楊洪革

(中國鐵建港航局集團有限公司第三工程分公司 山東青島 266000)

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，國家對節(jié)能和環(huán)保日益重視，各行業(yè)對環(huán)?？刂埔苍絹碓节呌谝?guī)范，并提出更高要求。海水冷卻成為火力發(fā)電廠采用的主流技術(shù)，這對電廠臨海工程建設中的臨時圍堰提出了更高要求。在大唐東營2×1 000 MW新建工程海水取排水工程取排水口臨時圍堰施工中，通過資料查詢、理論計算、物模試驗等方式確定了一種充填砂袋與鋼板樁組合的圍堰結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化了工藝，采取了適當?shù)目刂拼胧┍ＷC了施工安全，取得了良好的經(jīng)濟效益及質(zhì)量效果，為類似工程的施工提供參考。

2 項目概況

大唐東營2×1 000 MW新建工程海水取排水工程在海陸交接處，需要破除原拋石混凝土護面的防潮大堤，建造10孔3 m×3 m鋼筋混凝土取水結(jié)構(gòu)、5孔3 m×3 m鋼筋混凝土排水結(jié)構(gòu)。為創(chuàng)造鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)干施工條件，需要建造一條長約600 m的臨時止水圍堰。平面布置如圖1所示。圍堰內(nèi)基坑開挖底標高為-7.1 m，圍堰外側(cè)海平面標高為＋1.0 m。該圍堰要求不僅泥面以上具有止水功能，還要求泥面以下也具有止水功能，同時還要求具備在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)深基坑開挖時的支護功能。

圖1 臨時圍堰平面布置

3 圍堰結(jié)構(gòu)確定與分析

3.1 圍堰結(jié)構(gòu)形式比選

該地區(qū)砂源豐富，優(yōu)先考慮袋裝砂結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)機械化程度高、施工速度快、整體性能良好、結(jié)構(gòu)安全、可以就地取材、能有效節(jié)約工期、填筑拆除簡易[1]。目前常用袋裝砂臨時止水圍堰的結(jié)構(gòu)形式主要有充填砂袋＋黏土芯墻結(jié)構(gòu)、充填砂袋＋高壓旋噴樁墻結(jié)構(gòu)、充填砂袋＋混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)及充填砂袋＋鋼板樁結(jié)構(gòu)。由于本地區(qū)黏土資源缺乏，高壓旋噴樁及混凝土防滲墻結(jié)構(gòu)施工易對充填砂袋造成破壞且后期拆除難度大，經(jīng)研究本圍堰最終采用充填砂袋＋鋼板樁結(jié)構(gòu)。

3.2 圍堰斷面形式確定

考慮到本地區(qū)東北風盛行導致的增水，圍堰頂標高設置為＋5.0 m，原泥面以上就地取材，采用充填砂袋阻止原泥面以上的海水流入，原泥面以下采用鋼板樁阻止海水滲入。圍堰外側(cè)采用扭王字塊與柵欄板進行消浪護面，圍堰頂采用倒“T”型混凝土塊增加圍堰穩(wěn)定性。圍堰結(jié)構(gòu)見圖2。

3.3 穩(wěn)定性分析

采用易工水運工程結(jié)構(gòu)CAD集成軟件(土坡穩(wěn)定模塊)對極限工況(圍堰外側(cè)極端水位2.88 m＋圍堰內(nèi)側(cè)基坑開挖至最低處-7.1 m)進行驗算，在不考慮鋼板樁作用條件下，圍堰穩(wěn)定性滿足要求。同時對圍堰進行物模試驗(見圖3)，結(jié)果表明圍堰模型在模擬的百年一遇水位最不利工況下是穩(wěn)定的[2]。

圖3 圍堰物模試驗

4 施工工藝

本項目采用的電廠取排水口海域臨時圍堰施工工藝流程如圖4所示。

圖4 圍堰施工工藝流程

4.1 放線定位

現(xiàn)場測量放線使用GPS對圍堰堤身進行精準定位，每40～50 m設置一處放樣點，采用鋼釬標記充填袋體內(nèi)外邊線，然后根據(jù)放樣點加密袋體邊線，間距約4～6 m，確保充填袋鋪設邊線位置準確。

4.2 拆除坡腳護面

采用挖掘機拆除原防潮大堤的護面塊體及塊石，將拆除的塊體及塊石堆在附近護面塊體上面，以備后期恢復時充分利用。

4.3 充填袋施工

(1)充填袋制作

充填袋采用250 g/m2的土工織物，加工成長方形，其尺寸寬度以護堤坡長斷面為準，同時考慮增加3%富裕量以備充灌時收縮量的儲備[3]。袋體長度宜在30～50 m之間，為了利于錯縫以及合理利用施工時間，相同寬度的袋體可加工成2或3種長度，以利施工布置的靈活性。根據(jù)經(jīng)驗，該工程袖口布設初定為20 m2左右一個。袖口原材料材質(zhì)相同，袖口直徑0.3 m，伸出袋體0.5 m或0.6 m，袖口和袋體采用丁縫連接。

