(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 工程概況

塔貝拉水電站位于巴基斯坦印度河干流上，拉瓦爾品第西北約64km，控制流域面積17萬km2，總庫容137億m3。主壩為斜心墻土石壩，最大壩高143m，壩頂長2743m，壩體體積1.21億m3，是世界上填筑量最大的土石壩。四期擴(kuò)建工程，將右岸4號灌溉引水洞改造為發(fā)電引水洞，并新建1座裝機(jī)1410MW(3×470MW)電站，塔貝拉水電站總裝機(jī)容量將達(dá)到4888MW。

本工程圍堰施工存在以下困難：?堰址處水深達(dá)32m，是目前國內(nèi)外最高的單側(cè)擋水鋼板樁格型圍堰，板樁關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造難度大；?主河槽部位圍堰下部覆蓋層最深達(dá)25m，高深圍堰防滲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工困難；?圍堰右側(cè)下部基巖裸露坡度大且無覆蓋層，鋼板樁格體穩(wěn)定困難；?堰址處水上起吊能力難以達(dá)到千噸級，樁格需水上拼裝，但水上施工平臺獲取困難。

2 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新建廠房下游圍堰由鋼板樁圍堰和兩端土石圍堰組成。鋼板樁圍堰由5個(gè)主格及4個(gè)副格組成，主格直徑23.76m，每個(gè)主格由148根直腹鋼板樁及4根連接樁組成。副格連接弧半徑5.73m，連接弧由35根直腹鋼板樁組成，與主格上連接樁連接，連接角 35°。圍堰的每個(gè)主格和副格內(nèi)填筑相對密度不小于0.6的粗砂。堰體主河床覆蓋層采用高噴防滲墻防滲，基巖采用帷幕灌漿，灌漿深入巖基相對不透水層1m，灌漿深度9.5～13.5m。鋼板樁格形圍堰背水側(cè)填筑砂礫石戧堤，戧堤頂高程333m，頂寬30m，內(nèi)側(cè)坡比1∶2。圍堰的主要工程量見表1，圍堰平面布置見圖1，圍堰1號主格斷面見圖2。

表1 新建廠房下游圍堰主要工程量 單位：m3

圖1 鋼板樁圍堰平面布置圖

圖2 鋼板樁圍堰1號主格斷面圖 (單位：m)

3 圍堰施工程序

施工準(zhǔn)備→施工平臺搭設(shè)→鋼板樁測量放線→鋼圍囹安裝→鋼板樁拼插→鋼板樁沉設(shè)→鋼圍囹移除→鋼板樁頂部穩(wěn)固→格體預(yù)填砂→副格施工→鋼板樁格左右側(cè)銜接部位施工→格體填砂至設(shè)計(jì)高程→防滲體施工→基坑內(nèi)戧堤填筑→圍堰完建。

4 主要施工方法

4.1 施工準(zhǔn)備

鋼板樁樁板進(jìn)場驗(yàn)收采用2m長同樣形狀的鎖口，通過每一根鋼板樁的鎖口來檢查鋼板樁的直線度，并報(bào)廢沿鋼板樁鎖口局部有扭結(jié)、過分彎曲或翹曲的鋼板樁。需焊接成型的鋼板樁(如角樁)加工完畢后，對焊縫進(jìn)行滲透檢測(PT)和聲吶檢測(UT)。對現(xiàn)場焊接的復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如角樁)，需將試件送至專業(yè)試驗(yàn)室進(jìn)行強(qiáng)度測試，確保焊接工藝參數(shù)的合理性和焊接角樁的質(zhì)量。根據(jù)水下測量結(jié)果，在樁格范圍內(nèi)的無覆蓋層巖基處填50cm砂，以改善鋼板樁樁格的穩(wěn)定條件。

4.2 施工平臺搭設(shè)

施工平臺的作用是鋼板樁樁板的運(yùn)輸、存儲、吊運(yùn)、沉設(shè)，浮箱平臺最大尺寸36m×30m×1.5m，可載重600t以上，均由12m×3m×1.5m的浮箱模塊搭建而成。施工平臺拆裝方便、可重復(fù)使用。

