郭洪林,王夏勛,關(guān)曉莉,唐 佳

(浙江江南春建設(shè)集團有限公司,浙江 杭州 311243)

1 工程概況

杭州市閑林水庫樞紐大刀沙泵站工程,主要功能為提錢塘江水至珊瑚沙水庫以抗咸潮。工程位于杭州市錢塘江北岸珊瑚沙水庫上游約1000 m,裝機4×1120 kW,設(shè)計流量26 m3/s,工程由取水建筑物、泵站建筑物和輸水建筑物3部分組成。輸水建筑物從錢塘江取水自流至泵站取水池,由副取水頭部和取水自流管道組成,取水自流管道全長159.9m,為直徑DN 3400 mm鋼管,管壁厚度30 mm,管道采用頂管法施工。副取水頭部采用8 m×8 m×12 m的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),底部布置9根φ 1000 mm鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。副取水頭部伸入江心,距江灘邊約45 m。

為滿足頂管施工上部覆土厚度條件,同時兼顧副取水頭部結(jié)構(gòu)物施工,經(jīng)方案設(shè)計優(yōu)化,采用沿江筑島法完成入江段頂管上部覆土施工及副取水頭部結(jié)構(gòu)施工平臺。基礎(chǔ)灌注樁由筑島平臺上完成,副取水頭部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在筑島平臺上整體澆筑完成,采用沉井沖沉法達到設(shè)計高程位置。根據(jù)頂管施工上部覆土要求,以及副取水口頭部沉井結(jié)構(gòu)施工和安全沖沉的需要,潮汛時水流對筑島平臺的影響,本著節(jié)約工程投資的目的,筑島施工采用雙層外圍編織袋吹填土護邊,中間土方填芯的方法構(gòu)筑而成。筑島平臺區(qū)域上部頂面寬度36 m,長度52 m,江底底面寬度44 m,長度56 m。筑島區(qū)內(nèi)江底最深處標高為-5.0 m,平均江底標高-2.0 m,常水位為4.0 m,綜合考慮筑島平臺區(qū)頂面標高為6.85 m,共需吹填土方約15000 m3。筑島平臺平面圖及斷面圖見圖1、2。

圖1 沿江筑島平面圖

圖2 沿江筑島橫向斷面圖

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘探揭示,取水自流管道沿線地基表層為素填土,以下主要為:淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂土、粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層,管道基礎(chǔ)以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和粉砂層為主,工程地質(zhì)條件差。

3 施工程序

施工準備—施工放樣—吹填土編織袋定位鋼管打設(shè)、上部縱橫向固定鋼構(gòu)件聯(lián)接—吹填土編織袋施工—填芯土吹填。

4 工程施工方法及過程

4.1 施工準備

施工準備主要包括技術(shù)準備、物資準備和機械設(shè)備準備等方面工作。

(1)技術(shù)準備。因工程位于錢塘江內(nèi),屬水中作業(yè),首先要搜集有關(guān)錢塘江的水文、潮汛、氣象等方面資料,根據(jù)工程施工期間內(nèi)的最高潮位,確定筑島平臺區(qū)的頂面高程,合理安排侯潮施工的時間。對施工區(qū)域內(nèi)的江底土質(zhì)、地形、地貌和水深情況應了解清楚。根據(jù)上述資料信息結(jié)合以往錢塘江流域的實際施工經(jīng)驗和土方吹填的施工需要,初步確定該工程項目的實施方案。

(2)物資準備。包括吹填土料源、吹填土編織袋和定位、加固吹填土袋的鋼管、槽鋼及鋼絲繩等材料:①根據(jù)工程總體規(guī)劃,吹填土主要取自主體工程基坑開挖土方為主,不足部分就近從臨近的飲水入城標段的內(nèi)河開挖土方中取得。根據(jù)地質(zhì)報告顯示,土方以粉質(zhì)黏土為主,以滿足泥漿泵吹填用土的要求;②根據(jù)筑島吹填土平臺區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計和服務(wù)時間要求,吹填土編織袋采用200 g/m2的寬幅式,為使編織袋圍堰的整體性穩(wěn)固、減少連接,長寬尺寸采用50 m×6 m,要求編織袋采用高強尼龍線繩雙道縫制,以滿足對編織袋強度的要求;③鋼管、槽鋼及鋼絲繩等材料根據(jù)圖紙要求按施工計劃用量進行備料,同時考慮一定的富余量以滿足要求。編織袋定位鋼管立柱采用φ 89鋼管為主,根據(jù)實際長度需要,鋼管立柱需進行縱向?qū)右詽M足要求,水面上部立柱采用[12槽鋼進行縱橫向聯(lián)接加固。根據(jù)具體要求現(xiàn)場加工制作。