(2)充填袋體鋪設

水下部分充填袋體鋪設用150 m3/h自航駁船，潛水員配合；出水后用人工鋪設，鋪設第一層土工袋前，應先將基底找平，局部高差不大于20 cm。

水下施工的充填袋鋪設應在滿足小駁吃水條件下進行。充填袋兩端先定位于小駁上，鋪設時將袋體一端固定在定位樁上，用砂袋壓穩(wěn)固定。充填袋平緩展開并不斷拉緊，潛水員根據(jù)放出的邊線和中線隨時調(diào)整充填袋的位置以保證能夠滿足設計要求。鋪設位置滿足要求后應及時進行充填。

充填袋出水后，上面袋體可采用人工鋪設。充填袋鋪設時應垂直于圍堰軸線，上下層袋體應錯縫鋪設。在同一層上的相鄰兩個袋體之間需要預留富?？臻g，以便充填后兩個袋體間靠緊，且無通縫，如有應及時填塞好。

(3)袋體充填

袋體充填時采用陸上高壓水槍進行水力造漿、泥漿泵抽砂充填。施工方式為分段分層、整體推進，呈臺階狀進行充填施工，在不同層袋體上形成不同的工作面，并且要乘潮施工，在不同潮位情況下，均可充填水位線以上部分，保證施工效率。

袋體充填飽滿度宜為85%，厚度按照實際情況可取400～600 mm范圍(見圖5)。充填順序為“先四角，后主體”，逆潮流方向充填，并注意觀察出泥管口情況。在充填袋體過程中，需要人工在頂面往復行走，踩踏密實，盡可能加快排水，使袋體充填平整，并注意防止爆袋[4]。

圖5 充填袋施工

4.4 土工布鋪設及石料拋填

人工鋪設400 g/m2的土工布，并采用袋裝砂壓載，袋裝砂橫向間距2～3 m、縱向間距4～6 m。碎石墊層采用水上運輸，皮帶機打入、挖掘機攤鋪。

其它塊石采用方駁運至施工現(xiàn)場，挖掘機進行拋填。首先拋填擠淤塊石，然后拋填堆石棱體，再拋填堤心石、墊層塊石。

4.5 鋼板樁施工

根據(jù)抗?jié)B流計算，圍堰止水采用拉森Ⅳ型鋼板樁，長15 m。鋼板樁打設主要采用兩種方式，一是防潮大堤結(jié)合處，每側(cè)長度約20 m的鋼板樁采取陸上打設；二是其它鋼板樁采取水上打設。內(nèi)側(cè)第二排-4.0 m處鋼板樁打設，待基坑開挖至-4.0 m標高后，與取水結(jié)構(gòu)物基礎水泥攪拌樁同時施工。

(1)鋼板樁吊裝

鋼板樁經(jīng)由駁載碼頭，用船運至設計位置。鋼板樁采用兩點吊，在吊裝過程中注意對鋼板樁的保護。

(2)導架、導梁安裝

為保證樁位精確及垂直度，防止鋼板樁屈曲變形，并提高樁的貫入能力，需要設置一定剛度的、堅固的導架[5]，即“施工圍檁”。導樁選用φ60 cm、壁厚8 mm的鋼管樁，長度為12 m。鋼管采用液壓振動錘打設。

選用邊線順直的鋼板樁作為導梁，安裝在導樁的水平撐上，采用臨時焊接連接。

(3)鋼板樁打設

施工時從兩側(cè)岸邊向中間打設，控制第一根鋼板樁邊樁的定位、垂直度，是保證圍堰位置及后期鋼板樁施工的關(guān)鍵技術(shù)[6]。

第一根鋼板樁插樁時，確保樁體呈垂直狀態(tài)，插樁穩(wěn)定后，精確復測樁位及垂直度。滿足要求后，嚴格控制沉樁位移量，間斷性打設，小位移量打樁，密切復測鋼板樁垂直度[7]。

后續(xù)鋼板樁打設，起吊后使用人工協(xié)助插入前一根鋼板樁鎖口。鋼板樁沉樁時，采用全站儀測量控制，如出現(xiàn)傾斜情況，可用軸線修正法，若出現(xiàn)較大傾斜，要用鋼絲繩拉住樁身，邊拉邊打逐步糾正。當偏斜過大不能用拉擠的方法調(diào)整時，須拔出重打。

鋼板樁在合龍時，兩側(cè)鎖口如不在一條直線上的修正措施:在合龍前幾組時，將鋼板樁插入導梁內(nèi)，再逐一沉樁。同時提前準備一批異形鋼板樁用于合龍時修正鋼板樁上下鎖口不直的情況。