4.3 鋼板樁測量放線

由測量人員定出鋼板樁圍堰的軸線，每隔一定距離設(shè)置導(dǎo)向樁，導(dǎo)向樁直接使用鋼板樁，掛線繩作為導(dǎo)線，定位時(shí)利用導(dǎo)線控制鋼板樁圍堰的軸線。

4.4 鋼圍囹定位安裝

4.4.1 鋼圍囹的平面定位

?初定位。將拼接好的浮箱置于格體內(nèi)定位，浮箱上放出格體中心點(diǎn)并在4榀鋼圍囹圓弧拼接點(diǎn)處設(shè)置浮標(biāo)，調(diào)整鋼圍囹拼接點(diǎn)與浮標(biāo)重合。下放鋼圍囹后用型鋼與浮箱連接臨時(shí)穩(wěn)固。

?終定位。復(fù)核格體中心點(diǎn)及鋼圍囹位置合格后，從鋼圍囹中預(yù)留的樁孔位內(nèi)插設(shè)鋼管樁支腿，調(diào)整鋼圍囹中心點(diǎn)偏位值，使之不大于50mm。下沉鋼管樁支腿將鋼管樁打至堅(jiān)固的持力層以承擔(dān)鋼圍囹的重量。

4.4.2 鋼圍囹高程定位

鋼圍囹和定位鋼管樁的連接采用鋼楔吊擔(dān)傳力機(jī)構(gòu)。當(dāng)浮式鋼圍囹頂面達(dá)到控制高程時(shí)，立即調(diào)整各拉條的長度，使其松緊一致。用水準(zhǔn)儀測量高程，鋼圍囹上導(dǎo)環(huán)頂標(biāo)高以不妨礙沉樁夾具順利通過為限。鋼圍囹頂面定位和高程定位符合要求后，將圍囹架與鋼管樁支腿之間用楔子楔緊，并固定拉條上的緊張器及卷揚(yáng)機(jī)的錨纜，當(dāng)傾斜坡度大于5‰，應(yīng)立即糾正。

4.5 鋼板樁拼插和沉設(shè)

鋼板樁拼插步驟：?鋼板樁試打。正式打入前先試打，以確定打入方式和深度；?鋼板樁吊裝。直腹式鋼板樁最長36m，一般吊裝方案易使鋼板樁損壞或產(chǎn)生永久變形，施工中采用研制的水平吊具吊裝鋼板樁。格體拼插階段，鋼板樁由水平轉(zhuǎn)為直立時(shí)，采用翻板立樁法吊立板樁；?鋼板樁拼插。采用100t履帶吊將鋼板樁吊裝成垂直狀態(tài)，移向安插位置，插入已就位的鋼板樁鎖扣中。鋼板樁拼插時(shí)靠自重下沉，不宜采取壓錘或錘擊等助沉措施。

鋼板樁沉設(shè)順序：Y型樁(連接樁)中心點(diǎn)按照設(shè)計(jì)位置準(zhǔn)確地插設(shè)在浮式導(dǎo)向圍囹架頂面內(nèi)導(dǎo)環(huán)上，使偏位值小于10mm。Y形板樁作為拼插的起始樁，4根Y形樁可作導(dǎo)樁，并通過測量定位每兩根Y形樁中間的鋼板樁作為導(dǎo)樁，一共8根導(dǎo)樁。導(dǎo)樁沿徑向和環(huán)向均應(yīng)保持垂直，導(dǎo)樁用螺栓連接于內(nèi)導(dǎo)環(huán)上。外導(dǎo)向環(huán)安裝在導(dǎo)樁外側(cè)面，用螺栓固定，外導(dǎo)向環(huán)的接頭位于導(dǎo)樁處。鋼板樁的拼插由導(dǎo)樁處開始沿內(nèi)導(dǎo)向環(huán)依次進(jìn)行，采用單根拼插，由兩根導(dǎo)樁向中間閉合拼插，每兩根導(dǎo)樁之間作為一個(gè)拼插閉合段。

4.6 鋼圍檁移除

對稱拆除浮箱與鋼圍檁連接的型鋼，利用兩臺100t履帶吊對稱地將整個(gè)鋼圍檁吊住，將鋼圍檁半圓處的連接螺栓拆除，使其拆分為兩個(gè)半圓，分別吊出。最后使用振動錘將鋼管樁支腿拔出。

