小河口水庫輸水洞改建加固工程中的沉井設(shè)計(jì)

陳紅菊

【摘要】小河口水庫興建于1958年，后大壩經(jīng)加高培厚，輸水洞未進(jìn)行相應(yīng)的加固改造，不能保證在設(shè)計(jì)條件下水庫的安全運(yùn)行。現(xiàn)淤積嚴(yán)重，若要改建，土方開挖量很大，且大斷面開挖會(huì)傷及大壩壩體，另由于輸水洞進(jìn)口位于現(xiàn)狀淤積面以下17m之多，形成的進(jìn)口漏斗可能坍塌封堵進(jìn)口，致使無法正常輸水。本文主要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工措施等方面對(duì)沉井進(jìn)行了闡述，對(duì)相關(guān)工程設(shè)計(jì)有一定借鑒意見。

【關(guān)鍵詞】沉井；輸水洞；淤泥；改建；設(shè)計(jì)

1、工程概述

小河口水庫輸水洞位于大壩0+190處，進(jìn)口高程648.4m，進(jìn)口設(shè)斜拉平板閘門，洞身為廊道內(nèi)鋪設(shè)鋼筋砼管，廊道為3.4×3.2m馬蹄形斷面，漿砌石結(jié)構(gòu)，廊道內(nèi)鋪設(shè)φ1.3m鋼筋砼管，長165m，縱坡1/100。由于水庫淤積高程已達(dá)665.5m，兩條開啟閘門的鋼絲繩已被淤埋在17m多深的淤泥內(nèi)，閘門無法啟閉。本次設(shè)計(jì)擬在進(jìn)口新建進(jìn)水塔。通過方案比選，進(jìn)水塔基礎(chǔ)改建方案采用沉井方案。

2、沉井結(jié)構(gòu)

輸水洞進(jìn)水塔沉井為3級(jí)建筑物，采用C25鋼筋砼結(jié)構(gòu)。沉井內(nèi)填C15砼實(shí)體結(jié)構(gòu)，沉井頂高程665.5m，沉井高21.5m，沉井內(nèi)徑8m，壁厚1.2m，外徑為10.4m，內(nèi)設(shè)φ1.3m鋼管與原輸水管連接?？偢?1.5m。從下至上分五節(jié)制作，分節(jié)下沉，下部四節(jié)長度為4.0m，上部一節(jié)長度為5.5m，各節(jié)間預(yù)留鋼筋現(xiàn)澆砼連接，第一節(jié)沉井刃腳踏面寬200mm，高1700mm。

2.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.1.1 沉井穩(wěn)定計(jì)算

設(shè)計(jì)中對(duì)沉井的下沉系數(shù)、結(jié)構(gòu)尺寸等分析計(jì)算如下。

1 基本資料：

土的濕容重：γ=20KN/m3，土的內(nèi)摩擦角：φ=25.1°，井壁外側(cè)與土層間的單位摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值fk=19kPa。

2 穩(wěn)定計(jì)算

計(jì)算公式：K=W/∑F；∑F=fkΠDH

式中：K—下沉系數(shù)，K≥1.05

W—沉井自重；∑F—沉井井壁外側(cè)與土層間的摩阻力；fk—單位摩阻力；D—第一節(jié)沉井外徑；H—第一節(jié)沉井高度。

K=W/∑F=2854/2483=1.15>1.05滿足規(guī)范要求。

2.1.2 沉井結(jié)構(gòu)計(jì)算

2、刃腳結(jié)構(gòu)計(jì)算

內(nèi)側(cè)按偏心受壓構(gòu)件計(jì)算，外側(cè)因軸心壓力很小，按純彎構(gòu)件計(jì)算，計(jì)算結(jié)果刃腳內(nèi)外側(cè)均實(shí)配Φ25@150；環(huán)向鋼筋按軸心受拉構(gòu)件計(jì)算，計(jì)算結(jié)果實(shí)配Φ25@150。

3、沉井井壁結(jié)構(gòu)計(jì)算

（1）水平鋼筋計(jì)算

在下沉過程中井壁的水平內(nèi)力按不同高度截面閉合圓環(huán)計(jì)算，并假定在互成90°的兩點(diǎn)處土壤內(nèi)摩擦角的差值為5°～10°。內(nèi)力按下式計(jì)算：

