文献类型： 中文期刊

第一作者： 韩雄

作者： 韩雄;安静华;冯九梁

作者机构：

期刊名称： 山西水利

ISSN： 1004-7042

年卷期： 2000 年 05 期

页码： 30-31

摘要： 1工程概况 　　山西省万家寨引黄工程联接段的汾河水库取水工程，包括汾河水库内进水塔、竖井、坝下隧洞和交通桥。进水塔座落在水库中，距副坝约 100 m，其地质条件为淤泥、壤土、砂砾石和基岩。引黄水经汾河水库调节后，通过进水塔引取库内清水，工程设计流量 20.5 m3/s，年输水量 6.4亿 m3。由于汾河水库为运行中的水库，它担负着下游 10万 hm2农田的灌溉和太原市的防洪任务，在进水塔施工期间，施工必须绝对服从水库的春灌、防洪和冬灌要求，这给施工带来极大的难度。汾河水库正常蓄水位为 1 129 m(实际运行一般不超过 1 127 m)，汛限水位 1 126 m，最低库水位 1 116 m，进水塔基础高程为 1 108 m，为保证进水塔安全施工和质量达标，采用了沉井围护的施工方案。 2进水塔与沉井工程设计 2.1进水塔结构设计 　　进水塔中心处地面标高为 1 118.5 m，基岩面高程 1 110 m，开敞式塔形结构，自下而上设有闸室、检修层、启闭机层，平面结构尺寸长为 18 m、宽为 15.3 m，塔身总高度 41.2 m，进口设 3孔引水闸，每孔宽 4 m、高 21.5 m，上游侧依次设拦污栅、叠梁门、平板钢闸门，以便拦污、拦沙、分层引取库内清水。进水塔下部接直径 3 m、深 21.5 m圆形竖井，坚井后接取水隧洞，隧洞内径 3 m，洞长 435 m。进水塔与大坝坝顶由交通桥连接，桥长 100 m，桥宽 2.8 m，为钢筋混凝土结构。 2.2沉井结构设计 　　沉井按平面形状分为圆形、方形、矩形、多边形等。该工程采用圆形沉井的优点是：制造简单，易于控制沉井下沉的位置，受力性能较其它形状好。沉井在施工中属临时建筑，其目的只是保证在水库正常运行条件下，使进水塔能在水中获得干地施工的条件，待进水塔全部完工后仍需爆破拆除掉大部分沉井，以使进水塔投入运行和使用。沉井内径由进水塔外轮廊尺寸确定为 25 m，井深 18 m，外壁为阶梯形，分为 4节，从下至上各节高度依次为 2 m、 5 m、 6m，其厚度经下沉验算和结构强度计算，自下而上依次为 1.5 m、 1.5 m、 1.4 m、 1.3 m。沉井 1至 3节为钢筋混凝土结构，第四节为混凝土预制块，混凝土总方量为 2 106.1 m3，钢筋总量为 102.6 t。 2.3施工方法设计 　　鉴于取水建筑物的重要性，为确保进水塔和竖井安全正常施工，经技术、经济比较，工程施工决定采用水中筑岛法施工，即在水中回填透水性较好的砂砾石筑成施工平台，然后在平台上下沉沉井。该方案相对于水下施工方案来说，提高了施工安全度，沉井下沉可操作性强，但填筑工程量较大，操作困难。 2.3.1施工控制水位和施工平台高程的确定 　　汾河水库春灌期为每年的 3月至 5月份，多年平均春灌期放水量约 1.8亿 m3。如果沉井施工期控制水位定的偏低，不仅弃水量大，而且会影响来年工农业用水，对社会经济影响较大；如果水位定的偏高，则沉井施工的难度就会加大。经与省水利厅工程管理处和汾河水库管理局协商，水库水位 1 122 m以下库容为 1.53亿 m3，即使在主汛期来水偏少，也不会影响来年工农业用水，如果来水较多，弃水量也不大，则可将沉井施工期水位控制在 1 120 m以下。考虑调洪、风浪爬高和完全超高后，将第一期筑岛平台高程定为 1 124 m。由于进水塔为全年施工，加之汾河水库运行最高水位在非汛期，沉井施工完毕后为了不影响来年工农业用水，故本工程非汛期按 1 126 m水位控制，考虑风浪爬高和安全超高后， 将沉井顶高程定为 1 128 m，交通道路及筑岛平台高程定为 1 127.7 m。 2.3.2沉井施工程序 　　沉井施工平台及引道填筑材料采用汾河水库下游尾水河床天然砂砾石。施工平台以进水塔为中心，半径 19 m，迎水面坡度为 1∶ 2，填筑高程1 127.7 m，引道为长 100 m、宽 7.8 m的引道，需顺着进水塔交通桥路线填筑。 　　沉井平台形成后，沿着沉井外围进行帷幕灌浆，接着进行沉井的立模、混凝土浇筑、下沉和沉井内土方开挖。