冷珍華 張吉順

中國葛洲壩集團(tuán)市政工程有限公司 湖北 宜昌 443002

1 工程概況

江坪河水電站為一等大（1）型工程,工程下游河道消能防沖設(shè)計(jì)方案為“大口徑防沖板（樁）+邊坡面板”，防沖板（樁）分為三種型式：Ⅰ型為板樁聯(lián)合結(jié)構(gòu)，上部板厚2m深度為12～28m，下部樁徑2.0m樁長7～23m；Ⅱ型樁樁徑1.5m，樁長12～20m；Ⅲ型防沖板厚1.5m,板深度為7～16m。沖刷重點(diǎn)防護(hù)區(qū)采用Ⅰ型板樁聯(lián)合結(jié)構(gòu)，上部布置混凝土防沖板，下部設(shè)置防沖樁，板（樁）頂布置混凝土連梁，提高防沖板樁的整體性[1]。

2 板樁聯(lián)合結(jié)構(gòu)施工方案優(yōu)化及比選

2.1 原設(shè)計(jì)方案分析

防沖樁板的原設(shè)計(jì)方案是“樁+板”間隔布置，即沿著防沖軸線，每隔（樁心間距）4m布置Φ2m的鋼筋混凝土樁，然后在樁與樁之間設(shè)置寬度為2m的混凝土板，與樁連接起來形成一個(gè)整體。樁和板的施工均采用人工挖孔法。

采用該方案，在實(shí)際施工中主要存在以下不利施工的因素：

2.1.1 工期無法保障。因防沖樁板軸線較長，按此方案來分割的施工單元過小，為保證工程進(jìn)度，需同時(shí)安排多個(gè)作業(yè)面施工。根據(jù)相關(guān)安全規(guī)范要求，相鄰作業(yè)的挖孔樁，其作業(yè)面必須預(yù)留不小于5m的安全距離。本工程中挖孔樁的直徑僅為2m，以此來劃分，同一部位的樁板要?jiǎng)澐譃樗男騺黹g隔施工，大大延長了施工周期，無法滿足電站下閘蓄水的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)。

2.1.2 施工安全無法保障。防沖樁板均采用人工挖孔法施工，板和樁的直徑只有2m，作業(yè)空間狹小，作業(yè)人員的避讓空間嚴(yán)重受限。同時(shí)挖孔樁的最大樁深達(dá)32m，此環(huán)境下作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)極高，作業(yè)人員人身安全無法得到保障。

2.2 優(yōu)化后方案分析

結(jié)合水布埡工程防淘墻施工成功經(jīng)驗(yàn)，將防沖樁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，采用“上部寬豎井+下部圓形樁”相結(jié)合的樁板聯(lián)合施工方案，即上部防沖板采用長×寬=8×2m的混凝土板，板的深度為7～28m，板下部設(shè)置Φ2m的防沖樁，樁的深度為6.2～20m。

相比原設(shè)計(jì)方案，此方案施工工序由最少四序施工變?yōu)榱藘尚蚴┕?，加快了施工進(jìn)度，減少了同時(shí)施工的作業(yè)面數(shù)量，加大了單個(gè)作業(yè)面的空間，施工安全風(fēng)險(xiǎn)有效降低，并且進(jìn)一步增強(qiáng)了防沖樁板結(jié)構(gòu)的整體性，有效保障工程質(zhì)量。

3 板樁聯(lián)合結(jié)構(gòu)施工

3.1 施工布置

“上部寬豎井+下部圓形樁”的聯(lián)合布置和施工方案，采用Ⅰ序、Ⅱ序間隔施工。先施工Ⅰ序樁板，樁板開挖完成并進(jìn)行鋼筋制安和混凝土澆筑，澆筑完成7d后，再進(jìn)行相鄰部位的Ⅱ序樁板施工。樁板聯(lián)合施工部位的主要設(shè)施有井口防護(hù)及提升系統(tǒng)、卷揚(yáng)機(jī)、空壓機(jī)、臨時(shí)存渣堆等。