沉井井壁水平鋼筋按偏心受壓構(gòu)件計(jì)算，計(jì)算結(jié)果從下至上均為按最小配筋率配筋，水平鋼筋實(shí)配Φ20@150。

（2）豎直鋼筋計(jì)算

在施工階段，井壁的最大豎向拉斷力按下式計(jì)算：，式中 G—沉井下沉?xí)r的總重量設(shè)計(jì)值（KN），自重分項(xiàng)系數(shù)取1.2。

沉井井壁豎直鋼筋按軸心受拉構(gòu)件計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為按最小配筋率配筋，豎直鋼筋實(shí)配Φ20@150。

2.2 沉井施工

沉井下沉采用排水法施工，為有效減小施工排水難度及排水量，并有效加快施工進(jìn)度，本次設(shè)計(jì)在沉井外圍上游及左右兩側(cè)5m范圍設(shè)φ500mm水泥攪拌樁圍封，樁距0.4m，樁長15m。水泥攪拌樁圍封施工前先利用井點(diǎn)降水降低水位，圍封施工完畢后再進(jìn)行沉井施工。

沉井采用C25鋼筋砼現(xiàn)澆，分五節(jié)制作，分節(jié)下沉，下部四節(jié)長度為4.0m，上部一節(jié)長度為5.5m，各節(jié)間預(yù)留鋼筋現(xiàn)澆砼連接，第一節(jié)沉井刃腳下支承墊木，墊木之間用砂填實(shí)。沉井下沉?xí)r采用排水法施工，施工時(shí)可在沉井與外圍圍封間利用井點(diǎn)降水同時(shí)要在井內(nèi)放潛水泵隨時(shí)抽水，降低沉井內(nèi)的地下水位。井內(nèi)挖土采用人工裝挖，10t塔式起重機(jī)起吊，8t載重汽車將淤泥運(yùn)至棄料場，并要求各直徑方向?qū)ΨQ均勻取土，土面之間的高差不超過0.5m，沉井下沉必須垂直，如發(fā)現(xiàn)有傾斜情形，可在高起的一面多挖淤泥矯正。沉井施工時(shí)，要求沉井外壁必須平滑，以減小下沉摩阻力，對(duì)于砼的強(qiáng)度也有一定要求，井壁側(cè)面不小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的25%，刀腳側(cè)面不小于70%，墊木處不小于100%，達(dá)到上述要求時(shí)方可拆模，進(jìn)行下節(jié)澆筑。沉井下沉完畢后要求刃腳平均標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高的偏差不得超過1cm，沉井的水平位移不得超過8cm。

基底最大壓應(yīng)力大于地基容許承載力可能引起進(jìn)水塔基礎(chǔ)不均勻沉降，導(dǎo)致塔內(nèi)輸水管與洞身內(nèi)的輸水管斷裂，為此必須采取工程措施加以處理?？紤]到工程實(shí)際情況，如在沉井底部進(jìn)行基礎(chǔ)處理，一是施工難度較大，二是效果也不盡理想，本次設(shè)計(jì)考慮到沉井基礎(chǔ)埋深較大，可以利用沉井與周圍土體的摩阻力達(dá)到減小基底應(yīng)力的目的，具體是對(duì)沉井外圍土體進(jìn)行灌漿處理，灌漿處理后可將沉井下沉施工時(shí)井壁與與井外填土之間的空隙填塞密實(shí)，增大沉井外壁與周圍填土的摩阻力。施工時(shí)可在井內(nèi)鉆孔施工，沉井井壁采用預(yù)留孔法施工，具體是在沉井澆筑時(shí)在井壁預(yù)埋Φ50mm鋼管，鉆孔布置根據(jù)沉井尺寸每排設(shè)6個(gè)孔，排距3.5m、4.0m，共設(shè)5排，井外鉆孔孔徑Φ50mm，要求鉆孔伸入井外土體0.5m，灌漿分兩序孔施工，灌漿材料采用水泥漿，灌漿完畢后將孔周圍鑿毛洗凈，以1：3水泥砂漿封口磨平。

3、結(jié)語

小河口水庫輸水洞改建加固工程施工已經(jīng)完成，目前運(yùn)行狀況良好，可滿足小河口灌區(qū)6.53萬畝農(nóng)田的興利用水量。在今后的設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)該多積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過多方案比較，選擇最經(jīng)濟(jì)、合理的建筑物型式，以保證水庫安全、正常的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) 給水排水工程鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程（CECS137-2002）