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        某河閘擴(kuò)建工程中圍堰施工技術(shù)研究

        2022-09-13 16:10:52柴正瑜
        甘肅科技 2022年10期
        關(guān)鍵詞:網(wǎng)片土方圍堰

        柴正瑜

        (甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州 730000)

        1 工程概況

        某河閘主要工程任務(wù)有排澇入海、擋潮御鹵、蓄水灌溉等。該工程建于20世紀(jì)70年代,原河閘共14孔總凈寬88 m,由于當(dāng)時受技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素的影響和限制,其設(shè)計和施工不能滿足社會發(fā)展的需求,從1976 年運行至今40多年以來,水閘已經(jīng)過多次除險加固,目前水閘已無法正常運行,經(jīng)安全鑒定為3類閘,現(xiàn)需對該河閘進(jìn)行擴(kuò)建,主要建設(shè)內(nèi)容為工程拆除老閘,原址下移約960 m位置新建節(jié)制閘1座,并對上、下游引河及老河槽進(jìn)行拓疏,上游北岸及下游兩岸新建堤防等。河閘上游圍堰攔截的是鹽河河水,水位變化不大,計劃采用土質(zhì)圍堰,下游圍堰是潮汐河道,地質(zhì)條件差,攔截的是灌河潮水,一天兩潮,水位變化大,潮漲潮落時間短,對下游圍堰邊坡穩(wěn)定影響很大,擬采用土圍堰和鋼管樁結(jié)合的復(fù)合圍堰,增強壩體整體性。

        2 施工圍堰設(shè)計

        2.1 圍堰方案

        該河閘工程施工導(dǎo)流方案:通過現(xiàn)有已建河閘導(dǎo)流,若遭遇超標(biāo)準(zhǔn)降雨,則在此基礎(chǔ)上架設(shè)臨時泵站參與排水。圍堰方案:上游圍堰攔截的是河水,水位變化不大,計劃采用土質(zhì)圍堰,采取傳統(tǒng)的水中倒土、分層碾壓的方法施工;下游圍堰是潮汐河道,地質(zhì)條件差,攔截的是潮水,潮汐對下游圍堰邊坡穩(wěn)定影響很大,擬采用土圍堰和鋼管樁結(jié)合的復(fù)合圍堰,即在土質(zhì)圍堰基礎(chǔ)上增設(shè)兩排鋼管樁,樁頂外側(cè)設(shè)雙拼工字鋼圍囹,上下游圍囹用精軋螺紋對拉,雙鋼管樁樁位距壩軸線上下游各20 m,樁間距2 m,并在樁內(nèi)側(cè)土方填筑到最低水位時鋪設(shè)帶肋鋼筋網(wǎng)片,增強壩體整體性。

        2.2 施工圍堰設(shè)計

        (1)上游圍堰。施工圍堰按4級建筑物設(shè)計,結(jié)構(gòu)型式為:上游鹽河側(cè)擬采用純土圍堰,施工期取10年一遇高水位1 503.23 m,風(fēng)壓0.45 kN/m2,吹程500 m,浪高0.529 m,不過水圍堰,堰頂超高0.6 m,則堰頂高程為1 504.359 m,為安全計取堰頂高程取1 504.0 m,迎水側(cè)加設(shè)100 cm高袋裝土子堰,堰頂寬5.0 m,圍堰邊坡1∶5,在上游圍堰基坑側(cè)2.0 m和0.0 m高程處各增設(shè)一個4 m寬平臺。

        (2)下游圍堰。灌河側(cè)非汛期10年一遇高潮1 503.87 m,風(fēng)壓0.45 kN/m2,吹程500 m,浪高0.717 m,不過水圍堰,堰頂超高0.6 m,則堰頂高程為1 505.187 m,考慮臨時交通要求,為安全計,堰頂高程取1 505.0 m,迎水側(cè)加設(shè)100 cm高袋裝土子堰,堰頂寬7 m,迎水側(cè)邊坡1∶6,基坑側(cè)2.0 m高程以下1∶6,以上1∶5,并在2.0 m高程設(shè)6 m寬平臺。