4.7 鋼板樁頂部穩(wěn)固和格體預(yù)填砂

浮式導(dǎo)向圍檁架吊出后，立即在主格體頂部設(shè)置鋼筋或者型鋼加固環(huán)，將鋼板樁用螺栓臨時(shí)固定在加固環(huán)上，并在主格體內(nèi)完成部分填砂，填砂量要確保主格體臨時(shí)穩(wěn)定。

4.8 副格施工

副格體鋼圍囹安裝前，準(zhǔn)確測出連接樁的徑向和環(huán)向的偏差、傾斜度和偏角，并根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)繪制副格體鋼板樁閉合圓。鋼圍囹安裝的位置根據(jù)實(shí)測副格體鋼板樁閉合圖確定，并在相應(yīng)的主格體上做出標(biāo)記。

副格體在相鄰兩個(gè)主格施工完成后開始施工，兩側(cè)副格體同時(shí)進(jìn)行。副格體鋼圍囹安裝時(shí)按主格體上標(biāo)記的位置將鋼圍囹安放在兩側(cè)主格體樁頂上，檢查無誤后臨時(shí)固定。副格體鋼圍囹內(nèi)放置12m×6m浮箱平臺用型鋼連接浮箱與鋼圍囹。將副格體鋼圍囹固定在已經(jīng)施工完成的主格鋼板樁上。

4.9 銜接部位施工

鋼板樁與混凝土邊墻銜接，可先在銜接部位填筑土石圍堰，寬20m，兩側(cè)按1∶2邊坡水下拋填，圍堰迎水面及堰頂用厚1m塊石防護(hù)。然后鋼板樁側(cè)利用加寬直角樁作為刺墻埋入土石堰體。

4.10 格體填砂

格體填砂時(shí)，皮帶機(jī)桁架安裝在主格內(nèi)浮箱上，卸料平臺移動到位后，用1.6m3反鏟將砂料卸至卸料平臺。第一個(gè)主格填筑后，將皮帶機(jī)桁架轉(zhuǎn)移至下一個(gè)主格，兩個(gè)主格填筑完成后，再填筑主格間的副格。如此循環(huán)至所有格體填筑完成。格體填砂保持樁格間均衡上升。

4.11 防滲體施工

4.11.1 圍堰防滲布置

防滲體以高噴防滲墻為主、輔以樁板和帷幕灌漿，以此構(gòu)建深水厚覆蓋層上的直腹式鋼板樁圍堰防滲體系，最大防滲墻達(dá)53m。

?土石堰段采用高噴灌漿防滲墻。在圍堰軸線上布置2排高噴灌漿孔，孔排距0.75m×0.6m。特別重要部位則在圍堰軸線上布置4排高噴灌漿孔。

?坐落于基巖上的樁格采用直腹式鋼板樁配合帷幕灌漿防滲。靠樁格內(nèi)側(cè)按弧形布置1排帷幕灌漿孔，灌漿孔位距鋼板樁1m，沿弧線孔距2m，灌漿頂部高于巖基3m，底部深入巖基0.5m。

?坐落于砂礫石覆蓋層上的樁格采用高噴灌漿芯墻防滲。高噴灌漿孔均按直線布置2排，排距0.60cm，孔距0.75cm。灌漿范圍：基巖面以下1.5m至圍堰頂高程。

4.11.2 主要施工方法

?漿液配比。采用強(qiáng)度等級不低于32.5的普通硅酸鹽水泥配制純水泥漿液，水灰比為1∶1。進(jìn)漿比重不低于1.51g/cm3，返漿比重不低于1.2g/cm3。

?高噴施工參數(shù)。根據(jù)高噴鉆孔及噴灌過程判斷，鋼板樁圍堰某些區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，砂卵礫石層埋藏深厚，受承壓水、地下動水及架空地層影響，部分孔段在噴灌過程中出現(xiàn)串漿、串風(fēng)、埋鉆、卡鉆及塌孔等現(xiàn)象。為保證高噴施工質(zhì)量，在施工中對參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，見表2。

