霍邱县王截流排灌站前池反滤损坏后的处理.doc

1、霍邱县王截流排灌站前池反滤损坏后的处理摘要 霍邱县王截流排灌站于 2006 年利用大型泵站改造资金重建，是一座位于淮河中游临王段末端的中型泵站，其基础为砂基。本文通过对该站在施工过程中前池反滤被渗流破坏后的处理及效果的分析，指出砂基上兴建泵站应注意的问题及出现反滤损坏及基土流失时可资借鉴的处理办法。 关键词 泵站反滤破坏灌浆处理 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 霍邱县王截流排灌站位于淮河右岸的周集镇闸口村境内，坐落在上格堤与临王段大堤交汇处。王截流站承担临王段内大成湖洼地 47km2 排涝灌溉及城西湖蓄洪区内王截流乡 2 万亩农业灌溉任务。1967 年西湖围垦时

2、兴建王截流站，1968 年淮河流域大水，泵站（设备未安装）因穿堤箱涵回填土质量问题被大小冲垮。汛后移址重建（原站址下游约 100m 处），改为沿上格堤布置，侧向进水，侧向出水，装机 11 台 1630kW。经 30多年运行，水工结构及机电设备陈旧老化，2006 年列为大型泵站改造项目，批准拆除重建。新站沿临王段大堤布置，在 1968 年被冲毁老站上游50m 处。 根据 2006 年 7 月安徽省发展和改革委员会以发改设计2006593 号文批准的设计文件，新站装机 5 台 2960kW，为等中型泵站，穿堤出水涵为 2 级，其它主要建筑物为 3 级，设计抽排流量 29.1m3/s，灌溉流量5m3

3、/s，工程总投资 3361.41 万元。 设计排涝进水位?21.0m，设计出水位?27.6m；设计灌溉进水位?17.5m，出水位?25.8m；防洪水位?28.7m。安装 2 台 1000ZLB-8.7 泵叶片-2安装，主要用于灌溉并结合排涝，配套 JSL15-12/280kW 高压 6kV 异步电机；3 台 1.6ZLB-70 泵叶片 0安装用于排涝，配套 TL800-20/2150同步电机。 泵站枢纽由引水渠和进水闸、前池和进水池、泵房、压力水箱、出水涵和防洪闸、35kV 变电站等建筑物组成。根据站址处的地形条件，采用正向进出水的总体布置方式，轴线与淮河大堤基本垂直。 引渠底高程及进水闸底板

4、高程依排涝沟底高程为?17.00m，进水闸35m。进水前池底高程及宽度均进行渐变，总长度 40m，其中斜坡段长度 30m，按 1:8.4 的坡度降至?13.43m，后接 10m 长水平段；宽度由17.0m 变至 25.2m。前池水平段和斜坡段均设置反滤，面层为 40cm 厚 C20砼。减压井直径 50cm，梅花形布置，中距 2.1m。两侧池壁采用钢筋砼扶壁式挡土墙，翼墙顶高程?23.00m，墙高 6.09.57m。 抽水泵房采用堤后式布置形式，由主副厂房、压力水箱等组成，布置在淮河大堤内侧堤脚平台上。主厂房内共装机 5 台套，按“一”字形布置。压力水箱设在主厂房外河侧副厂房下，将抽出的水流汇集

5、后送入出水涵内。主副厂房总平面尺寸为 34 .921.5m。泵房底板高程同进水池?13.43m，C25 钢筋砼底板厚 80cm。泵房后的压力水箱通过渐变段与出水涵相连，出水涵穿过淮河大堤，为两孔 4.04.0m 钢筋砼箱涵结构，总长 54.0m。出水涵外侧设防洪闸，底高程均为?15.70m。 项目法人单位为六安市治淮工程建设管理局，设计单位为六安市水利水电规划设计院，土建及安装工程施工单位及监理单位分别通过招标选定为安徽水利开发股份有限公司、中水淮河安徽恒信工程咨询有限公司，质量监督单位为六安市水利工程质量监督站。工程于 2008 年 10 月7 日开工，2009 年 4 月底主体工程完工。