        (3)圍堰安全驗算。按照施工圍堰斷面進(jìn)行邊坡安全復(fù)核驗算,根據(jù)本工程區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件,綜合考慮下游側(cè)施工圍堰作為場內(nèi)施工道路重載車輛荷載,采用同濟(jì)啟明星邊坡穩(wěn)定分析軟件SLOPE1.0計算,驗算結(jié)果本工程施工圍堰安全系數(shù)為1.60,大于土石壩施工圍堰安全系數(shù)最小1.2要求。

        3 圍堰施工技術(shù)方案

        3.1 土源安排及機(jī)械配置

        (1)土源安排。本工程上游施工圍堰填筑土方32 031 m3,下游施工圍堰填筑土方54 684 m3,圍堰填筑土方利用河道疏浚土方,填筑土料滲透系數(shù)為K<10-4cm/s 的黏土。由于工期較緊,進(jìn)場后立即進(jìn)行圍堰施工,圍堰施工結(jié)合閘塘開挖,新閘南側(cè)約4孔為原狀土開挖,進(jìn)場后即進(jìn)行該處土方開挖結(jié)合填筑圍堰。

        (2)機(jī)械配置??紤]天氣和其他因素影響,按120%配置內(nèi)外河側(cè)施工圍堰填筑機(jī)械,配置14臺套挖掘機(jī)(另配備2臺挖掘機(jī)用于填筑面輔助布土整平)、2臺160型大型推土機(jī)(用于填筑工作面的鋪土和整平),配置2臺壓路機(jī)壓實,滿足計劃工期和施工質(zhì)量要求。

        3.2 上下游圍堰施工

        3.2.1 上游圍堰施工

        (1)圍堰施工流程。圍堰施工工藝流程為:堰體部位河邊坡清淤清雜→圍堰土方填筑施工→土方壓實(穩(wěn)定)→圍堰迎水面防護(hù)→河道內(nèi)降水→背水坡平臺填筑及坡面修整→圍堰驗收[1]。

        (2)河底河坡雜物、淤泥清理。圍堰填筑前為保證圍堰嵌入河岸,同時保證連接段的防滲效果,采用長臂挖掘機(jī)清除雜物,清理深度不少于5 m,堰址河底淤泥采用填筑土方擠淤法清除。

        (3)圍堰黏土填筑施工。土質(zhì)圍堰施工分上、下兩部分,水上部分的施工釆用分層填筑,壓實度不低于0.91,水下部分的施工,采用進(jìn)占法施工,填筑圍堰土料從取土區(qū)用自卸車運至現(xiàn)場,采用挖機(jī)配合160型大型推土機(jī)進(jìn)占填筑,同時通過填筑土方擠壓河床底部的淤泥。

        在圍堰筑岀水面后,待土方晾干采用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓,并分層加高填筑,結(jié)合推土機(jī)分層向河中推土、壓實,直至達(dá)到設(shè)計高程。施工過程中,要加強對圍堰的觀測,發(fā)現(xiàn)圍堰沉降現(xiàn)象要及時分析、處置,包括采取圍堰壓實、加高等措施,妥善處理隱患,確保圍堰安全運行。

        3.2.2 下游圍堰施工

        施工工藝流程:堰體部位河邊坡清淤清雜→低潮位以下圍堰土方填筑施工→打樁船定位→船上鋼管樁施工→鋼板安插→鋼筋網(wǎng)片鋪設(shè)→縱向圍囹及精軋螺紋拉筋安裝→低潮位以上土方平層法填筑施工→土方壓實(穩(wěn)定)→子圍堰加高→圍堰迎水面防護(hù)→河道內(nèi)降水→背水坡坡面修整→圍堰驗收。

        施工前,先由專業(yè)測量人員根據(jù)平面控制點測放出圍堰內(nèi)外側(cè)鋼管位置,并用竹竿在河道中加以標(biāo)記。河底河坡雜物、淤泥清理同上游圍堰施工方法,下游圍堰施工具體流程:

