CN111424627A - 一种船闸扩建支护结构和船闸扩建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船闸扩建支护结构和船闸扩建方法，船闸扩建支护结构包括闸室墙和沿闸室墙上下游方向连续设置的一组止水排桩；所述止水排桩沿所述闸室墙的上游端布置至所述闸室墙的下游端；所述闸室墙的上、下游端和对应位置上的所述止水排桩之间分别设置有横向防渗线，所述横向防渗线、止水排桩和现有船闸围成一个封闭的蓄水区；本发明的船闸扩建方法则基于船闸扩建支护结构进行。本发明能保证现有船闸的闸室墙的稳定性、控制其变形，确保其正常工作，还可显著缩短现有船闸和扩建船闸的净距，节约用地、减少征拆、改善口门区水流条件、减少工程投资，将扩建船闸对现有船闸的施工影响降低到最小。
Description
技术领域
本发明涉及水运工程技术领域，具体涉及一种船闸扩建支护结构和船闸扩建方法。
背景技术
船闸是一种供船舶通过水利枢纽的水工建筑物。船舶上行时，将船闸闸室水位泄至下游水位，打开下闸门，船闸进入船闸闸室，关闭下闸门，从上游往闸室内灌水至上游水位，打开上闸门，船舶离开闸室，进入上游航道。船舶下行则反之。为保证船闸闸室内的水体不渗漏，闸室墙各结构段之间的结构缝内设置止水。对分离式闸室结构，为确保闸室墙底部不渗漏，在闸室墙底设防渗帷幕。闸室墙后地下水位一般与下游水位一致。
全国内河水运发展规划，对“两纵一横十八线”的高等级航道进行了规划。船舶大型化及水运量需求的不断增长，需要在已有的船闸基础上扩建船闸。现有水利枢纽一般未预留扩建船闸位置，扩建船闸往往布置在现有船闸的岸侧。扩建船闸越往岸侧布置，土石方开挖量和征拆量越大，占地越多，船闸引航道与主航道夹角越大，口门区水流条件越差。因此，在保证现有船闸建筑物安全的前提下，扩建船闸应尽量靠近现有船闸布置。
一般地，临近扩建船闸基坑的现有船闸建筑物有闸首、闸室和导航墙。闸首为整体式结构，其底宽大，整体稳定性好。导航墙前后水位齐平，墙后土体卸载后，墙体自身的稳定性有保障，仅需对墙体后的土体围堰的整体稳定进行研究。闸室结构的稳定安全则较为复杂。大型船闸闸室通常为分离式结构，闸室内水位在上游水位和下游水位之间频繁变化，闸室墙稳定性及变形的要求较高。为保证船闸闸室不渗水，闸室墙结构段之间设置有止水，闸墙前趾底部设置有防渗帷幕。闸室墙结构直接承受水压力，墙后土体卸载后，墙后土压力减小，闸室结构有往墙后移动或倾倒的趋势。一旦发生变位，可能导致闸室墙的止水或防渗帷幕的破坏。可见，现有船闸闸室结构对变位十分敏感。常规的排桩支护结构刚度不大，允许发生较大的变形，对控制现有结构变位不是十分有效。所以，目前国内扩建船闸工程中，为尽量维持现有闸室墙后的土压力，减小其变位，扩建船闸与现有船闸的轴线距离一般在80m～100m，船闸建筑物之间的净距50m以上。
当扩建船闸与现有船闸闸室墙净距要求更小，现有船闸闸室墙存在往后移动趋势的情况下，研究一种可行的支护结构和施工方式已成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种船闸扩建支护结构，该船闸扩建支护结构能现有船闸闸室墙的稳定性和变位，在保证现有船闸正常、安全工作的前提下，可显著缩短扩建船闸支护结构与现有船闸结构的净距，从而节约用地、减少征拆、改善口门区水流条件、减少工程投资。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种船闸扩建支护结构，包括闸室墙和沿闸室墙上下游方向连续设置的一组止水排桩；所述止水排桩沿所述闸室墙的上游端布置至所述闸室墙的下游端；所述闸室墙的上、下游端和对应位置上的所述止水排桩之间分别设置有横向防渗线，所述横向防渗线、止水排桩和现有船闸围成一个封闭的蓄水区。
