水力冲挖土方在填塘浸压工程中的应用

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一、力冲挖土方工作原理及填塘浸压

    1、水力冲挖土方工作原理

    水力冲挖土方的施工原理是根据自然界水流冲刷原理，借水力作用来进行挖土、输土、填土，即水流经高压泵产生压力，通过水枪喷出一股密实的高速水柱，切割、粉碎土体，使之湿化、崩解，形成泥浆和泥块的混合，再由立式泥浆泵及输泥管吸送到堆土场，可用来填平低洼地或圈堤筑坝。

    2、填塘压浸

    利用吸泥船、泥浆泵等机械设备，吸取江河泥沙，由管道水力输送到堤身背水侧沉淤，在鄱阳湖上称为填塘压浸。它是防止基础管涌破坏的有效控制渗流措施之一。填塘压浸的厚度和宽度：厚度可通过计算确定，一般高出背河堤坡出逸点1.5m；宽度则难以通过计算简单确定。计算可能得出数百米宽，显然难以实现。为此，需要根据经验和历史出现险情范围来确定。根据鄱阳湖出现险情的情况调查，一般填塘压浸的宽度，险工地段按150m~200m宽控制；平工堤段按50 m ~150m宽控制。

    二、工程成因

    1、工程自然状况

    鄱阳湖区二期防洪工程成朱联圩除险加固工程位于江西省鄱阳湖西南岸、赣江北支沙汊河与官港河之间，为一封闭圩区。圩堤堤线全长44.10km。成朱联圩成20标段填塘压浸施工段为：6+600～7+600、12+600～13+200、13+400～14+950、18+700～19+450、20+000～20+400、21+300～21+700、24+000～24+300、25+800～26+300、28+400～29+000，填塘压浸共计工程量为797187.25m3。

    2、水文气象条件

    成朱联圩属亚热带季风湿润气候区，四季分明，高温多雨，多年平均降雨量1530mm，历年最大年降雨量达2253.5mm(1973年)，而最少降雨量为996.7mm(1978年)，年际变化较大。降雨量年内分配极不均匀，主要集中在4～6月份，占全年降雨量的48.3%。多年平均气温17.2℃，极端最高气温39℃(出现多次)，极端最低气温-11.7℃(1972年2月10日和11日)。多年平均蒸发量1326.2mm；全年以北风出现频率最高。汛期(4～9月)，历年最大风速17m/s，相应风向为NNW。圩堤外河设计枯水位(11月至次年2月多年平均水位)为12.31m。

    3、天然建材

    本工程天然建材土料自料场获得，填塘压浸土料场采用对应堤段外滩沙洲，平均运距0.6km。 

    三、水力冲挖土方在填塘压浸工程中应用主要技术要点

    水力冲挖土方填塘压浸工程主要有围堤修筑、填塘压浸区泄、排水、输浆管敷设和水力冲挖土方填塘压浸四个关键环节。

    1、围堰修筑

    围堰要严格按照设计断面修筑，参照碾压式土方工程施工要求进行施工，增加强度，减少围堤决口情况。围堰高度由放淤设备的输浆量、泥浆沉降后富余水深和围堤土质、沉降量等因素确定，参照《疏浚工程施工技术规范》，堰顶宽可选2.0ｍ，临水坡1:2，背水坡1:2，超高0.5ｍ，考虑输浆管铺设和填塘压浸区平整的要求，为便于多次复填，填塘压浸区内每间隔200ｍ修筑隔堤，将填塘压浸区划分为若干个格区，成为长条形。隔堤高度同分期围堰高度齐平，内外边坡1:2，顶宽2.0ｍ，随着填塘压浸区的升高，围堰分期修筑。