3.2 施工方法及工藝流程

工藝流程步驟如下。

3.2.1 首先完成樁（板）上方邊坡的開挖和支護(hù)工作，并布置測(cè)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

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3.2.2 然后開挖或回填修筑防護(hù)工程樁頂平臺(tái)至設(shè)計(jì)高程。測(cè)量放樣，完成Ⅰ、Ⅱ序樁板井的鎖口襯砌施工。周邊采用“高壓旋噴灌漿+帷幕灌漿”防滲處理。

3.2.3 完成防滲后，做好截排水溝和井口安全防護(hù)措施，安裝調(diào)試好開挖提升系統(tǒng)，進(jìn)行樁板井的開挖與支護(hù)工作。樁板聯(lián)合分Ⅰ、Ⅱ序相間施工，先施工Ⅰ序樁板，后施工Ⅱ序樁板。

3.2.4 樁板井內(nèi)采取自上而下人工分層開挖，覆蓋層內(nèi)分層厚根據(jù)土質(zhì)情況按0.6～1.5m控制，每開挖一層襯砌砼支護(hù)一層；進(jìn)入基巖采用手風(fēng)鉆造孔，密孔小藥量弱松動(dòng)爆破，層厚按1.5～2m控制，巖層地質(zhì)較差部位采用襯砌砼支護(hù)，完整性較好的弱風(fēng)化基巖采用噴錨支護(hù)。

3.2.5 樁板全部開挖支護(hù)完成后，進(jìn)行鋼筋安裝綁扎。下部樁體鋼筋籠用25t汽車吊吊裝入井，防沖板的鋼筋由人工在井內(nèi)安裝完成。鋼筋安裝完成后，排除積水清除浮渣，采取不分層連續(xù)澆筑至設(shè)計(jì)高程[2]。

完成Ⅰ序樁板砼澆筑達(dá)7d齡期后，按同樣方法進(jìn)行Ⅱ序樁板施工。

3.3 樁板聯(lián)合鎖口及井口防護(hù)

開挖前需進(jìn)行井口鎖口，并做好防護(hù)。鎖口施工時(shí)，Ⅰ、Ⅱ序樁板井統(tǒng)一施工，鎖口施工的高度范圍為自井口向下1.0～1.5m（視地質(zhì)情況而定）。樁板井鎖口采用挖掘機(jī)開挖，再由人工修整成型，然后安裝鎖口鋼筋，澆筑鎖口襯砌混凝土，并設(shè)置高于地面18～20cm的護(hù)埂，防止地面集水、石子或雜物等落入樁內(nèi)。在鎖口混凝土中布置Φ22鋼筋，以便固定提升系統(tǒng)和防護(hù)欄桿。

完成后再回填Ⅱ序樁板井，并進(jìn)行Ⅰ序樁板井垂直運(yùn)輸系統(tǒng)的安裝調(diào)試。提升系統(tǒng)主要包括鋼結(jié)構(gòu)提升架、卷揚(yáng)機(jī)及限位器、鋼絲繩、出渣料斗，作進(jìn)出設(shè)備物資、出渣使用，每個(gè)樁板聯(lián)合井布置兩臺(tái)提升系統(tǒng)。使用專用載人吊籠上下，井口備用懸掛軟梯、保險(xiǎn)繩，長度不小于開挖井深，以便發(fā)生突然停電等意外情況有關(guān)人員能順利上下。

清除井口雜物，同時(shí)在井口周圍設(shè)置截排水溝保證排水暢通，然后安裝安全防護(hù)欄桿，以保證井口的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和井內(nèi)作業(yè)人員安全。為施工Ⅰ序樁板井作好一切準(zhǔn)備，然后進(jìn)行下一循環(huán)的開挖支護(hù)施工。

為加強(qiáng)井口的安全穩(wěn)固性，一般可在井口周邊澆筑混凝土梗（寬度15～20cm、高度20cm為宜），作為攔水埂兼踢腳板。井口四周設(shè)置1高度1.2m的防護(hù)欄桿，因出渣側(cè)受作業(yè)活動(dòng)的影響，可采用伸縮式防護(hù)欄，其它三面均采用固定欄桿。