6、2 地质条件 工程区属沿淮湖洼地，位于周集镇闸口村境内，地面高程在?21.06?30.05m 之间，地势起伏变化较大，南高北低，场区地貌类型为淮河一级阶地，河漫滩和人工回填土地貌单元。地层自上而下分别为素填土层壤土与粘土互层细砂层粘土层，在钻孔控制深度范围内场地土层具有二元结构，既有相对不透水层，又有透水层。地下水具有承压性，其补给来源主要为地表水和河流的补给，地下水位的高低受季节性降水和淮河水位高低的控制。 第层 素填土层：颜色以黄为主，结构呈松散稍密状，湿度为稍湿湿，中等压缩性。标准击数 N63.5=2.312.4(击)，比贯入阻力0.23.6MPa。本层为就近取土筑堤形成，其结构较松散，

7、力学性质差异较大，垂直渗透系数室内实验最大植为 3.07E-0.4cm/s，现场实验最大值为 4.86E-04cm/s。该层层厚 1.510.40m，层底高程?18.07?20.66m。 第层 冲填土层（Q4al+pl）：颜色以灰褐色为主，稠度呈软塑流塑状，湿度为很湿饱和，高压缩性。标准击数 N63.5=2.07.3(击)。主要成分为淤泥质粉质粘土和粉质粘土，含贝壳及腐植物以及少量中砂和细砂颗粒。该层层厚 4.3010.70m，层底高程?8.50?14.10m。 第层 粉质粘土（Q4al）：颜色以黄色、黄褐色为主，稠度呈可塑状，湿度为稍湿湿，中等压缩性。标准击数 N63.5=7.916.7(击

8、)，比贯入阻力 1.31.8MPa。主要成分为粉质粘土，含铁锰结核，局部夹细砂颗粒。该层层厚 0.906.20m，层底高程?13.12?15.48m。 第层 细砂层（Q4al+pl）：颜色以黄色、灰色为主，湿度为饱和，密实度为松散中密。标准击数 N63.5=8.520.9(击)，比贯入阻力6.38.7MPa，室内试验垂直渗透系数最大值为 2.09E-03cm/s。该层在场区内连续分布，主要成分为细砂，其次为中砂，含少量砾石，砾石粒径一般在 225mm 之间，局部夹淤泥质粉质粘土和粉土薄层。该层在场区内分布连续，层厚为 0.507.90m，层底高程在?5.93m 以上。 第层 粉质粘土层（Q3a

9、l）：颜色以灰色、灰绿色为主，湿度为稍湿，稠度为可塑硬塑状，中等低压缩性。标准击数N63.5=13.925.0(击)，主要成分为粉质粘土，含大量砂浆石，表层为灰色。具较高的强度和较低的压缩性，土体力学性质指标值好。 新站位于 1968 年汛后所建老站的灌溉引水涵（此次建站时拆除）位置，2003 年淮河流域大水过后，发现穿堤涵内河侧距临王段大堤坡脚约30m 处曾有翻砂鼓水现象。 3 前池反滤损坏现象及原因 3.1 反滤损坏有关现象 2009 年 5 月底灌溉期到来时，站房上部结构未完成，主要机电设备尚未安装，新站不能投入使用。按施工组织要求，此时由老站抽水灌溉，但必须借助于新站的灌溉引水涵（亦即

10、排涝出水涵） 、出水流道、前池、进水池、进水闸引水至老站进水前池。5 月 29 日下午王截流工程开始开闸过水，引淮河水进行灌溉。2009 年 5 月 30 日上午发现左岸翼墙与泵室交接处外侧，高程?14.43 处出现局部冒砂、涌水，并有少量砂和瓜子片涌出。为避免涌水携带地基中细砂流失，在业主、监理和施工方共同现场勘察、研究后，决定采取在翼墙外侧涌水处周围回填中粗砂的反滤措施，回填中粗砂 22m3。处理后，存在少量涌水，未见携泥砂。31 日 24时关闭外河闸门，老站继续开机灌溉，降低前池水位并抓紧回填翼墙后侧土方。 2009 年汛后，于 11 月 15 日开始排除前池积水，准备进行设备安装等工作

