臨汾市龍子祠泉東泉全封閉保護(hù)工程探析

賈俊杰

（臨汾市汾西灌區(qū)水利服務(wù)中心，山西 臨汾 041000）

1 區(qū)域概況

龍子祠泉源位于臨汾市城區(qū)西南13km的呂梁山系姑射山山麓，金殿鎮(zhèn)龍子祠村西南，屬山西省巖溶大泉。龍子祠泉源所在區(qū)域?yàn)榕R汾凹陷帶，來(lái)自呂梁山區(qū)的洪水堆積作用，在盆地西部呂梁山東麓的各條溝谷出口形成了規(guī)模不等的洪積扇沿山麓依次排列，各洪積扇間有澗河將其分隔。龍子祠泉以散泉形式，出露于臨汾盆地西緣的呂梁山前第四紀(jì)砂礫石層中，泉群出露面積0.2km2，出露標(biāo)高478～465m。龍子祠泉多年平均流量4.028m3/s，年徑流量12702萬(wàn)m3。出水集中的有北泉、南泉、東泉三個(gè)泉，其中東泉是龍子祠泉的主要出水區(qū)，出水量占總出水量的30%。

2 東泉保護(hù)工程的問(wèn)題與對(duì)策

2.1 工程存在問(wèn)題

一是北泉、南泉均有隔離防護(hù)措施，東泉周邊為欄桿格擋，泉邊樹木的樹葉、樹上鳥的鳥糞等都會(huì)落入泉中，污染泉水；二是現(xiàn)狀309國(guó)道在東泉的西北部通過(guò)，國(guó)道上拉煤的載重大卡車川流不息，煤粉亂飛，黑土飛揚(yáng)，使泉域上空的空氣受到污染，間接影響東泉水源質(zhì)量；三是南側(cè)晉掌村、北邊龍子祠村居民生活產(chǎn)生的煙塵等致使東泉范圍內(nèi)的大氣受到污染，同時(shí)污染出露泉水的水質(zhì)。

2.2 保護(hù)理念

根據(jù)泉域自然條件和周邊村落環(huán)境，以加強(qiáng)飲用水水源地保護(hù)為核心進(jìn)行保護(hù)。為減少環(huán)境污染，擬在水源保護(hù)區(qū)內(nèi)對(duì)東泉上部空間實(shí)施封閉工程，封閉水源面積約2510m2。

工程應(yīng)體現(xiàn)龍子祠豐厚的歷史文化和優(yōu)美的神話傳說(shuō)，使建筑體量、建筑處理手法與場(chǎng)地自然地貌有機(jī)結(jié)合，讓建筑作為一種元素嵌入并植根于自然環(huán)境之中。引進(jìn)簡(jiǎn)約的現(xiàn)代建筑風(fēng)格立面，在滿足各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)上力求創(chuàng)新。

2.3 保護(hù)方案

（1）封閉保護(hù)形式選擇。東泉位于南泉西側(cè)的大院內(nèi)，其出水流量約占龍子祠泉的30%，加上南泉和北泉的來(lái)水，水量在40%以上，是龍子祠泉源重要組成部分，考慮309國(guó)道、學(xué)校、居民及池周圍樹木對(duì)東泉水質(zhì)的污染，采用全封閉保護(hù)方式。

（2）平面布置。東泉院內(nèi)西南角，有合歡樹1株、柳樹1株、法國(guó)梧桐13株，呈“L”型布置。東泉出水量大，無(wú)法在池內(nèi)打樁基、鉆孔，且施工排水任務(wù)大；打樁機(jī)有可能影響東泉以后出水量；其形狀不規(guī)則，跨度變化大，難以布置，故采用單跨鋼桁架玻璃幕墻結(jié)構(gòu)。

（3）建筑結(jié)構(gòu)形式。擬采用管桁架結(jié)構(gòu)，鋼管結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能將人們對(duì)建筑物的功能要求、感觀要求以及經(jīng)濟(jì)效益要求完美地整合在一起。

3 主體工程設(shè)計(jì)

3.1 主體工程結(jié)構(gòu)

根據(jù)東泉現(xiàn)狀情況，全封閉保護(hù)工程采用管式鋼桁架結(jié)構(gòu)，為12榀桁架呈弧形，四周及頂部均為夾膠鋼化玻璃，封閉結(jié)構(gòu)長(zhǎng)66.00m，跨度3.6～54m，最大層高8.1m，封閉面積2836.2m2，12榀管桁架結(jié)構(gòu)情況見(jiàn)表1。