(4)鋼板樁拔除

基坑施工完畢要拔除鋼板樁，拔樁順序與打樁順序相反?？上扔谜駝渝N將板樁鎖口振活以減少土的阻力，然后邊振邊拔[8]。對較難拔出的板樁可先用振動錘將樁振打下沉100～300 mm，再與振動錘交替振打、振拔[9]。

4.6 鋼管樁支撐體系

臨時圍堰北側(cè)永臨結(jié)合段，因取水結(jié)構(gòu)物緊鄰第二排鋼板樁，基坑預留寬度受限。在結(jié)構(gòu)物施工過程中，臨時圍堰遭受多次強風浪侵襲，個別部位鋼板樁出現(xiàn)輕微傾斜。為確保基坑邊坡穩(wěn)定性，保證施工安全，故在臨時圍堰北側(cè)永臨結(jié)合段第二排鋼板樁內(nèi)側(cè)增設鋼管樁支撐體系。

鋼管樁支撐體系采用長度為15 m的φ800 mm鋼管樁加固，鋼管樁間距3.0 m。在鋼板樁之間采用圓鋼管進行支撐，鋼管樁主要采用60 t液壓振動錘沉樁。

4.7 倒“T”型塊施工

海上部分倒“T”型塊采用200 t起重船安裝，最大起重幅度22 m；陸上部分采用100 t履帶吊安裝。

倒“T”型塊之間有3 cm的安裝縫，采用高標號砂漿封堵。倒“T”型塊與底部砂袋之間采用C20混凝土封堵(需人工清除碎石墊層后，再澆筑混凝土)，防止海水通過碎石墊層進入圍堰。

4.8 護面塊體安放

護面塊體主要包括3種型號，分別為2 t扭王字塊體、5 t扭王字塊體、柵欄板。柵欄板采用人工配合履帶吊安放，相鄰高差小于150 mm，縫寬小于100 mm；扭王字塊體采用分區(qū)、定點隨機安放，并逐塊做好安裝記錄。扭王字塊可按設計數(shù)量的95%進行定點安放，然后再進行查漏補缺[10]。坡底扭王字塊體要與拋石棱體接觸緊密，坡面塊體斜向放置。

4.9 控制要點及注意事項

(1)充填袋體應分層鋪設，堆疊整齊，上、下層交錯排列，不允許袋體與袋體之間留有縫隙、通縫；袋體內(nèi)水未完全濾出前，不宜在其上部充填；袋體不得用鋒利的石塊堆壓，以免割破袋布；袋體間的空隙以袋裝砂填補密實，以免形成管涌通道[11]。

(2)在鋼板樁插打過程中，當鋼板樁的垂直度較好時，一次將樁打到要求深度；當垂直度較差時，分兩次施打，即先將所有的樁打入約一半深度后，第二次再打到要求深度[12]。對較難拔出的鋼板樁，交替振打、振拔。

(3)柵欄板應安放穩(wěn)固、平順，當需用二片石支墊時，支墊的邊腳數(shù)不得超過2處，且每處只能支墊1層片石。

5 圍堰應用效果

大唐東營2×1 000 MW新建工程電廠取排水臨時圍堰工程已完成(見圖6)，采用的充填砂袋＋鋼板樁聯(lián)合止水的方式止水效果較好，通過現(xiàn)場觀測統(tǒng)計，滿足滲透值小于1 m/d的要求，有效保證了基坑內(nèi)干施工條件。

圖6 臨時圍堰整體效果

扭王字塊＋柵欄板結(jié)構(gòu)護面形式，有效抵御了多次的風浪沖刷，降低了波浪的影響，堤頂?shù)埂癟”型塊進一步增強了堤身的穩(wěn)定性。通過增設鋼管樁支撐體系，確保了永臨段圍堰的整體穩(wěn)定，均未發(fā)生超規(guī)范要求的位移及變形。圍堰施工及使用期間經(jīng)歷了十多次的風暴潮及三次強臺風，堤身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，圍堰內(nèi)部基本無滲水，為取排水結(jié)構(gòu)物創(chuàng)造了良好干施工條件。

6 結(jié)束語

(1)充填砂袋＋鋼板樁聯(lián)合止水技術(shù)，采用充填砂袋阻擋泥面以上海水進入，同時兼顧防止海浪涌入，就地取材、造價低廉；鋼板樁阻擋泥面以下地下水滲入，并有效防止管涌形成，確保了圍堰基礎的整體性，保證了深基坑施工的質(zhì)量與安全。

(2)充填袋堤心＋預制塊體防浪技術(shù)既能有效抵抗風暴潮，保證堤身穩(wěn)定，又便于后期拆除，降低工程造價。

(3)在永臨結(jié)合段第二排板樁外側(cè)采用鋼管樁強化支護體系，減少板樁變形，保證了圍堰結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定。

(4)圍堰外側(cè)水面以下采用柵欄板消浪，水面以上采用扭王字塊體消浪，在保證消浪效果的同時又便于后期水面以下塊體拆除。