11、。当水位降至?15.0m 高程左右时开始出现前池与左岸翼墙交接处附近 4 孔排水井出现涌水、出砂。 3.2 原因分析 地质方面：泵房地基土质左侧（面向外河时，下同）为细砂，右侧为壤土，分界线大致为建筑物纵轴线。地质报告中描述，泵房处细砂层底高程在?9.10m 左右。按设计要求，泵室及前池翼墙下换填水泥土（水泥掺入量为 10%） ，然后施工砼垫层。2009 年 3 月左侧翼墙水平段及前池开挖到建基面，砂层暴露。3 月 8 日开始左翼墙下换填 60cm 水泥土施工，砂基顶面实际高程为?12.23?14.1m。泵室下回填 80 厚水泥土施工时，砂基顶面高程为?11.73m。前池原地貌为 1968 年

12、老站倒塌时形成的冲坑，淤泥覆盖较厚，清除后回填中粗砂至建基面后施工前池底板（见左岸翼墙断面图） 。 建筑物地基为细砂，颗粒粒径小，在墙后未回填土方、两侧水位差较大时，渗流引起砂基不稳定，出水携砂现象随之发生。 左翼墙与泵室接头处基础为最薄弱环节，基础差，渗流路径短。泵站通水时，水流通过减压井，至左侧翼墙与泵室接头处流出，渗径小。 施工方面：施工降排水比较理想，所有建筑均为干地作业。泵站基础开挖施工过程中，为降低砂面层流水量，左侧基础边线 2m 外开挖导流沟排水，底高程为?10.73m。导流沟拆除后，已按要求回填粘性土压实。前池反滤严格按照设计、规范施工，回填材料均通过试验检测，满足设计及规范要

13、求。泵站 水下部分于 2009 年 4 月 7 日完成（其中，水泵层?17.7 以下，于2009 年 2 月 25 日完成；电机层?24.27 以下，于 2009 年 4 月 7 日完成） ，前池底板于 2009 年 4 月 27 日施工完成。左翼墙于 2009 年 5 月 5 日完成。墙后回填土因为料场取土困难，墙后回填施工至 2009 年 6 月 4 日开始，2009 年 6 月底结束。 前池过水时，翼墙后回填土未达设计高度，前池水位为?21.0m，墙后积水?15.0m，翼墙两侧水位差达 6m 左右。基础两侧水压力较大，导致翼墙后侧翻水。 前池反滤土工布与泵房基础接头处土工布，未设计连接，

14、导致反滤料砂、碎石直接在水压作用下，向左侧墙后流动。 施工和检修时，前池排干情况下，因土工布未设计接缝处理、4 个减压井处反滤已破坏，当出现前池外侧地下水位高于前池底板且水压较大时，在水压作用下，基础细砂和滤料，从减压井流出。 4 处理措施及效果 2009 年 6 月 5 日，业主单位组织设计、施工、监理单位针对左岸翼墙后侧翻砂鼓水情况进行分析后认为灌溉通水时，工程不具备运行条件：在翼墙后回填土未到位的情况下，不应为了赶进度边回填土方边通水灌溉。泵站坐在砂层上，翻砂鼓水处曾于 2003 年大水后在内外河水位差不足 1m 时涌砂，土质比较疏松。左侧砂层?15.2m 左右，若继续抽水，左岸庄台下砂

15、层会继续流失。应急的处理措施是找准反滤位置，按 33m 范围，30cm 砂、30cm 碎石做反滤；近日有降雨，要及早回填，以免影响安全度汛。拟安排 2 台挖掘机、1 台推土机，连夜施工。前池冒水孔洞处，中粗砂回填到位。自 6 月 6 日起，对翼墙及站房进行变形、沉降、位移观测。 2009 年 11 月 26 日，前池排干，组织人员探查前池翻砂处 4 个减压井反滤已损坏，空洞深度 1.7m 左右。鉴于此处基础为砂基，为安全起见，随后在空洞处先行灌砂，总灌砂量 18m3。泵室与前池底板交界处，前池底板沉降 1cm。 2009 年 12 月 20 日，业主单位组织安徽省水利水电勘测设计院、六安市水利

