謝志杰,羅錦雄,黃茂興,陸金倫
(廣東省源天工程有限公司,廣東 廣州 511340)
清遠樞紐二線船閘工程布置在已建清遠水利樞紐一線船閘右側(cè),兩條船閘的中心軸線平行,中心距為90 m,設(shè)計最大船舶等級為1 000 t級。二線船閘圍堰與基坑采用(單排、雙排)地連墻+上部擋水建筑物的形式,即作為船閘施工期間的擋水圍堰結(jié)構(gòu),也是船閘基坑的支護結(jié)構(gòu)。其中,上游縱向、橫向全年圍堰頂標高為17.52 m;下游縱向、橫向全年圍堰頂標高為13.91 m。
船閘主體結(jié)構(gòu)工程完工后,需拆除與外江相連的上下游橫向圍堰,并與上下游引航道順接形成船閘過水和船只通行通道。其中,需拆除的上游橫向圍堰為雙排格形鋼筋混凝土地連墻(墻厚1 m,3.78 m高程以上部位,上游常水位10.81 m)+鋼筋混凝土連板(板厚0.8 m)+上部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),需拆除的下游橫向圍堰為單排鋼筋混凝土地連墻(墻厚0.8 m,-3.74 m高程以上部位,下游常水位隨下游情況而變化)。
對于正常水位以上部位,以及上游雙排地連墻中靠基坑內(nèi)側(cè)的地連墻,可利用結(jié)構(gòu)自身以及基坑內(nèi)側(cè)地面作為施工平臺,采用挖掘機+液壓破碎錘、人工風(fēng)炮輔助等措施進行拆除(相當于陸上拆除);正常水位以下圍堰與基坑結(jié)構(gòu)由于與外江水相接,其拆除施工勢必形成水下作業(yè)。
外部施工環(huán)境:新建二線船閘緊挨一線船閘,且一線船閘已正常對外運營;二線船閘施工期間不能影響一線船閘運營,不封航、不斷航;上下游橫向圍堰拆除時間為3—4月汛前多雨季節(jié),汛情的變化也會影響圍堰與基坑結(jié)構(gòu)的拆除。
常用近距離建筑物、結(jié)構(gòu)物拆除方法有水鉆切割、圓盤鋸切割、繩鋸切割、靜力爆破、機械拆除和人工拆除等[1]。基于本工程工況特點,對以上備選方案比選,擬選擇繩鋸切割機支架水下定位法方案,對水下圍堰與基坑結(jié)構(gòu)進行拆除施工。
根據(jù)國內(nèi)經(jīng)驗,繩鋸切割機多用于陸上結(jié)構(gòu)體切割或水下混凝土樁:固定布置在結(jié)構(gòu)面上,鏈繩(可通過鉆孔輔助)繞結(jié)構(gòu)物套牢、接動力轉(zhuǎn)動輪后即可進行切割[2]。本工程水下圍堰結(jié)構(gòu)原采用地連墻,不僅高度、體積大,而且水平和豎直方向與下部結(jié)構(gòu)(引航道底部)連成一體,且大部分位于水下,繩鋸切割機鏈繩無法像一般陸上應(yīng)用場景那樣操作。如何在水下為鏈繩尋找一個著陸點,使得繩鋸切割機能以此為基點,實現(xiàn)鏈繩與主機之間形成閉合環(huán)路?為此,通過查閱相關(guān)資料并結(jié)合以往施工經(jīng)驗及類似工程案例[3-5],通過采用搭建支架進行水下精準定位,即依據(jù)水下圍堰外形尺寸采用角鋼焊接相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)支架,把支架架設(shè)在圍堰結(jié)構(gòu)頂上;在支架上設(shè)置一系列的定向滑輪結(jié)構(gòu),使鏈繩通過定向滑輪組與繩鋸切割機主機轉(zhuǎn)輪相連接并形成順暢的、可流轉(zhuǎn)的閉合環(huán)路[6],從而使繩鋸切割機實現(xiàn)對水下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體的切割施工。繩鋸切割機縱向橫向切割初始狀態(tài)剖面示意見圖1~2。
圖1 繩鋸切割機縱向切割初始狀態(tài)示意(縱剖面)
圖2 繩鋸切割機縱向切割初始狀態(tài)示意(橫剖面)
1)根據(jù)擬拆除的水下圍堰結(jié)構(gòu)外形尺寸,利用施工現(xiàn)場庫存的角鋼焊接一個鋼結(jié)構(gòu)支架。該鋼結(jié)構(gòu)支架總體可分上下兩部分(見圖3):上部可視為支承體,用于架設(shè)在擬切割物結(jié)構(gòu)上,并作為萬向輪組的固定平臺,其類似桁架的結(jié)構(gòu)也可為閉合的金剛石鏈繩轉(zhuǎn)動、切割所產(chǎn)生的張緊內(nèi)力提供承載體,保證整個切割體系運行時的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;下部為延伸體,用于將切割體系的作用邊際范圍延伸至所需部位(本工程中將切割點延伸至低于引航道底高程30 cm的位置),并通過膨脹螺栓將延伸體固定在擬切割物上,起進一步加固作用。在延伸體底端部焊接幾段圓鋼管供金剛石鏈繩穿管而過,起固定作用,同時也為端部萬向輪的架設(shè)提供接入點。
圖3 繩鋸切割機支架示意
