达到密实均匀,均匀误差≤10%,基础承载力[R]≥160 kPa。
桩径、桩长均与槽身下灌注桩相同,经计算总布桩24 根,总桩长372 m。其中4#挡土墙及退水闸灌注桩基础长16 m,共8 根; 节制闸灌注桩基础长19 m,共4 根;其余长度均为14 m,共12 根。1#、3#、4#、6#、7#挡土墙基础下换填1.4 m深级配良好的粗砂及碎石。灌注桩所需混凝土量514.2 m3,钢筋37 228.1 kg,素 混 凝 土40.8 m3,粗 砂 及 碎 石共273.5 m3。
经比较,方案1 比方案3 投资高,工期长;方案2与方案3 投资相近,但工期长。为加快工程进度,节省投资,并更加有效防止节制闸和泄水闸建成后发生不均匀沉降,综合比较之后,采用方案3 钻孔灌注桩方案。
总之,地基处理方案设计,首先要了解地质情况,针对该处的地基条件及施工条件,通过技术、投资、施工等方面分析与比选,使设计方案达到技术上可靠、经济上合理。
[1]黑龙江农垦勘测设计研究院. 黑龙江省三江平原兴凯湖灌区总干渠工程初步设计报告[R]. 哈尔滨:黑龙江农垦勘测设计研究院,2008.
[2]黑龙江农垦勘测设计研究院. 黑龙江省兴凯湖灌区续建配套与节水改造工程实施方案[R]. 哈尔滨:黑龙江农垦勘测设计研究院,2008.
[3]竺珠慧,陈德亮,管枫年. 渡槽[M],北京:中国水利水电出版社,2005.