16、局、安徽水利开发股份有限公司等单位专家及设计人员进行现场查看并进行处理方案的研讨。一致认为：1、出现反滤破坏的原因是外河闸门打开后前池水位上涨快，但翼墙前后水位差大，渗透量小，压差大。2、翼墙无变形，厂房基础大，一个拐角不会有大的影响。问题是在今后的运行过程中，当淮河水位高时，反滤破坏了，将会出混水，然后冒砂。3、灌了 18m3 砂，说明墙下有空洞。处理措施是：1、打井降水，打 23 孔井，降水过程中，密切注意观察翼墙及厂房变形；2、继续加压灌砂或灌浆；3、拆除前池反滤损坏部位底板，重新铺筑反滤。原则是此处建站以前失事过，本次再不能出事。灌浆时严格控制压力，压力过大，影响范围广，破坏反滤效果。

17、打井降水，注意观察翼墙变形。 2010 年 1 月 15 日开始灌浆。为了不影响没损坏的反滤设施，保证前池压力水排水通畅，按回填灌浆压力控制，翼墙后全灌。灌浆孔底高程位于底板下 3050cm 左右（砂层不打穿） 。计划翼墙后布一排孔，扶壁间距 2.5m，布设两个孔，加上站身侧 2 个孔共布 4 个孔。实际灌浆时，由于扶壁间 2#孔、站身侧 3#孔吃浆量较大，增加了 5#灌浆孔。同时先灌1#孔时，地面未泛浆，为稳妥起见，在其旁边加钻了 1+#孔，并进行了补灌直至地面泛浆。 灌浆压力按 0.1MPa 控制，水泥品种为中联水泥 P.C.32.5，灌浆泵型号为 BW-200 型泥浆泵，电机功率 15k

18、W，铭牌压力 46MPa，灰浆桶规格500h600（容积 100L） 。灌浆基本情况见表 1，灌浆孔位布置见图 3。 表 1 灌浆基本情况表 据现象看，此次灌浆基本达到了预期目的：灌浆孔周围地面泛浆、前池减压井有浆液冒出，已可说明墙基已被浆液充满。只是不知影响到前池反滤的范围具体有多大，只有待破碎前池底板后才能明了。 为了探明灌浆效果及处理前池被损坏的反滤层，用破碎锤拆除反滤流失部位的 C25 砼前池底板，至 2010 年 1 月 25 日已拆除并清理完毕存在空洞的部位，可观察到周边未破碎底板下有水舌样已固结的水泥浆液，充满砼底板及其底部砂层空隙，充分证明灌浆效果达到预期目的。 然后按设计重铺

19、反滤层及土工布并缝合其接头处；恢复减压井；补焊底板钢筋并重新浇筑砼底板。至此，反滤损坏处已处理结束。 2010 年汛期重点观察左岸翼墙内外侧，未发现异常现象。至今已经历三个排灌期，情况已稳定，表明当时的处理措施是合适的。 5 结语 1、淮河沿岸泵站基础位于砂层时，穿堤建筑物地下轮廓线必须满足渗径长度要求，并切实做好前池反滤铺设及减压井设置，保证排水通畅。2、扶壁式挡土墙基础位于砂层，墙后回填土满足设计要求，并严格做好排水孔的设置，并保证排水通畅。当墙后回填土未到位时，前池确需蓄水，应保证两侧水压平衡。 3、建筑物下方局部基土流失时，可灌水泥浆予以处理。只要灌浆压力适宜，一般可保证其空隙密实。 4、若用土工布做反滤层的一部分，应切实做好接头的处理工作，确保连接可靠。防止承受的压力较大时被破坏。 附：相关图片 1、加压灌砂 2、灌注水泥浆 3、灌浆效果 参考文献： 1、 泵站设计规范 （GB50265-2010） ； 2、 建筑地基处理技术规范 （JGJ79-2012） 。 作者简介： 姓名：张连武，性别：男，1963 年生。工程师，从事泵站运行管理工作。身份证：34242319630106001X 邮编：237400 单位名称：霍邱县排灌管理总站