    2、填塘压浸区泄、排水

    填塘压浸长度沿堤线方向超过200m者设置三个退水口，200m以内只设置两个退水口。排水系统充分利用填塘压浸区原有沟渠，将水排至堤外河内。原有沟、渠不能满足排水要求时，利用人工将其拓宽、挖深、直至满足排水要求，边坡应满足稳定要求。排水渠应具有一定坡降，其排水渠出口布置应不淤积航道、相邻建筑物和不污染水源为原则，完工验收前，清除所有排水渠的淤泥并按规划恢复环境。

    3、输浆管敷设

　　输浆管主要采用泥浆泵专用软管，输浆管连接采用40cm钢管连接用8#铁线固定。输浆管线敷设布设时，输浆管线需横穿公路或大堤时，为保证交通顺畅，将采取地面挖沟掩填的方法使管线不突出地面。输浆管跨跃河道时从河底通过，但要保证管线平顺，避免死弯。

    4、水力冲挖土方填塘压浸

    水力冲挖土方采用85-50-200型高压水泵配两部φ65mm水枪制泥浆，通常85-50-200型高压水泵配两部φ65mm水枪制泥浆配1台WL15015型泥浆泵，输浆距离超过600m采用WL15015型泥浆泵二级接力。水力冲挖土方时直接由河内取水，岸边冲挖，然后通过固定在浮桶上的WL15015泥浆泵输水至填塘压浸区。需要二级接力输浆填塘压浸区集浆池布置在地面上，大小适中，过大会引起泥沙沉淀，过小则导致泥浆漫溢；二级接力也可不布置集浆池，将一级输浆管直接接到二级泥浆泵上进行填塘压浸施工。一般每台WL15015型泥浆泵平运浆距离600m日工作效为350m3。

    四、水力冲挖土方在填塘压浸工程中应用应注意的问题

    1、做好堰体边坡防护及排水处理

    水力冲挖土方填塘压浸施工期间，做好边坡防护工作，泥浆填筑前应在堰体迎浆面铺设条纹编织布，以防止堰体坍塌砂土流失；同时要保持场地良好排水状态，采取临时排水设施与永久排水设施相结合，流水不得排入农田、耕地和自然水源，也不得引起淤积或冲刷问题。

    2、泄水口布置应注意的问题

    泄水口必须满足填塘压浸区退水的需要，每个填塘压浸区的泄水口不少于两个。泄水口应设置在具有排水通道的部位，当填塘压浸附近无排水通道时，应设置在利于开挖排水渠的部位。为减少填塘压浸区的泥沙流失，泄水口排出水流的泥浆浓度应控制在水力冲挖土方设计泥浆浓度的10%以内，应防止泄水泄出的水流冲刷附近的田地和建筑物，必要时应设置防冲消能设施。

    3、输浆管线架设应注意以下问题

    输浆管线应平坦顺直，避免死弯，出浆管口放置填塘压浸区距离堤坡脚大于5m以外，输浆管接头应紧固严密，整个管线和接头不得漏泥漏水，一旦发现泄漏，应及时修补或更换，输浆管的布置不得破坏既有公路、堤防等设施。

    4、水力冲挖土方填塘压浸要注意的安全及平整度要求

    水力冲挖土方填塘压浸工程施工，人工利用水枪制浆打土挖坑要注意坑边坡的稳定，防止边坡坍塌造成安全事故；填塘压浸时防止细颗粒土聚集成堆和形成水塘，填塘压浸细颗粒土时，应设置两个以上的填塘压浸区，轮流抽浆填筑；填塘压浸土表面满足平整度要求，超填平均高度不得大于0.1m，填塘压浸平整度达不到要求时，应配备陆上土方机械加以平整。

    五、水力冲挖土方在填塘压浸工程中应用的优缺点

    利用水力冲挖土方在江河滩地取土进行填塘压浸，对河道有一定的疏浚作用。同时，也减少挖毁农田，有利于粮食生产。利用水力冲挖土方进行填塘压浸也有不足之处，施工受地理条件的制约，排距较远时，不仅增加施工困难，而且单位造价也随之增加。