表2 主要施工參數(shù)

?高壓噴射灌漿施工。高噴灌漿采用“兩重管”法。

施工順序：單排孔分三序進(jìn)行，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的順序施工。雙排孔先施工背水側(cè)高噴孔，再施工迎水面孔。自孔底部自下而上噴射成墻，每相鄰孔間施工時(shí)段間隔不得小于48h。

過程控制：當(dāng)噴管下入到設(shè)計(jì)深度后，啟動旋噴機(jī)，開始送風(fēng)、送漿，邊旋轉(zhuǎn)邊提升，自下而上作業(yè)，直至設(shè)計(jì)終噴高程停噴。在旋噴中檢查高噴參數(shù)是否符合要求，并嚴(yán)格控制特殊過程的處理及參數(shù)控制。

封孔回填：高噴灌漿結(jié)束后，用冒漿漿液或膨脹砂漿在孔口注漿并搗實(shí)，至漿面不再析水下沉為止。用冒漿漿液回灌時(shí)，直接引排廢漿到待封孔的凹陷處，以利廢漿排放及持續(xù)回填待封孔。

4.12 背水側(cè)戧堤施工

戧堤可保證鋼板樁圍堰的安全，對鋼板樁圍堰起支撐作用，同時(shí)戧堤也是廠房基坑施工的主干道。戧堤施工在鋼板樁圍堰格體填筑完成后進(jìn)行，以確保圍堰鋼板不向下游側(cè)發(fā)生位移和傾倒，避免破壞鋼板樁格體。

戧堤砂礫石料填筑采用進(jìn)占法施工，當(dāng)該部位填筑進(jìn)占50m后，為了加快進(jìn)度，靠近鋼板樁寬20m范圍內(nèi)的砂礫石料同時(shí)跟進(jìn)填筑，一次性填筑到設(shè)計(jì)高程。戧堤填筑到距左岸混凝土墻10m時(shí)，混凝土塊和砂礫石材料同時(shí)平行填筑，合攏龍口，封閉圍堰。戧堤填筑完成后，隨基坑排水水位降低，對戧堤上游面邊坡進(jìn)行修整、護(hù)坡，形成1∶1.5邊坡。

5 圍堰施工采用的先進(jìn)技術(shù)

?芯墻直腹式鋼板樁圍堰型式。利用高噴樁成墻、帷幕灌漿、鋼板樁樁板聯(lián)合構(gòu)成防滲體系，創(chuàng)新地解決了25m的覆蓋層上高達(dá)36m的直腹式鋼板樁圍堰的抗?jié)B穩(wěn)定性問題。

?多功能水上施工平臺群研發(fā)。利用浮箱單元組成形式多樣、靈活機(jī)動的多功能水上施工平臺群，解決了平臺移動和定位，平臺上起吊、儲存及運(yùn)輸型鋼、樁板和砂料等施工作業(yè)問題。

?53m高噴防滲墻成墻技術(shù)。采取措施解決了高噴灌漿的孔斜、塌孔、抱鉆等問題，根據(jù)地質(zhì)條件調(diào)整高噴參數(shù)和工藝，保證單孔旋噴成樁相鄰樁體連接成墻。

?樁格填砂免振沖自密實(shí)工藝。根據(jù)填砂試驗(yàn)結(jié)果，創(chuàng)新地采用填砂自密實(shí)工藝，代替填砂振沖密實(shí)工藝。節(jié)省工程成本，簡化施工程序，縮短工期。

?樁格填砂變形控制技術(shù)。利用填砂的初始位置和初始速度，控制樁格填砂變形，提高鋼板樁格體的形體質(zhì)量。

6 結(jié) 語

塔貝拉四期擴(kuò)建廠房下游的鋼板樁圍堰，從設(shè)計(jì)和施工均無可借鑒經(jīng)驗(yàn)，項(xiàng)目實(shí)施克服眾多施工技術(shù)難題，在較短時(shí)間內(nèi)完成了鋼板樁圍堰的修建，目前該圍堰運(yùn)行安全穩(wěn)定，滲水量小，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)效果，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，可為類似水電站改擴(kuò)建工程提供借鑒。