表1 管桁架結(jié)構(gòu)情況表

3.2 地基基礎(chǔ)方案（鉆孔灌注樁）

（1）地基土構(gòu)成及巖性分布特征。第一層雜填土，主要成分為砂礫石、碎石等，含有少量粉土、磚塊，成分不均勻，結(jié)構(gòu)疏松。第二層礫石，主要成分為砂巖、灰?guī)r等，含有少量粉土，偶見(jiàn)卵石。第三層卵石，主要為石灰?guī)r等，充填物主要為粉土及少許粗礫砂，偶見(jiàn)漂石成分，輕微風(fēng)化。第四層粗礫砂，主要成分為石英、長(zhǎng)石、砂巖、灰?guī)r等，偶可見(jiàn)卵石。第五層卵石，卵石成分為灰?guī)r、砂巖等，中等風(fēng)化，粒徑一般為3.0～15.0cm，最大約為20cm，含量約為58～62%可見(jiàn)漂石。

（2）此次穩(wěn)定水位埋深約為2.0～3.0m，場(chǎng)地的地下水類型為孔隙潛水，主要由大氣降水和側(cè)向徑流補(bǔ)給。水位變化受季節(jié)性影響較大，潛水水位變化幅度約0.5m左右，勘察期間為枯水期。地下水流向自西向東，向汾河方向排泄。

場(chǎng)地內(nèi)各層地基土承載力fak特征值：礫石170kPa；卵石250kPa；粗礫砂200kPa；卵石300kPa。

（3）根據(jù)本次勘察揭露地層情況，鉆孔灌注樁具有較強(qiáng)克服地層阻礙能力，施工時(shí)對(duì)周圍環(huán)境影響相對(duì)較小，可采用鉆孔灌注樁。但鉆孔灌注樁經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，是泥漿護(hù)壁造成的孔底沉渣，影響樁端承壓力的發(fā)揮，所以澆注前應(yīng)清底、檢查，達(dá)到規(guī)范要求后，方可進(jìn)行混凝土澆注。

4 受力計(jì)算

4.1 樁基承載力計(jì)算

采用鉆孔灌注樁，本次樁徑按直徑1.3m，單樁豎向承載力極限值計(jì)算。初步設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，鉆孔灌注樁的極限側(cè)阻力及極限端阻力建議采用表2數(shù)值。

表2 極限側(cè)阻力及極限端阻力參數(shù)表

機(jī)械洛陽(yáng)鏟與人工配合成孔灌注樁，單樁豎向極限承載力Quk標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式：

經(jīng)計(jì)算，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk為4950.21kN，實(shí)際承載力應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)復(fù)核后確定。

4.2 有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及計(jì)算

（1）風(fēng)壓、雪壓取值。參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012），本次設(shè)計(jì)取50年一遇基本風(fēng)壓Wo為0.40kN/m2；50年一遇基本雪壓So為0.25kN/m2。

（2）地震加速度。參照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2011），本工程抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.20g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。

（3）本次鋼結(jié)構(gòu)封閉工程，根據(jù)設(shè)防分類、烈度和房屋高度，依據(jù)相應(yīng)抗震等級(jí)，結(jié)合以上計(jì)算和構(gòu)造措施要求。根據(jù)丙類建筑的抗震等級(jí)要求，本工程抗震等級(jí)為二級(jí)。

（4）參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012），本工程樓（屋）面，為不上人的屋面，荷載值為0.5kN/m2。

4.3 計(jì)算成果

利用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的PKPM軟件（V2.2版）盈建科計(jì)算軟件，根據(jù)鋼桁架結(jié)構(gòu)布置情況，對(duì)各跨度管桁架進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 鋼桁架結(jié)構(gòu)計(jì)算成果表

5 施工技術(shù)難點(diǎn)

5.1 技術(shù)難點(diǎn)

東泉全封閉防護(hù)工程，為鋼桁架玻璃幕墻型式，最大水平跨度54m，下層為東泉水面，跨度之大為當(dāng)?shù)赝愋退こ讨?，鋼結(jié)構(gòu)上部鋪裝夾膠鋼化玻璃，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求極高，受場(chǎng)地限制，大型機(jī)械設(shè)備無(wú)法進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，施工難度很大。