上述技术方案的设计思路在于，通过在止水排桩一侧设置一个蓄水区，能够在施工开挖基坑时向该蓄水区注水，使其地下水位高于现有船闸以往运行时的地下水位，增加现有船闸的闸室墙后的水压力，从而抵消因扩建船闸位置的土体开挖或止水排桩变形而减小的墙后土压力，以此保证现有船闸闸室墙的受力工况在一定变化范围内，并控制其变位在允许范围内，进一步确保现有船闸的止水或防渗帷幕的安全有效，保证现有船闸在扩建船闸施工过程中仍能正常运行使用；同时还可缩短扩建船闸结构与现有船闸结构之间的净距，可节约用地、减少征拆、改善口门区水流条件并减少工程投资。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述止水排桩的底部深入相对不透水层；所述止水排桩的顶部高于下游水位，且低于上游水位。现有船闸闸室墙后土体卸载，土压力减小，但始终存在往墙前的土压力，故蓄水区地下水位不得高于船闸上游水位。扩建船闸基坑开挖前，蓄水区的地下水位与船闸下游水位一致，基坑开挖、墙后土体卸载、排桩变形，现有船闸闸室墙存在往墙后变位的趋势，故蓄水区地下水位不得低于船闸下游水位。
所述蓄水区内设置有一个以上竖直布置的检查井。通过在蓄水区设置检查井，可通过检查井观测蓄水区的地下水位，从而精确控制蓄水区向现有船闸的闸室墙的压力，还可通过检查井向蓄水区内进行灌水和抽水，提高对蓄水区地下水位控制的便捷性。
所述止水排桩顶部设置有位移观测点。通过该位移观测点可观测支护结构的变位情况，为针对性的调整措施提供依据。
所述蓄水区底部设置有一排水管，所述排水管的出口通向下游河道。
所述止水排桩的顶部设置有帽梁，所述帽梁通过一支撑组件与地面相连接。通过设置帽梁和支撑组件，能够减少止水排桩的位移和变形，从而保证止水排桩对于蓄水区内土体的支撑，进而保障现有船闸结构的稳定和安全。
所述止水排桩通过在其靠近所述蓄水区的一侧设置旋喷桩实现止水防渗。
所述横向防渗线通过在其靠近所述蓄水区的一侧设置旋喷桩或防渗帷幕实现止水防渗。
所述船闸扩建支护结构与所述闸室墙之间的净距最小为5m。通过对支护结构的优化，本发明可尽可能近地将船闸扩建支护结构设置在现有船闸结构附近，可显著节约用地、减少征拆、改善口门区水流条件并减少工程投资。
基于同一技术构思，本发明还提供一种船闸扩建方法，该船闸扩建方法使用上述技术方案中所述的船闸扩建支护结构进行支护施工，具体包括以下步骤：
(1)开挖基坑至施工平台，施工灌注所述止水排桩和横向防渗线，形成蓄水区；
(2)继续开挖基坑至底，并抬升蓄水区内地下水位至预定高度；
(3)浇筑扩建船闸并回填墙后土，逐步从蓄水区抽排水，直至扩建船闸施工并回填到顶，蓄水区14的地下水位降低至现有船闸下游水位；
(4)破除所述横向防渗线，使蓄水区的地下水位和先游船闸的下游水位相通。
作为上述技术方案的优选，所述蓄水区的地下水位高度根据施工需要卸载的土方计算确定。船舶过闸时，现有船闸闸室内的水位在上、下游水位之间交替变化，现有船闸闸室墙所受的墙前水压力不断变化。一般来说，上、下游水位差10m～15m，1小时交替变化一次。扩建船闸基坑开挖、建筑物施工也是一个动态过程，排桩支护结构的受力和变形也随之变化，现有船闸闸室墙后的土压力也随之变化。一般来说，基坑开挖至底200～300天，建筑物施工到顶300～600天。扩建船闸施工时，基坑越深，排桩变形越大，现有船闸闸室墙后卸载的土压力越多，蓄水区地下水位宜抬高；反之宜降低。同时，基坑越深，排桩挡土和水的高度越大，排桩内力越大。扩建船闸基坑开挖至底是蓄水区控制高水位和排桩结构强度的控制工况。在基坑开挖初期及扩建船闸闸室墙施工及回填至一定高度后，现有船闸闸室墙后土压力相比施工前变化不太大。若维持墙后控制水位，在闸室内水位为下游水位时，现有闸室墙将增加一个朝闸室侧的水平水压力和倾覆力矩，对现有闸室墙稳定不利。