        (1)鋼管樁施打。鋼管樁長度規(guī)格不一,現(xiàn)場根據(jù)施工設(shè)計長度在岸上進(jìn)行鋼管樁的拼接,接頭滿焊后用15 cm×15 cm鋼板4塊在焊接部位四周加強,鋼管樁為直徑Φ530 mm×6 mm。

        鋼管樁施打采用30 t浮吊船上振動錘施打,施打時需拉線定位。工程船將鋼管樁運到樁位后,浮吊船吊起60 kW型振拔錘(帶液壓鉗)插到鋼管樁頂口,夾緊鋼管樁整體起吊振動錘和鋼管樁,就位后,使其方向和垂直位置準(zhǔn)確[2]。鋼板樁施打時施工技術(shù)要求見表1。

        表1 鋼板樁施打時施工技術(shù)要求匯總表

        (2)鋼板安插、鋼筋網(wǎng)片鋪設(shè)。鋼管樁打設(shè)完成后,在鋼管樁內(nèi)側(cè)垂直安裝鋼板[3],水平鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片,鋼筋網(wǎng)片下鋪有紡?fù)凉げ迹摻罹W(wǎng)片尺寸為(12m×2.3 m)和(6 m×2.3 m),長度順?biāo)鞣较?,縱橫錯縫留30~50 cm間隙鋪設(shè)。在上下游鋼管樁外側(cè)1.0 m高程處安裝雙拼28號工字鋼圍囹,然后用精軋螺紋對拉。

        (3)圍堰填土。待鋼管樁和圍堰內(nèi)側(cè)鋼板施工完成后進(jìn)行圍堰填土,本次土料取自項目區(qū)勘察的粘土料場,不可采用淤泥,在取土區(qū)由挖掘機(jī)挖土裝車、自卸車將土方運輸至壩頭,逐步傾倒土方分層碾壓推進(jìn),并分層鋪設(shè)土工布和鋼筋網(wǎng)片,倒土過程中嚴(yán)禁碰撞鋼管樁,圍堰施工因在水中施工而產(chǎn)生較大的沉降量,應(yīng)注意預(yù)留,并隨時觀測圍堰沉降、變形和堤身維護(hù)。

        由于下游圍堰基礎(chǔ)位于海淤土上,承載力較低,為防止填土?xí)r兩側(cè)隆起,須在圍堰的內(nèi)外側(cè)同時進(jìn)行填土,同步進(jìn)行,頂部子堰填筑完成后在臨海側(cè)用復(fù)合防滲土工膜上鋪填袋裝土進(jìn)行防護(hù)。

        (4)圍堰內(nèi)抽水。圍堰填筑完成壩體有待穩(wěn)定,應(yīng)先小流量進(jìn)行抽排,待壩體穩(wěn)定后再正常排水,抽水時應(yīng)隨時注意觀察壩體穩(wěn)定情況,以防發(fā)生堰體沉陷,滑移等異常情況,發(fā)生后及時采取補救加固處理措施。為確保壩體穩(wěn)定,圍堰內(nèi)水位下降應(yīng)不大于70 cm/d,抽水過程中一旦發(fā)現(xiàn)滲水即停止抽水,即可加固圍堰,確保圍堰安全。

        3.2.3 影響圍堰填筑的因素

        下游圍堰選擇合理的結(jié)構(gòu)形式,正確的填筑順序,最優(yōu)的填筑時間,是本圍堰成功的關(guān)鍵。

        (1)合理的結(jié)構(gòu)形式。下游圍堰攔截的是灌河潮水,受潮汐影響對下游圍堰邊坡穩(wěn)定影響很大,結(jié)合多年臨海圍堰填筑經(jīng)驗,本工程下游側(cè)圍堰在土質(zhì)圍堰基礎(chǔ)上增設(shè)兩排鋼管樁,鋼管樁內(nèi)側(cè)插入鋼板,樁頂外側(cè)設(shè)雙拼工字鋼圍囹,上下游圍囹用精軋螺紋對拉并在樁內(nèi)側(cè)土方填筑到最低水位時鋪設(shè)帶肋鋼筋網(wǎng)片,增強壩體整體性。