3.4 樁板聯(lián)合開挖與支護(hù)施工

3.4.1 覆蓋層開挖支護(hù)。為保證防沖板結(jié)構(gòu)的截面尺寸為8m×2m，經(jīng)計(jì)算，防沖板井開挖中設(shè)置厚度為50cm的護(hù)壁襯砌混凝土，則防沖板開挖的凈尺寸為9m×3m。襯砌混凝土設(shè)置雙層鋼筋網(wǎng)片，并安裝20a型工字鋼支撐，間排距1.6m×1.2m，鋼支撐兩側(cè)支座處豎向設(shè)置16型槽鋼。

開挖過程中，堆積體、沖積體、松散地層采用人工開挖，局部輔以風(fēng)鎬開挖，進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層后用風(fēng)鎬或爆破開挖，鐵撮萁裝土入渣斗，由2t卷揚(yáng)機(jī)配0.2m3渣斗吊運(yùn)出渣。每挖一層支護(hù)一層，保證施工安全。一般每層高度為0.6～1.5m，在流砂、流泥區(qū)段每節(jié)高度宜小于0.5m，特殊地質(zhì)下挖孔速度應(yīng)視護(hù)壁的安全情況而定，并加強(qiáng)支護(hù)。

圖1 樁板聯(lián)合覆蓋層內(nèi)襯砌支護(hù)圖

樁板井自上而下分層開挖支護(hù)，完成一層開挖后進(jìn)行護(hù)壁鋼筋制安，襯砌鋼筋為雙層鋼筋，然后立模。護(hù)壁模板采用加工制作的定型鋼模板，制作成鍵槽形狀，保證樁板聯(lián)合結(jié)構(gòu)尺寸和樁板豎向施工縫結(jié)合的整體性（見圖1）。井內(nèi)設(shè)Ⅰ20a工字鋼水平支撐，鋼支撐間距為1.6m，排距為1.2m，且在鋼支撐兩側(cè)支座處堅(jiān)向設(shè)置I16槽鋼。施工過程中視地質(zhì)情況在豎井周邊設(shè)Φ22隨機(jī)錨筋，防止豎井襯砌砼下滑和覆蓋層開挖時(shí)，周邊發(fā)生塌方、上部脫空。

3.4.2 巖石開挖及支護(hù)。為提高施工效率，對(duì)基巖層采用爆破開挖。采用自上而下分層爆破的方式，并配以人工出渣。分層厚度根據(jù)巖層的硬度一般控制為1.5～2.2m。為保證井壁安全，采用松動(dòng)爆破方法，爆破原則為“小炮眼、密孔、小藥量、周邊光爆”，一方面盡量減少超挖量，同時(shí)也要保證不對(duì)支護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)造成損壞。

鉆孔爆破：采用手持式風(fēng)鉆鉆孔，孔徑Φ40mm。樁板聯(lián)合部位掏槽孔孔深1.7～2.2m（楔形布置），爆破孔和周邊孔深1.5～2.0m。防沖板下部的單樁爆破開挖時(shí)，一次進(jìn)尺不宜過大，掏槽孔孔深可按1.7m（直孔掏槽），爆破孔和周邊孔孔深按1.5m控制。

通風(fēng)散煙：爆破后先灑水降塵，再利用風(fēng)機(jī)通風(fēng)散煙，并利用有害氣體監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)確認(rèn)無有害氣體后，作業(yè)人員方可下井。當(dāng)開挖深度超過10.0m后，井內(nèi)空氣自然流動(dòng)速度急劇減慢，且因二氧化碳?xì)怏w的密度大于空氣密度，造成底部二氧化碳?xì)怏w含量大幅增加，氧氣含量大大減少，因此，為了保證安全施工，要用大功率風(fēng)機(jī)連續(xù)向孔內(nèi)送風(fēng)。

出渣：通風(fēng)降塵完畢后，首先進(jìn)行安全檢查，清理井口及井壁周邊浮石，進(jìn)行排險(xiǎn)，確認(rèn)安全后，人工裝渣入吊斗，再用卷揚(yáng)機(jī)提升至井外臨時(shí)堆放集中，集料到一定量后用反鏟配10～15t自卸汽車及時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)至水流溪棄渣場。