因此，蓄水区的水位是随着扩建船闸基坑开挖和闸室墙浇筑回填，从下游水位增高至控制高水位，然后降低至下游水位的过程。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过对船闸扩建时使用的支护结构进行调整和优化，在现有船闸和扩建船闸施工位置之间设置了一个蓄水区，在施工过程中可针对不同情况下的现有船闸的闸室墙的受力情况通过调整蓄水区的地下水位高度，向现有船闸的闸室墙提供水压力，从而保证现有船闸的稳定性，控制现有船闸的变形；同时，在保证现有船闸正常、安全工作的前提下，还可显著缩短扩建船闸支护结构与现有船闸结构的净距，从而节约用地、减少征拆、改善口门区水流条件、减少工程投资；本发明提供的船闸扩建方法则通过对船闸扩建支护结构的利用，近距离、安全地在现有船闸附近扩建新的船闸，能够将扩建船闸对现有船闸的施工影响降低到最小。
附图说明
图1为实施例1俯视方向结构示意图；
图2为实施例1断面结构示意图。
图例说明：
1、止水排桩；2、上闸首；3、下闸首；4、横向防渗线；5、蓄水区；6、检查井；7、排水管；8、帽梁；9、支撑组件；10、旋喷桩；11、闸室；12、闸室墙；13、中底板；14、防渗帷幕；15、紫铜片止水；16、扩建船闸闸室墙。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
如图1和图2所示，本实施例的船闸扩建支护结构包括沿现有船闸上下游方向连续设置的一组止水排桩1；现有船闸包括闸室11以及分别位于闸室11上下游两端的上闸首2和下闸首3，止水排桩1沿现有船闸的上闸首2处布置至现有船闸的下闸首3处；位于上、下游两端位置的止水排桩1的和现有船闸的上闸首2、下闸首3之间设置有横向防渗线4，横向防渗线4、止水排桩1和现有船闸围成一个封闭的蓄水区5。
本实施例中，的闸室11采用分离式结构，由两侧的闸室墙12和中底板13组成，闸室墙12和中底板13之间设变形缝。的闸室墙12的前趾底部设防渗帷幕14。的闸室墙12的结构缝之间设紫铜片止水15。防渗帷幕14和紫铜片止水15将闸室11内的水和闸室墙12后的地下水分隔开。
本实施例中，为减少征拆、节约用地、改善口门区水流条件，根据扩建船闸总平面布置，扩建船闸闸室墙16与现有船闸的闸室墙12之间的净距为10m。
本实施例中，止水排桩1的底部深入相对不透水层；止水排桩1的顶部高于现有船闸的下游水位，且低于现有船闸的上游水位。
本实施例中，蓄水区5内设置有一个以上竖直布置的检查井6，用于灌水和排水，控制和监测其地下水位。
本实施例中，蓄水区5底部设置有一排水管7，排水管7的出口通向下游河道，闸室墙12墙后的地下水位与下游水位基本一致。
本实施例中，止水排桩1的顶部设置有帽梁8，临扩建船闸基坑侧设支撑组件9，支撑组件9为钢管斜支撑，其上部与排桩帽梁8连接，下部支撑在扩建船闸闸室墙16底板基槽的岩质斜坡。
本实施例中，止水排桩1通过在其靠近蓄水区5的一侧设置旋喷桩10实现止水防渗，确保基坑开挖后止水排桩1和旋喷桩10的止水效果。
本实施例中，横向防渗线4通过在其靠近蓄水区5的一侧设置旋喷桩10或防渗帷幕14实现止水防渗。
本实施例中，现有船闸的闸室墙12及止水排桩1顶部设置有位移监测点，监测施工过程中的结构变位。
本实施例的船闸扩建方法，使用上述船闸扩建支护结构进行支护施工，具体包括以下步骤：
(1)在基坑开挖至底，闸室11内为上游水位的控制工况下，拟定合适蓄水区5地下水位，对现有船闸的闸室墙12、止水排桩1结构及其之间的土体CDEFA建立结构与土体的模型，计算分析现有船闸的闸室墙12和止水排桩1的变位，确定蓄水区5的控制高水位、桩基施工平台高程、止水排桩1及钢管斜支撑(支撑组件9)的结构方案；在扩建船闸基坑开挖和扩建船闸闸室墙16浇筑并回填的各工况下，拟定蓄水区5合适的地下水位，验算闸室11内为下游水位时现有船闸的闸室墙12往闸室11侧的稳定性，计算闸室11内为上游水位时现有船闸的闸室墙12前趾的应力，确定蓄水区5的过程控制水位；