延伸體分成幾段,應(yīng)用時可根據(jù)切割單元的實際高度,對延伸體的長度進行拼接、切割調(diào)整,以滿足施工所需。
根據(jù)現(xiàn)場場地空間實際情況并結(jié)合吊裝設(shè)備吊裝能力、繩鋸切割機設(shè)備滿足切割結(jié)構(gòu)體積大小,本工程水平方向擬按3 m/塊的長度對切割單元進行分塊。
2)將準備好的鋼結(jié)構(gòu)支架吊運并架設(shè)至切割單元結(jié)構(gòu)體上;用膨脹螺栓對延伸體進行加固固定處理。在水上,將金剛石鏈繩分別套在繩鋸切割機主機滑輪、萬向輪組以及位于支架上部的2個萬向輪;水下部分派潛水員進行配合,將鏈繩帶至水下后由外向內(nèi)套入底部萬向輪,再將兩端鏈繩繩頭帶回水上套在切割單元結(jié)構(gòu)頂部。在設(shè)備已就位、萬向輪已接繩的情況下,適當拉緊鏈繩并用液壓鉗對繩頭進行機械連接,使金剛石鏈繩成一閉合環(huán)路并保持一定的張緊度。
3)上述準備工作完成,即可開始進行切割施工。首先施工的是對切割單元進行縱向由上而下的切割(第1道切割),一直持續(xù)到切割線去到擬定底標高。第1道切割完成施工。
4)待第1道切割到底后,將繩鋸切割機推輪、軌道及支架整體移位(往水平切割方向移動;移動距離比切割單元長度大,約為切割單元長度的1.5倍)。移位過程中,金剛石鏈繩仍處于卡在第1道切割縫底標高的狀態(tài)。當支架整體向前平移后,底部鏈繩的狀態(tài)變?yōu)椋阂欢丝ㄔ谇懈羁p底,然后水平伸向支架底部的萬向輪,套入萬向輪后再引向支架上部的萬向輪。移位并固定好支架后,即可開始進行第2道切割施工——底部橫向切割。
因為底部鏈繩一端卡在已切割縫底部,一端套在底部萬向輪上,這一部分鏈繩整體是水平向,所以當繩鋸切割機張緊后開始切割時,切口會從第1道切割縫端部開始,水平往切割方向行進。
5)當完成底部水平向切割后,此時切割單元只剩下另一邊的縱向面尚未切割,而這1道面則選擇由下而上進行切割。由潛水員帶著另外一根鏈繩下水,在切割單元底部另一側(cè)邊線處將鏈繩穿過水平向切割縫,分別從兩側(cè)拉上水面至結(jié)構(gòu)頂部。在結(jié)構(gòu)頂設(shè)置另外一臺繩鋸切割機,與從兩側(cè)拉上來的鏈繩接起來,準備妥當后可以進行第3道切割——由下而上的縱向切割。
與此同時,原來橫向的第2道切割,按步驟4將繩鋸切割機移位后仍可沿水平方向繼續(xù)進行切割。
此時,切割單元①的第3道縱向切割,同時也是相鄰的切割單元②的第1道縱向切割;而同步的水平向切割則是切割單元②的第2道橫向切割。
6)當切割單元①的第3道切割完成時,單元①的整個切割施工就全部完成了。將結(jié)構(gòu)頂上的設(shè)備、支架等物件清理后,從頂部預(yù)鉆的吊裝孔處掛上鋼絲吊繩,即可用船吊進行吊裝離場。
7)切割單元②的底部水平切割完成后,重復(fù)步驟5即可完成單元②的切割。
按上述流程往復(fù)操作,即可逐塊將水下圍堰進行切割、調(diào)運離場。
研究施工方案時,對個別因素尚未考慮周全,導(dǎo)致最初施工過程中也遇到一些障礙。對此及時總結(jié)了教訓(xùn),并作了相應(yīng)的改進與完善措施。
切割過程中,需在已切割的縫隙中穿入另一根鏈繩進行縱向切割。而切割單元本身自重是很大的,切割后由于自重原因,上部切割體會整體向下沉降(即使整體沉降的幅度非常小),但也勢必會進一步侵占本就已經(jīng)很小的縫隙空間,導(dǎo)致增加穿繩的難度。
為此,制作了楔形的鋼板墊片,在后續(xù)切割底部橫向割縫過程中,安排潛水員將楔形墊片打入切割縫中(間隔約1 m),依靠楔形墊片的支撐作用,減少切割體自重沉降對切割縫的影響,提高了穿繩工序的工作效率。
由于切割跨度大,繩鋸切割機難以保證切割線條會一直保持十分平直,尤其是圍堰結(jié)構(gòu)體在不同部位的配筋率也會不同,導(dǎo)致在同一塊切割單元中不同部位的硬度也會產(chǎn)生變化,進而對切割的平直效果產(chǎn)生更大影響。對第1塊切割單元,左右兩邊都與相鄰的結(jié)構(gòu)體有接觸,如果兩邊的切割面存在不同步的錯臺或不平整,那就會大大增加邊與邊之間的摩擦,給吊運工作帶來極大的麻煩。
因此,第1塊切割單元切割底部橫向切割前,在布置支架的時候,應(yīng)有意識地調(diào)整支架底部萬向輪的方向,使切割縫稍作傾斜(即切割單元形成上寬下窄的倒梯形結(jié)構(gòu)),這樣就會大大降低首塊切割體的吊裝工作難度。當?shù)?塊圍堰吊運走后,整段橫向圍堰已經(jīng)出現(xiàn)1個缺口了,可以為接下來其他切割單元的吊裝提供足夠的空間。
通過此工藝順利地將上下游橫向圍堰水下部分的結(jié)構(gòu)體切割、吊運完畢,施工效率高、成本較合理,最重要的是切割施工1次完成,無殘留的混凝土塊、無殘留的雜亂鋼筋需二次清理、切割,大大縮短了切割工序的工期及成本,為二線船閘的順利通航爭取了有利條件。