（1）基礎(chǔ)工程?；A(chǔ)采用直徑1300mm混凝土灌注樁作為支撐，由于在水源地內(nèi)施工，地下水位高，地表以下1m即見(jiàn)水，稍有不慎將會(huì)造成塌孔，施工難度非常高。

（2）鋼結(jié)構(gòu)工程。東泉水池最大水平跨度54m，弧形彎曲長(zhǎng)度達(dá)70m，距水面最大高度8.1m，最大單榀重量超過(guò)20t，從材料的選擇、焊接到安裝難度都極大。

（3）玻璃封閉工程。玻璃尺寸多數(shù)單塊為2.0m×1.2m，面積2.4m2，材料為6mm+0.76mm+6mm夾膠鋼化玻璃，自重很大，且由于東泉池面為不規(guī)則形狀，部分玻璃為異形尺寸，加工難度大，玻璃封閉從加工到安裝難度都非常大。

（4）場(chǎng)地限制。龍子祠泉之東泉的水池，位于龍祠村內(nèi)，道路狹窄，交通受限，且周邊建筑物居多，大型機(jī)械設(shè)備無(wú)法進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)，給工程施工帶來(lái)很大的難度。

5.2 解決方案

針對(duì)工程中的眾多施工重大技術(shù)難題，經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)考察、研究，最終確定以下施工方案：

（1）基礎(chǔ)工程施工技術(shù)?；A(chǔ)采用直徑1300mm混凝土灌注樁，鉆孔24個(gè)累計(jì)深度194.96m，平均孔深8.12m，最大孔深9.8m。針對(duì)地下水位過(guò)高且為流動(dòng)水的情況，鉆孔采用沖擊鉆方式，對(duì)孔壁進(jìn)行擠壓加強(qiáng)土體密度，護(hù)壁采用加長(zhǎng)鋼護(hù)筒防止塌孔。

（2）鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)。首先從選材上入手，因結(jié)構(gòu)跨度大，要求原材料、構(gòu)配件必須有足夠的強(qiáng)度，鋼結(jié)構(gòu)縱向12品鋼桁架，采用直徑456mm×18、直徑426mm×18、直徑299mm×16三種型號(hào)鋼管，重量86.42t，鋼結(jié)構(gòu)框架橫向檁條，采用200mm×150mm×5mm，120mm×80mm×5mm兩種規(guī)格的鍍鋅方管，重量84.01t，整個(gè)鋼支撐結(jié)構(gòu)及附件總重210.5t。

由于材料型號(hào)特殊，本地市場(chǎng)無(wú)此規(guī)格原料，需進(jìn)行特殊定制加工，并根據(jù)每榀桁架不同的彎曲角度進(jìn)行冷壓彎曲加工，確保原材料質(zhì)量。現(xiàn)場(chǎng)焊接采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的二保焊技術(shù)，該工藝適用于低碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼等各種大型鋼結(jié)構(gòu)工程焊接，其抗裂性能好，焊接變形小，適應(yīng)變形范圍大，可進(jìn)行薄板件及中厚板件焊接。

（3）玻璃封閉工程施工。頂層玻璃由于單塊面積較大，為了保證質(zhì)量采用6mm+0.76mm+6mm型號(hào)的夾膠鋼化玻璃，制安面積3110.68m2，用膠條塞縫，并注密封膠。由于玻璃層長(zhǎng)期暴曬于陽(yáng)光下，風(fēng)吹雨淋，為了確保密封條的使用壽命，膠條密封采用兩種材料，下層為結(jié)構(gòu)膠，上層為耐厚膠，以保證玻璃層的工程質(zhì)量。

（4）場(chǎng)地限制解決方案。東泉封閉工程中跨度大、材料重、場(chǎng)地小，大型機(jī)械設(shè)備無(wú)法進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)。為解決此問(wèn)題，施工中采用160t和25t吊車各1臺(tái)配合作業(yè)。160t吊車用于12品鋼桁架的起吊，25t吊車主要用于鋼構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的拼裝對(duì)接、大型鋼桁架起吊時(shí)輔助作用、鋼檁條和鋼化玻璃的吊裝。

6 工程效益

以上工程施工方法，確保了工程的施工質(zhì)量。工程完成驗(yàn)收后，至今運(yùn)行情況良好，有效防止了揚(yáng)塵污染，改善了水源地城市飲用水的水質(zhì)；泉域生態(tài)得到明顯改善，水土流失得到控制，有效保證了臨汾市城市飲用水的安全，社會(huì)效益顯著。