(2)沿CDE开挖基坑至桩基施工平台，施工灌注止水排桩1、旋喷桩10、帽梁8、横向防渗线4，形成蓄水区5；
(3)继续开挖基坑，安装钢管斜支撑(支撑组件9)，开挖钢管斜支撑下部的土石方，监测现有船闸的闸室墙12顶位移，逐步往蓄水区5的检查井6灌水，尽量维持闸室墙12顶变位最小，直至基坑开挖到底，蓄水区5地下水位抬升至控制高水位；
(4)浇筑扩建船闸闸室墙16并回填墙后土，监测现有船闸的闸室墙12顶位移，逐步从蓄水区5的检查井6抽排水，直至扩建船闸施工并回填到顶，蓄水区5的地下水位降低至船闸下游水位；
(5)采用钻孔等方式破除现有船闸的下闸首3处的横向防渗线4，使蓄水区5的地下水位与船闸下游水位连通。
本实施例中，蓄水区5控制高水位为45.5m，高于下游水位(40.0m)，低于上游水位(50.0m)。
本实施例中，桩基施工平台高程为46.5m。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种船闸扩建支护结构，其特征在于，所述船闸扩建支护结构包括闸室墙(12)和沿闸室墙(12)上下游方向连续设置的一组止水排桩(1)；所述止水排桩(1)沿所述闸室墙(12)的上游端布置至所述闸室墙(12)的下游端；所述闸室墙(12)的上、下游端和对应位置上的所述止水排桩(1)之间分别设置有横向防渗线(4)，所述横向防渗线(4)、止水排桩(1)和现有船闸围成一个封闭的蓄水区(5)。
2.根据权利要求1所述的船闸扩建支护结构，其特征在于，所述止水排桩(1)的底部深入相对不透水层；所述止水排桩(1)的顶部高于船闸的下游水位，且低于船闸的上游水位。
3.根据权利要求1所述的船闸扩建支护结构，其特征在于，所述蓄水区(5)内设置有一个以上竖直布置的检查井(6)。
4.根据权利要求1所述的船闸扩建支护结构，其特征在于，所述蓄水区(5)底部设置有一排水管(7)，所述排水管(7)的出口通向下游河道。
5.根据权利要求1-4任一项所述的船闸扩建支护结构，其特征在于，所述止水排桩(1)的顶部设置有帽梁(8)，所述帽梁(8)通过一支撑组件(9)与地面相连接。
6.根据权利要求1-4任一项所述的船闸扩建支护结构，其特征在于，所述止水排桩(1)通过在其靠近所述蓄水区(5)的一侧设置旋喷桩(10)实现止水防渗。
7.根据权利要求1-4任一项所述的船闸扩建支护结构，其特征在于，所述横向防渗线(4)通过在其靠近所述蓄水区(5)的一侧设置旋喷桩(10)或防渗帷幕(14)实现止水防渗。
8.根据权利要求1-4任一项所述的船闸扩建支护结构，其特征在于，所述船闸扩建支护结构与所述闸室墙(12)之间的净距最小为5m。
9.一种船闸扩建方法，其特征在于，所述船闸扩建方法使用权利要求1-8任一项所述的船闸扩建支护结构进行支护施工，具体包括以下步骤：
(1)开挖基坑至施工平台，施工灌注所述止水排桩(1)和横向防渗线(4)，形成蓄水区(5)；
(2)继续开挖基坑至底，并抬升蓄水区(5)内地下水位至预定高度；
(3)浇筑扩建船闸并回填墙后土，逐步从蓄水区(5)抽排水，直至扩建船闸施工并回填到顶，蓄水区(5)的地下水位降低至现有船闸下游水位；
(4)破除所述横向防渗线(4)，使蓄水区(5)的地下水位和现有船闸的下游水位相通。
10.根据权利要求9所述的船闸扩建方法，其特征在于，所述蓄水区(5)的地下水位高度根据施工需要卸载的土方计算确定。
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