(3)機械設(shè)備等準備。需要200 t施工船1艘,0.4 m3小型挖機1臺,電焊機4臺,22 kW泥漿泵6臺和相應的供水水泵及輸泥管、接頭、水槍頭等配套機具。

4.2 施工放樣

采用國產(chǎn)南方NT320全站儀進行測量放樣,首先在岸上根據(jù)進水管線位置測出筑島平臺區(qū)的縱向軸線,水中的長度可根據(jù)軸線延長得到。將儀器架設(shè)在軸線上,分別按順時針和逆時針方向旋轉(zhuǎn)90°,在相應的方向上根據(jù)筑島區(qū)寬度分別標出2個點,然后分別在2個點位上架設(shè)儀器,根據(jù)寬度方向線順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)90°從而確定筑島平臺區(qū)的2條縱向邊線方向線,長度沿方向線量取而得。

施工時高程測量采用水準儀根據(jù)水位進行水上和水下部分的測量控制。

4.3 定位鋼管立柱和縱橫向加強桿施工

(1)定位鋼管制作。鋼管采用φ 89規(guī)格,根據(jù)相應水深所需要的立柱長度進行焊接加長,為滿足鋼管的直線度和施工的平順度,鋼管加長采用承插口形式并進行焊接,即首先將自制的插口斷焊在鋼管的一端,然后插入焊接鋼管的一端后并進行焊接,為加強鋼管的整體剛度,接頭處采用2條30 cm長φ 16圓鋼幫條焊進行加強焊接。鋼管端部焊接吊裝環(huán),以方便機械吊裝打設(shè)及工程完工結(jié)束后的拔出工作。

(2)定位鋼管打設(shè)。筑島平臺區(qū)吹填土編織袋加固立柱施工擬采用船載小型挖機進行打設(shè)。施工順序上,平臺縱向區(qū)域內(nèi)由岸邊向江內(nèi)延伸,橫向區(qū)域內(nèi)由內(nèi)到外施工。為便于船載挖機在船內(nèi)行走并最大程度上保持船體在水中的平穩(wěn),船內(nèi)裝一定重量的沙土配重。首先將制作好的鋼管運到船上,根據(jù)測量控制線,由挖機吊起鋼管,根據(jù)預先確定的位置,由人工輔助確定好垂直度后,慢慢地自上而下插入水中直至江底土層,入土深度不小于1.5 m,入土時盡量垂直壓入進入,不可左右擺動改變鋼管垂直度。當遇到江底塊石時可以適當移動位置以錯開塊石,但仍要保持同排立柱在同一直線上。

(3)縱橫向加強桿施工。為加強平臺區(qū)內(nèi)整體立柱的剛度,立柱水面上部縱、橫向采用型鋼進行聯(lián)接加固,縱橫向聯(lián)接型鋼采用[12槽鋼焊接加固,采用小船或自制浮筒平臺操作完成,使立柱和縱橫向加強桿組成吹填土編織袋的定位鋼結(jié)構(gòu)骨架,從而保證水下吹填土編織袋的位置準確。

4.4 定編織袋吹填土施工

鋼管立柱上部的縱橫向聯(lián)接桿上面滿鋪毛竹腳手片作為施工平臺道和架設(shè)輸泥管之用。吹填土編織袋施工順序按:由低到高,先橫向后縱向,先外圍后內(nèi)部進行,同層的吹填土袋之間連接處要重合壓牢,上下層編織袋要錯位鋪設(shè)吹填。最大程度上保證整體吹填土編織袋的穩(wěn)固性。

(1)吹填土編織袋吹填前定位。根據(jù)錢塘江潮汛規(guī)律和施工經(jīng)驗,編織袋鋪設(shè)應該在江水漲潮到最高位時(此時江水短暫處于靜止狀態(tài))進行。編織袋采用鐵絲與立柱綁扎定位,編織袋上預先設(shè)置好進泥口,根據(jù)水下吹填施工經(jīng)驗和吹填土編織袋的尺寸確定3 m左右留1個進泥口,采用鋼管頭帶膠皮輸泥管預留形式完成,同時根據(jù)水深預留足夠的長度。

