江心新沉积土地基上大型泵闸建筑的关键技术

1）问题提出

水工建筑物的水力控制、消能防冲、地基处理、深基坑围护、堤闸连接段变形协调控制等是大型泵闸建筑的技术难点，在江心河口新沉积土地基上问题尤为突出，主要有以下几个方面：

（1）根据库内水体充分流动的需要，上游取水泵闸闸（站）址为水库头部新建北侧堤坝上段，处于南北港分流口段，下游水闸闸址为新建北侧堤坝下端，均受往复潮汐流影响，侧向90°进出水，流态极为复杂，需要采取整流措施使进水平顺，出水消能充分。

（2）远离陆域、位于江心低滩透水地基的大型取水泵闸施工面临多种风险，为保证施工安全，节省工程费用，须采取围堰与深基坑支护相结合的围护结构体系。

（3）输水闸井作为输水干线的头部，既要满足输水量的要求，同时又要满足盾构机械出洞与输水管检修的功能要求，结构复杂，进水井与输水管线及闸室之间的不均匀沉降要求高，为达到相邻结构间变形协调须采取特殊措施。

（4）泵闸与堤坝连接堤的荷载不同，须采用不同地基处理方式使沉降值逐步变化、相邻结构变形保持协调。

2）技术方法

（1）江心大型取输水泵闸布置与水力控制技术。通过数学模型分析和水工物理模型试验等手段，研究取水泵闸总体布置与其相应进水口流态特征，优化确定取水建筑物合理平面布置方案。

针对泵闸侧向90°进出水的情况，提出延长导流墙和增加导流墩的措施，以改善流态和消能防冲，减少今后运行中对结构的安全影响。研究泵闸出水渠弯道段的流态，增加整流措施，调整流态，减少下游冲刷。

针对输水闸井与输水干线盾构接收井结合、结构复杂的特点，通过整体水工物理模型试验，研究进水井流道形态，优化进水池导流隔墩、消涡措施，以满足各种运行工况下的流态要求，使进入输水管道的水流不产生漩涡和吸气性漏斗，平顺进入输水管道。(www.xing528.com)

（2）新沉积土地基上泵闸建筑复杂结构变形协调控制技术。针对泵闸建筑与堤坝结构受力不同的条件，研究泵闸与堤坝连接堤地基处理采用梯级布置桩长，使沉降值逐步变化，相邻结构变形保持协调。根据泵闸须承受双向水头、地基透水性强的特点，研究延长渗径及垂直防渗墙相结合的方案，设置封闭的连续式旋喷桩，以解决闸基防渗和侧向防渗问题。

针对进水井与输水管及闸室之间的不均匀沉降小于15mm的控制要求，采用三维仿真数值计算分析，研究复杂软土地基与上部结构的特点、进水井在施工及各种运行工况下的结构应力和变形，以确定科学合理的地基处理方案，减少盲目性。

（3）透水地基泵闸深基坑复合围护技术。针对取水泵闸深基坑位于江心、地基透水的特殊条件，研究采用“围堰＋放坡开挖＋地下连续墙”的深基坑复合围护体系、基坑围护结构与泵站主体结构相结合的建造方案，以缩短工期、节省投资。

针对穿越较厚粉砂土层的基坑地连墙，研究搅拌桩护壁，以提高地连墙成槽施工中槽壁的稳定性，减少槽底沉渣，使槽壁平直，保证地连墙施工质量。

针对输水闸井基坑平面尺寸大、深度深、井壁孔洞多、兼作盾构接收井受力复杂等难点，通过数值模拟，科学确定内衬浇筑、支撑拆除及孔洞处地连墙拆除等施工参数等，以解决施工中的基坑围护和永久结构稳定问题。根据基坑布置特点，研究对地连墙位移、变形、支撑轴力、坑底隆起、地下水位的动态监测，为基坑施工提供保障。

3）研究成果

（1）通过综合分析和试验研究，提出了潮汐河口大型取水口建筑利用导流墩整流的侧向进水方式，在进口设置导流墩、延长隔流墙，在出口布置弯道整流槛（潜坝群）、导流坝等流态控制组合措施，调整改善了水闸与泵站进出口水流流态；利用消力墩、差动尾槛等消能措施，解决了水位频繁变动、低佛氏数、浅尾水的消能防冲难题。结合物理模型试验研究提出了输水闸井消涡结构和低水力损失的进水堰曲线，保障了输水口稳定节能运行。

（2）采用了“围堰＋放坡开挖＋地下连续墙”的深基坑复合围护体系、地连墙与泵站基础永久结构相结合的创新技术，有效地缩短了工期、节省了投资，极大地降低了工程建设风险。

（3）采用高压旋喷桩阶梯式布置的地基加固处理方案，使闸坝之间的连接段变形协调，消除了建筑物与堤坝连接处可能产生不均匀沉降引起漏水的隐患。通过泵闸结构及基坑土固耦合空间有限元多工况模拟分析研究，采用变形协调的地基处理措施，实现了输水闸井与输水干线盾构接收井共用、闸井内两侧15m水位差下结构变形不大于15mm的控制要求。