内河航道疏浚抛泥区钢结构井架式退水口系统的设计与应用

汪顺利 （安徽省港航投资集团有限公司，安徽 合肥 230000）

1 引言

新汴河航道综合整治工程（宿县至徐岗）段，全长95.1km，Ⅳ级航道标准整治，航道底宽50m，最小通航水深2.5m，最小弯曲半径330m。主要土质为粉质粘土及粉土、砂疆土。航道整治主要采用环保型绞吸式挖泥船进行疏浚，施工工艺：铰刀将水下泥土搅碎，利用泥泵、排泥管将泥水混合物排送至抛泥区沉淀后，余水从退水口排出。

根据项目所在地区域限制及环保要求，抛泥区的容量、泥土沉淀及余水排放效果要求极高，而退水口是关键部位之一。为有效保障施工效率，避免施工回淤大、固结缓慢，防止堰体渗水、崩塌，甚至出现严重的工程事故和不良社会影响的问题，将过去常用退水口砖混竖井式改为钢结构井架式，并在工程应用过程中经过进一步论证与完善。

2 技术特点

钢结构井架式退水口系统，结构简单，不使用传统利用砖混竖井式、混凝土管涵等拆除困难材料且弃渣造成对环境污染，改进为钢结构井架式，易制作安装，减少了传统退水口繁杂的施工工序，加快了施工进度，可有效防止涵管衔接处渗透风险，钢结构井架可循环利用。

3 结构组成及技术原理

钢结构井架式退水口系统主要包括槽钢框架、挡泥板、退水管、消能池、退水渠。由槽钢通过水平撑和剪刀撑进行固定形成立柱框架，框架上设置一个水槽，挡泥板设置在水槽上方的槽钢框架的槽钢槽内，退水管一端插入到开孔内，另一端从围堰穿过延伸到消能池内，消能池内远离围堰的一侧设有退水渠。

3.1 井架钢结构系统

立柱框架采用8根14a槽钢标准件，槽钢立柱长度H为=围堰填土高度h+1m(即H=h+1m)。立柱框架之间用6×6cm角钢作为剪刀撑及水平撑焊接形成钢结构系统。

3.2 水槽系统

井架四周及底部用5块6mm钢板与立柱框架焊接成水槽，水槽高度为80cm且在靠围堰侧水槽钢板居中位置开圆孔,为后续与退水管连接；水槽底距立柱框架底部约1m（在后期退水口安装时嵌入土壤内，确保钢结构退水口的稳定性）。

3.3 挡泥板系统

为便于操作，采用5cmx10cm方木作为挡泥板。在吹填过程中根据抛泥区水位高程适当增减挡泥板高度,控制排出堰体水中的含泥量及吹填平整度，具体如上图。

3.4 安全设施

在井架顶部向下0.5m处焊接钢筋网格栅状的井盖，固定于槽钢框架上，用作工人在插入挡泥板时的工作平台，确保工人的人身安全。

4 工艺流程

计算吹填区面积和船舶吹填流量→计算钢结构井架尺寸→根据计算参数绘图→根据图纸下料、焊接成型→挖机吊装安装→安装退水管和消能池→验收吹填使用。

5 设计应用要点

①为了确保抛泥区退水口的安全性，首先必须计算稳定性。根据本项目的抛泥区为例，面积大约10h㎡，吹填深度约3.5m，吹填容量35万m3，施工船舶为300m3/h的绞吸式挖泥船，每小时流量3000m3，则根据《疏浚工程施工技术规范》（SL 17-2014）相关规定：

挖泥船正常作业时总流量为Q总=K×Q×（1-P）。式中修整系数K取1.3；Q挖泥船吹填总流量（3000m3/h=0.83m3/s）；P为吹填时泥浆浓度，约10%；Q总=1.3×0.83×0.9=0.9711m3/s。

退水口溢流流量为：Q溢=M×b×；g 为重力加速度：9.8m/s2；m 为流量系数,取 0.45；b为退水口宽度；H为井内水头，取0.5m；为确保井架安全则Q溢＞Q总，即g ×0.45 ×b ×0.33/2 ＞0.9711m3/s，b ＞2.96m。

为确保吹填过程安全，加上雨季和汛期雨水偏大，井架宽度按照3m设计和制作能够满足吹填需求。

②井架立柱采用槽钢焊接而成，槽钢槽口作为各侧的挡板插口且槽口深不得小于5cm，以防挡泥板使用过程受压变形而脱离槽钢插口；焊接采用两边满焊，立柱槽钢之间采用角钢作为支撑，每层支撑必须在同一高程处，每隔1m高度加一道支撑，以便后续抛泥使用期间人工上下操作安全。在井架底座拟靠近堰体侧加焊一块6mm的厚钢板，并在钢板上开孔，孔径比退水管外径大2cm左右，并预留螺栓孔位置以备后续退水管安装使用。

③井架制作完成后直接采用挖机吊装至预选的退水口处，在井架底座处开挖一50cm基槽，然后再将井架安装在基槽内固定并嵌入土内1m，安装时用水准仪测量井架四角高差，偏差控制在5mm以内。井架安装结束后，将退水管接至井架内固定并做好井架和退水管之间接口处理，接入井架的退水管采用钢管最佳，法兰盘与钢板间加橡胶垫防渗漏。

④钢结构井架退水系统安装完毕后，再吹填使用前对井架涂刷防锈漆以防使用过程钢材锈蚀。

⑤使用过程中采用5cm×10cm的模板作为挡泥闸板来调节吹填区内水位高程，模板表面抛光防止使用时出现倒刺伤手，同时对模板表面涂刷桐油防止模板在水中浸泡腐蚀变形。

6 质量安全控制要点

①井架焊接必须双面满焊，槽钢及角钢必须采用标准件，以防抛泥后期泥面对井架压力过大而导致井架变形脱焊；井架底座必须设置钢板避免抛泥过程水流冲刷，退水管与井架侧面钢板连接螺栓牢固无缝隙以免水流渗漏。

②井架必须安装在吹填区内-50cm深处，避免抛泥过程中单侧受力过大使得井架倾斜变形等影响退水系统的使用。

③钢结构井架退水口使用过程中必须每日巡查吹填区内泥面高程，及时加高挡泥板高度确保退水口排至消能池及退水渠的均为清水，避免导致的施工回淤。

④抛泥完成后固结期间定期检查退水口，当退水口无溢流水出现时可适度逐层减少挡泥板，同时及时清理井架外侧淤泥，直至固结完成。

7 结语

钢结构井架式退水口系统在内河航道疏浚抛泥区的成果设计与应用，创造了良好的经济效益和社会效益。