(2)編織袋內(nèi)土方吹填。首次編織袋吹填最好在高潮位時完成編織袋底部定位泥土充填部分,這樣能保證整條編織袋位置準確,厚度均勻,否則可能受水流影響而使編織袋位置和厚度產(chǎn)生偏移和偏差,從而影響整體編織袋的穩(wěn)定性。每只編織袋水下吹填時,為盡量減少潮汛水流干擾,吹填土自編織袋一側(cè)開始依次接入進泥管吹填,操作工人根據(jù)進泥強度和時間,用鋼筋把水下吹填土編織袋上面戳破形成出水孔,使泥漿編織袋底部土方沉淀,上部清水溢出,以保證編織袋不被撐破,同時達到整個編織袋內(nèi)土方密實飽滿。平臺區(qū)縱向編織袋的吹填應采用左右對稱方式進行吹填完成。

(3)鋼絲繩加固索施工。由于水中鋼管豎直方向自由度較長,無法采用橫向剛性加固,為滿足編織袋充填土方后鋼立柱在豎直方向保持最大的豎直度,滿足筑島平臺的結(jié)構(gòu)尺寸要求,采用鋼絲繩軟索進行加固。高度上每2層編織袋設(shè)置1層加固索,底部可進行加密,上部根據(jù)實際情況可減疏。采用φ 14鋼絲繩,間距2 m設(shè)置,也可加密;上下層軟索采用錯開設(shè)置,盡量使每根立柱鋼管都被加固。首先根據(jù)立柱寬度,截取鋼絲繩長度,用U型卡卡牢套于立柱上的繩索套,利用自制工具沿立柱安設(shè)到位,為加強整個平臺的穩(wěn)定性,還可以采用不同排立柱乃至內(nèi)外層編織袋間的立柱都可以采用這種方法加固。

4.5 填芯土吹填施工

整個筑島平臺吹填土方施工由外向內(nèi),先編織袋吹填土后填芯土方施工的順序分層均勻上升進行。為了滿足筑島平臺的整體性和穩(wěn)定性要求,填芯土吹填施工與編織袋吹填交替進行。當吹填土編織袋一圈閉合后即可進行填芯土方吹填,由于填芯土方吹填是將泥漿直接吹填到由吹填土編織袋所圍成的區(qū)域內(nèi),泥漿中的土方在底部沉淀,上部清水自然溢出。為盡量減少水質(zhì)污染,高程上填芯土吹填至少滯后2個編織袋高度,同時可采用水下出泥口相對吹填的方式進行消能,加速土方沉淀。為滿足以后筑島區(qū)平臺上部的沉井沖沉時周圍滲透水流小的要求,同時要選用粘粒含量相對較多的土質(zhì),吹填均勻、平穩(wěn)進行,工人在水面上的操作平臺上利用探桿控制填芯土的高程和平整度,交替完成水下部分的土方吹填施工。

水面上部土方施工時,可采用人工加速固結(jié)的方法,同時進一步加強控制排水,排出的水要滿足排放要求。為了滿足抗風化要求,水面上部的編織袋可采用250 g/m2的規(guī)格。

整個筑島平臺施工1個月左右時間順利完成,底部基礎(chǔ)灌注樁和沉井預制和沖沉施工均按施工計劃正常完成,為整個工程的緊迫工期贏得了時間,比照常規(guī)圍堰法施工節(jié)約了4/5的資金,同時大大降低了工程風險和施工難度。

5 結(jié) 語

(1)該工程中吹填土編織袋的定位固定鋼結(jié)構(gòu)骨架和吹填土編織袋加固軟索的施工是關(guān)鍵,水下土方吹填是重點,根據(jù)錢塘江潮汛規(guī)律和結(jié)合水下土方吹填的實際經(jīng)驗是工程得以順利實施的保證。

(2)該工程中沿江筑島方案與傳統(tǒng)的圍堰法施工相比較具有工程量小、投資少,工期短且工程風險小的優(yōu)點,對于具有同類施工條件的工程有很好的借鑒意義。