沉井分节制作，分节下沉。沉井水下部分拟采用高压水枪冲淤、水力泵吸泥下沉法施工。沉井浇筑过程中井壁预埋灌浆管，以便沉井下沉到设计高程后对砂卵石层与基岩面之间进行接缝灌浆。沉井下沉到基岩面 1 110 m高程后，进行沉井封底，封底采取水下浇筑不离析混凝土导管法施工。待沉井完全稳定后，进行竖井和进水塔石方开挖和混凝土浇筑，最后对沉井引水口段进行拆除，不影响进水的大部分沉井可予以保留。 3沉井施工 3.1沉井施工条件及设计修改 　　施工前，在现场勘察中发现，坝面有块石护坡层，层厚约 50 cm，一直向前延伸到水下 1 110 m高程，这层护坡块石将给原设计的水力泵吸泥下沉法施工带来巨大困难，因此沉井下沉改为人工配合小型机械开挖的排水法施工。由于水库风浪较大，为防止 10年一遇的洪水威胁，沉井总高设计修改为 19 m。第一节 4 m，钢筋混凝土结构；第二三节均为 4.2 m，结构同第一节；第四节 6 m，预制块结构；第五节 0.6 m，砌转。井圈厚度第一节 1.3 m，第二节 1.2 m，第三四节均为 1 m，第五节 0.5 m。刃脚采用不等边角钢。沉井施工缝采用 BW止水条。 3.2沉井施工 　　沉井外围来水途径：一是填筑人工岛砂砾石层漏水；二是干砌石护坡和反滤层来水；三是基础砂砾石渗水，风化岩基岩裂隙来水；四是沉井外壁渗漏水。为保证沉井施工基本处于干地，采取灌浆措施。基岩帷幕灌浆底高程为 1 085 m，低于基岩 25 m，已达弱风化岩石，可防止基岩漏水和帷幕底部绕渗；基岩砂砾石层和干砌石护坡段采用粘土泥浆灌浆，以堵住大部分来水。 　　沉井第一节刃脚部分采用目前国内外大型沉井较少使用的无承垫木模法施工，用装载机配合人工开挖刃脚部分土方，形成圆形沟槽人工修整，粘土找平夯实，刃脚斜面坡度 1∶ 0.9，铺两层油毡隔离，刃脚底板用红砖铺垫，找平，按测量放线安装成型角钢，外侧用组合钢模法辅以方木，穿对拉螺栓加固。应用土模法做刃脚，节约了大量垫木及支撑材料，大大缩短了制作工期。 　　沉井开挖时要求四周对称开挖，以保证沉井均匀下沉。设置 8个高程观测点，由水准仪观测其下沉量，根据观测结果调整各点开挖速度，以避免沉井产生偏斜。从沉井的开挖到封底规范结束，共用 86 d，在此期间，沉井接高、混凝土预制块安装和封底混凝土浇筑交叉作业，完成总开挖量 7 400 m3，混凝土浇筑 1 700 m3，中心偏移和水平偏斜均在规范允许范围之内，沉井封底后，无渗水现象发生。 4下沉过程中出现的问题及解决办法 　　经分析，可能引起沉井倾斜偏转的原因包括：人工岛由于水位涨落、水浪拍击造成部分淘空；沉井刃脚下各地质软硬不均匀；护坡干砌石层被压翻形成楔；刃脚下淘空不均匀或淘空过多，沉井突然下沉；井外弃土等原因造成沉井壁偏压；基岩面凸凹不平。 　　以上这些方面的原因，在沉井下沉过程中都有不同程度的反映。在沉井下沉中，两次出现突然下沉的情况，在突然下沉前都有下沉缓慢、极慢的情况发生。这项工程下沉过程的特殊性就在于：沉井在通过干砌石护坡层后，由于周边块石被沉井壁压翻形成楔，增大了摩阻力，而使自重和总摩阻力处于相对平衡状态。对这种临界情况的现场处理，我们进行了以下几种尝试。 　　一是灌水法：沿沉井边缘灌水，希望能通过水的作用减小摩阻力，但由于人工岛是由砂砾石填筑，透水率很高，再加之有 5 m左右的壤土层，透水率很低，使得灌水法没有成功。 　　二是爆破法：沉井通过砂卵层后，在壤土层停滞，下沉极慢，需钻孔爆破，原希望通过圆周密集的炮孔同时爆破震动，达到下沉的目的，但也没有 成功。 　　三是沿沉井周围用反铲挖沟，以减少偏压力，当均匀开挖 1.8 m后，沉井突然下沉，由于刃脚掏挖控制在等高程，没有产生偏移、倾斜现象，沉井下沉成功。 5结束语 　　引黄工程汾河水库进水塔基础位于库区水位以下约 18 m。采用沉井技术顺利且经济合理地解决了水下施工的困难问题，同时也满足了施工期不影响灌溉的要求。该沉井内径 25 m，平面面积约 600 m2，属于国内不多的大型沉井之一，这种技术值得学习和推广。 引黄工程汾河水库取水口沉井设计与施工@韩雄$山西省农科院土肥所 @安静华$山西省水利水电勘测设计研究院 @冯九梁$山西省水利厅水土保持局

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