楊洪革

(中國鐵建港航局集團(tuán)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(jì)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(shè)中的臨時(shí)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(shí)圍堰施工中，通過資料查詢、理論計(jì)算、物模試驗(yàn)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(dāng)?shù)目刂拼胧┍ＷC了施工安全，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及質(zhì)量效果，為類似工程的施工提供參考。

2 項(xiàng)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(hù)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(shí)止水圍堰。平面布置如圖1所示。圍堰內(nèi)基坑開挖底標(biāo)高為-7.1 m，圍堰外側(cè)海平面標(biāo)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(shí)還要求具備在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)深基坑開挖時(shí)的支護(hù)功能。

圖1 臨時(shí)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(jī)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(shí)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(fēng)盛行導(dǎo)致的增水，圍堰頂標(biāo)高設(shè)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(jìn)行消浪護(hù)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(yùn)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(jìn)行驗(yàn)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(shí)對圍堰進(jìn)行物模試驗(yàn)(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(yàn)

4 施工工藝

本項(xiàng)目采用的電廠取排水口海域臨時(shí)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(jìn)行精準(zhǔn)定位，每40～50 m設(shè)置一處放樣點(diǎn)，采用鋼釬標(biāo)記充填袋體內(nèi)外邊線，然后根據(jù)放樣點(diǎn)加密袋體邊線，間距約4～6 m，確保充填袋鋪設(shè)邊線位置準(zhǔn)確。

4.2 拆除坡腳護(hù)面

采用挖掘機(jī)拆除原防潮大堤的護(hù)面塊體及塊石，將拆除的塊體及塊石堆在附近護(hù)面塊體上面，以備后期恢復(fù)時(shí)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(hù)堤坡長斷面為準(zhǔn)，同時(shí)考慮增加3%富裕量以備充灌時(shí)收縮量的儲備[3]。袋體長度宜在30～50 m之間，為了利于錯(cuò)縫以及合理利用施工時(shí)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(yàn)，該工程袖口布設(shè)初定為20 m2左右一個(gè)。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(shè)

水下部分充填袋體鋪設(shè)用150 m3/h自航駁船，潛水員配合；出水后用人工鋪設(shè)，鋪設(shè)第一層土工袋前，應(yīng)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(shè)應(yīng)在滿足小駁吃水條件下進(jìn)行。充填袋兩端先定位于小駁上，鋪設(shè)時(shí)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(shí)調(diào)整充填袋的位置以保證能夠滿足設(shè)計(jì)要求。鋪設(shè)位置滿足要求后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行充填。

充填袋出水后，上面袋體可采用人工鋪設(shè)。充填袋鋪設(shè)時(shí)應(yīng)垂直于圍堰軸線，上下層袋體應(yīng)錯(cuò)縫鋪設(shè)。在同一層上的相鄰兩個(gè)袋體之間需要預(yù)留富?？臻g，以便充填后兩個(gè)袋體間靠緊，且無通縫，如有應(yīng)及時(shí)填塞好。

(3)袋體充填

袋體充填時(shí)采用陸上高壓水槍進(jìn)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(jìn)，呈臺階狀進(jìn)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(shí)際情況可取400～600 mm范圍(見圖5)。充填順序?yàn)椤跋人慕?，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(fù)行走，踩踏密實(shí)，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(shè)及石料拋填

人工鋪設(shè)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(yùn)輸，皮帶機(jī)打入、挖掘機(jī)攤鋪。

其它塊石采用方駁運(yùn)至施工現(xiàn)場，挖掘機(jī)進(jìn)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(jì)算，圍堰止水采用拉森Ⅳ型鋼板樁，長15 m。鋼板樁打設(shè)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(shè)；二是其它鋼板樁采取水上打設(shè)。內(nèi)側(cè)第二排-4.0 m處鋼板樁打設(shè)，待基坑開挖至-4.0 m標(biāo)高后，與取水結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)水泥攪拌樁同時(shí)施工。

(1)鋼板樁吊裝

鋼板樁經(jīng)由駁載碼頭，用船運(yùn)至設(shè)計(jì)位置。鋼板樁采用兩點(diǎn)吊，在吊裝過程中注意對鋼板樁的保護(hù)。

(2)導(dǎo)架、導(dǎo)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(shè)置一定剛度的、堅(jiān)固的導(dǎo)架[5]，即“施工圍檁”。導(dǎo)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(shè)。

選用邊線順直的鋼板樁作為導(dǎo)梁，安裝在導(dǎo)樁的水平撐上，采用臨時(shí)焊接連接。

(3)鋼板樁打設(shè)

施工時(shí)從兩側(cè)岸邊向中間打設(shè)，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(shí)，確保樁體呈垂直狀態(tài)，插樁穩(wěn)定后，精確復(fù)測樁位及垂直度。滿足要求后，嚴(yán)格控制沉樁位移量，間斷性打設(shè)，小位移量打樁，密切復(fù)測鋼板樁垂直度[7]。

后續(xù)鋼板樁打設(shè)，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(shí)，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(dāng)偏斜過大不能用拉擠的方法調(diào)整時(shí)，須拔出重打。

鋼板樁在合龍時(shí)，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(shí)，將鋼板樁插入導(dǎo)梁內(nèi)，再逐一沉樁。同時(shí)提前準(zhǔn)備一批異形鋼板樁用于合龍時(shí)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(shí)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(yù)留寬度受限。在結(jié)構(gòu)物施工過程中，臨時(shí)圍堰遭受多次強(qiáng)風(fēng)浪侵襲，個(gè)別部位鋼板樁出現(xiàn)輕微傾斜。為確?；舆吰路€(wěn)定性，保證施工安全，故在臨時(shí)圍堰北側(cè)永臨結(jié)合段第二排鋼板樁內(nèi)側(cè)增設(shè)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(jìn)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(biāo)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(jìn)入圍堰。

4.8 護(hù)面塊體安放

護(hù)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(diǎn)隨機(jī)安放，并逐塊做好安裝記錄。扭王字塊可按設(shè)計(jì)數(shù)量的95%進(jìn)行定點(diǎn)安放，然后再進(jìn)行查漏補(bǔ)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(diǎn)及注意事項(xiàng)

(1)充填袋體應(yīng)分層鋪設(shè)，堆疊整齊，上、下層交錯(cuò)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(bǔ)密實(shí)，以免形成管涌通道[11]。

(2)在鋼板樁插打過程中，當(dāng)鋼板樁的垂直度較好時(shí)，一次將樁打到要求深度；當(dāng)垂直度較差時(shí)，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(yīng)安放穩(wěn)固、平順，當(dāng)需用二片石支墊時(shí)，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(yīng)用效果

大唐東營2×1 000 MW新建工程電廠取排水臨時(shí)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(jì)，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(shí)圍堰整體效果

扭王字塊＋柵欄板結(jié)構(gòu)護(hù)面形式，有效抵御了多次的風(fēng)浪沖刷，降低了波浪的影響，堤頂?shù)埂癟”型塊進(jìn)一步增強(qiáng)了堤身的穩(wěn)定性。通過增設(shè)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(fēng)暴潮及三次強(qiáng)臺風(fēng)，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(jìn)入，同時(shí)兼顧防止海浪涌入，就地取材、造價(jià)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(chǔ)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(yù)制塊體防浪技術(shù)既能有效抵抗風(fēng)暴潮，保證堤身穩(wěn)定，又便于后期拆除，降低工程造價(jià)。

(3)在永臨結(jié)合段第二排板樁外側(cè)采用鋼管樁強(qiáng)化支護(hù)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(shí)又便于后期水面以下塊體拆除。