錨噴支護(hù)：視巖層情況，對(duì)圍巖破碎、穩(wěn)定性差的部位采用錨桿、掛鋼絲網(wǎng)或素噴砼方式支護(hù)。

3.4.3 襯砌混凝土橫向側(cè)壁拆除。樁板施工中，要對(duì)Ⅰ序和Ⅱ序之間的橫向側(cè)壁襯砌混凝土進(jìn)行拆除，以保證Ⅰ序和Ⅱ序樁板之間的緊密連接。Ⅱ序樁板井的開挖，在Ⅰ序樁板混凝土澆筑7d后進(jìn)行，開挖中同步拆除Ⅰ序板井施工過程中的橫向襯砌混凝。拆除主要采用靜態(tài)爆破方法，局部輔以風(fēng)鎬進(jìn)行拆除[3]。

3.5 樁板結(jié)構(gòu)混凝土施工

下部樁體鋼筋籠采用25t汽車吊吊裝入井內(nèi)，防沖板的鋼筋，構(gòu)件在加工場集中加工，運(yùn)至現(xiàn)場采用人工現(xiàn)場綁扎。當(dāng)需要進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，需連續(xù)采用風(fēng)機(jī)向井內(nèi)壓入空氣，保證通風(fēng)和排煙，焊接作業(yè)結(jié)束后，需持續(xù)通風(fēng)不少于10min，確保將有害氣體全部排出井外。

鋼筋、預(yù)埋件、監(jiān)測(cè)設(shè)施全部安裝完成后，將井內(nèi)浮渣、雜物等全部清理干凈，并將積水抽排干凈，再澆筑混凝土。混凝土澆筑中，盡量采用一次連續(xù)澆筑完成，減少施工縫。

在井口設(shè)置下料斗，接直徑200～250mm的串筒或溜管往豎井內(nèi)下料，串筒或溜管制作成1.5m一節(jié)，便于安拆；串筒或溜管離孔底（澆砼面）不大于1.5m，隨砼澆筑增高逐節(jié)拆除。

3.6 防沖板結(jié)構(gòu)銜接技術(shù)

防沖板Ⅰ序和Ⅱ序之間的銜接情況對(duì)工程的安全性能影響較大，良好的銜接技術(shù)，可有效保障工程防沖質(zhì)量和可靠性。本工程中，采用在Ⅰ序和Ⅱ序樁板之間設(shè)置鍵槽來提高兩者之間的咬合度。

4 板樁聯(lián)合結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量及應(yīng)用效果

4.1 質(zhì)量檢查情況

對(duì)防沖樁板C35混凝土強(qiáng)度檢測(cè)共168組，其中最大值47.4Mpa，最小值36.1Mpa，平均值41.8Mpa，合格率100%，抗?jié)B和抗凍等級(jí)分別檢測(cè)4組，全部符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 應(yīng)用效果

針對(duì)防沖樁板聯(lián)合結(jié)構(gòu)，采用“上部寬豎井+下部圓形樁”相結(jié)合的施工技術(shù)，在施工工期方面，使施工分序由四序變?yōu)閮尚颍?jié)約工期約9個(gè)月。在施工安全方面，增加了人工挖孔作業(yè)面積，提高了安全保障。在工程質(zhì)量方面，增強(qiáng)了防沖樁板的結(jié)構(gòu)整體性，提升抗沖能力[4]。

5 結(jié)束語

在江坪河水電站下游河道防沖樁板聯(lián)合結(jié)構(gòu)中采用“上部寬豎井+下部圓形樁”相結(jié)合的方式，使本工程在安全、質(zhì)量上得到了保證，進(jìn)度達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，證實(shí)了該施工工藝的可行性，形成了1套可復(fù)制、可推廣的防沖樁板施工工藝技術(shù)，對(duì)以后在高山峽谷之中，河道狹窄、河床覆蓋層深厚等條件下進(jìn)行類似工程施工提供了借鑒和參考經(jīng)驗(yàn)。