        (2)正確的填筑順序。下游圍堰土方填筑施工順序分為:最低潮位以下,最高潮位與最低潮位之間,最高潮位以上三部分。最低潮位以下部分采用進(jìn)占法施工,當(dāng)潮水退到最低潮位之上50 cm時,開始進(jìn)行土方填筑,當(dāng)潮水漲到填土面前停止施工,最低潮位以下部分全部填筑完成后,進(jìn)行鋼管樁打設(shè)、內(nèi)側(cè)鋼板、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片等。最高潮位至最低潮位之間壩體只能采用平層法分層填筑,每層厚度控制在60~80 cm,每一個落漲潮時間填筑完一層,壓實一層,直至填筑完成。最高潮位以上部分的施工釆用分層填筑,分層壓實,并分層加高填筑,直至達(dá)到設(shè)計高程。

        (3)最優(yōu)的填筑時間。選擇最優(yōu)的填筑時間,也是圍堰成功的關(guān)鍵,潮汐河道施工,掌握并利用潮汐規(guī)律,及時調(diào)整機(jī)械設(shè)備配置和后勤供給,利用低潮位填筑,能有效減少土方?jīng)_刷,保證填筑質(zhì)量,提升工程進(jìn)度。因該河閘距河道入海口燕尾港較遠(yuǎn),通過多年分析,該河閘處潮汐比燕尾港處時間要滯后100 min,潮位差基本相同。

        3.3 圍堰防護(hù)

        在河閘施工期間,施工單位應(yīng)采取一切必要的措施確保施工圍堰的安全,排除其他對其可能產(chǎn)生不利影響和干擾的因素。主體工程施工期間加強圍堰安全,防護(hù),上下游圍堰迎水側(cè)采用防滲土工布鋪設(shè)[4-5],鋪設(shè)時塊與塊之間搭接大于50 cm,坡腳向堰底外側(cè)延伸大于2 m,上游水位以下用編織袋裝土,機(jī)械裝船后,運到指定位置,人工在船上均勻拋投,出水后圍堰迎水面人工疊實袋裝土。下游水位以下用挖機(jī)在船上均勻拋投,出水后圍堰迎水面人工疊砌塊石防護(hù)。背水側(cè)一側(cè)隨著堰內(nèi)抽水水位降低,逐步開挖岸邊土方在背水坡上加幫戧臺。施工期間在圍堰外側(cè)設(shè)置信號、警示標(biāo)志,防止過往船舶撞擊圍堰堰體,影響圍堰安全。圍堰的使用、維護(hù)和應(yīng)急方法及措施見表2[6]。

        表2 圍堰的使用、維護(hù)和應(yīng)急措施

        3.4 圍堰拆除

        主體工程完工并進(jìn)行水下工程階段驗收合格后,按河道設(shè)計斷面拆除施工圍堰,拆除時先向圍堰內(nèi)灌水,待圍堰兩側(cè)水位相平后即可拆除,圍堰拆除水下淤等駁船轉(zhuǎn)運至臨時碼頭后裝車轉(zhuǎn)運挖至棄土區(qū)。施工圍堰鋼管樁拔除、鋼板、工字鋼拆除均采用浮吊配合液壓振動錘拔除,施工順序為施工時打設(shè)反順序,即先打后拆,后打先拆。

        4 結(jié)論及建議

        該河閘施工期間除做好上下游圍堰施工安全維護(hù)外,還應(yīng)該做好圍堰運行過程的監(jiān)測、維護(hù)和保養(yǎng)以及圍堰的安全管理,如做好圍堰外水位觀測和縱向位移觀測,做好圍堰的防沖刷、防臺風(fēng)、防風(fēng)浪措施,定期檢查和維護(hù)施工圍堰,一旦發(fā)生沖刷、松動等各種問題及時采取補救措施,另外在工程施工期間應(yīng)強化管理,配專人值班并進(jìn)行安全巡查??傊?,圍堰施工是河閘擴(kuò)建工程順利進(jìn)行的第一道工序,也貫穿于整個工程建設(shè)之中,直至工程完工,圍堰拆除。

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