淺談應(yīng)急搶險(xiǎn)中的滾水壩施工技術(shù)

孫 士 國， 陳 篤 簡

(1．中國人民武裝警察部隊(duì)水電第九支隊(duì)，四川溫江 611130;2．中國人民武裝警察部隊(duì)水電第三總隊(duì)，四川成都 610036)

1 概述

2013年7月，四川盆地西部和西北部遭遇連續(xù)強(qiáng)降雨，什邡市石亭江爆發(fā)特大洪水，石亭江的流量達(dá)到2710m3/s。洪水對石亭江河床的沖刷加上非法采沙造成的河床下降導(dǎo)致成綿高速公路復(fù)線石亭江大橋和成鐵高速大橋橋樁基大部分外露，樁基外露高度最高達(dá)到11m，樁基承載力降低，嚴(yán)重危及大橋運(yùn)行安全(圖1)。

圖1 石亭江大橋與成鐵高速大橋

2 搶險(xiǎn)設(shè)計(jì)方案

2．1 方案制定的原則

鑒于國內(nèi)外既無大橋應(yīng)急處置的規(guī)范可供遵循，也無成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，石亭江大橋搶險(xiǎn)方案制訂的總原則是安全、科學(xué)、快速，用工程措施最大限度地減少水流對大橋樁基的影響，確保第二次洪峰來臨時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)不再進(jìn)一步惡化，用進(jìn)度規(guī)避惡劣工況的出現(xiàn)，達(dá)到既除險(xiǎn)、又無人員傷亡的最佳效果。

2．2 方案的制定

2．2．1地形資料

由于河床變化較大，石亭江無完整的、滿足精度要求的資料可供使用，故應(yīng)用遙感技術(shù)快速獲取大橋上、下游200m范圍的地形資料。

2．2．2 工期要求

為確保大橋安全，必須在第二次洪峰來臨之前完成滾水壩的施工任務(wù)，工期為3d。

2．3 應(yīng)急處置總體方案

2．3．1 方案的構(gòu)想

為保護(hù)大橋樁基安全，計(jì)劃在樁基下游建一座滾水壩，以抬高上游水位，促進(jìn)河床淤沙，從而使樁基埋深達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確保大橋的安全。

2．3．2 壩體結(jié)構(gòu)

壩頂高程546．5m，頂寬6m，上游坡比為1∶1．5，下游坡比為 1∶2．5，上游面、頂部和下游面采用大卵石主動防護(hù)網(wǎng)(4m×4m)防護(hù)，在距河床2m高的位置埋設(shè)涵管，壩后20m段設(shè)大卵石主動防護(hù)網(wǎng)護(hù)坦，護(hù)坦頂高程為542．5m，護(hù)坦下游坡比為 1∶2．5(圖2)。

圖2 滾水壩橫斷面圖

3 搶險(xiǎn)施工方案

首先從料場轉(zhuǎn)運(yùn)塊石料到施工現(xiàn)場，采用吊機(jī)和人工配合進(jìn)行主動防護(hù)網(wǎng)石籠的制作。自卸車運(yùn)輸主動防護(hù)網(wǎng)石籠雙向戧堤進(jìn)占合龍，截?cái)嗪恿?，戧堤頂部高程?42．5m。戧堤中部順?biāo)麂佋O(shè)35排、直徑為1m的混凝土預(yù)制涵管，最后用防護(hù)網(wǎng)石籠分層填筑滾水壩至設(shè)計(jì)高程。

4 搶險(xiǎn)的特點(diǎn)與難點(diǎn)

(1)搶險(xiǎn)目標(biāo)要求高、有效處置時(shí)間極其緊迫。

時(shí)間是大橋搶險(xiǎn)最珍貴的資源，大橋附近無料場，大的塊石必須從20km之外的地方運(yùn)輸，在3d內(nèi)要完成25000m3的填筑任務(wù)，難度極大。

(2)水文氣象無法準(zhǔn)確預(yù)測，施工工期難以準(zhǔn)確擬定，對除險(xiǎn)方案的應(yīng)變適應(yīng)性要求高。

受當(dāng)時(shí)氣象預(yù)報(bào)水平所限和高山峽谷地區(qū)小氣候影響，對施工區(qū)域的天氣條件不能進(jìn)行可靠的預(yù)報(bào)。時(shí)值汛期，隨時(shí)可能發(fā)生強(qiáng)降雨，對工程方案、實(shí)施進(jìn)度、施工工期等構(gòu)成嚴(yán)重影響，甚至可能導(dǎo)致?lián)岆U(xiǎn)目標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)。

(3)施工強(qiáng)度高。從施工準(zhǔn)備到完成任務(wù)的時(shí)間只有3d，要求在3d內(nèi)完成25000m3的填筑任務(wù)，難度極大。

(4)設(shè)備材料保障困難，壩體填筑必須采用大塊石，混凝土預(yù)制塊制作在時(shí)間上不允許，只能在20km以外的料場選取大卵石，從而給塊石料的運(yùn)輸帶來了極大的困難，要求必須投入足夠多的設(shè)備。由于當(dāng)時(shí)四川各地?fù)岆U(xiǎn)任務(wù)異常艱巨，設(shè)備組織較為困難。而滾水壩共需100000m2主動防護(hù)網(wǎng)，當(dāng)時(shí)主動防護(hù)網(wǎng)在四川境內(nèi)已無現(xiàn)貨，從而給搶險(xiǎn)任務(wù)帶來了極大的困難。

(5)交通非常困難。

由于壩區(qū)的主流在左岸，而左岸河床大部分由細(xì)砂組成，含有少量的礫石，極易受沖刷，因此，填筑必須從左、右岸同時(shí)進(jìn)行，而左岸交通路況極差，重車根本無法通過。

5 搶險(xiǎn)組織的實(shí)施

5．1 搶險(xiǎn)施工

5．1．1 截流方式

結(jié)合壩址處的地形地質(zhì)條件、料源及施工交通狀況，選用從左右兩岸向河中心進(jìn)占雙戧堤立堵截流方式，截流戧堤作為壩體的一部分，填筑高程距水面高度約50cm。

(1)涵管的安裝。

由于當(dāng)時(shí)石亭江流量為50m3/s，流速約3 m/s，安裝35排涵管即可滿足過流要求。當(dāng)龍口寬度為20m左右時(shí)，停上進(jìn)占，開始進(jìn)行涵管的安裝。由測量人員放樣邊線并用白灰線標(biāo)識，安裝涵管的部分基礎(chǔ)用推土機(jī)整平，基底鋪一層30 cm厚的砂礫料，用25t吊車、人工配合進(jìn)行涵管的吊裝作業(yè)。安裝時(shí)，注意涵管節(jié)接頭接縫的銜接處理，要求其平順均勻。涵管安裝完畢，在其上鋪一層30cm厚的砂礫料，然后再填1m厚的大卵石，均采用進(jìn)占法進(jìn)行填筑，在壩體上形成一條進(jìn)占龍口的道路。

(2)龍口合攏。

合攏前，觀測河道流量、龍口上下游水位差、龍口流速，并對上游水情提前預(yù)報(bào)，以正確指導(dǎo)合攏施工。為保證龍口順利合攏，截流前在左右岸的平臺上按龍口填筑量的兩倍準(zhǔn)備主動防護(hù)網(wǎng)石籠。

戧堤龍口合攏時(shí)，左右岸兩側(cè)各安排10輛自卸車、2臺推土機(jī)(其中1臺備用)、2臺裝載機(jī)和2臺25t汽車吊，所有車輛預(yù)先裝好料，按指定的行走路線從左右兩岸同時(shí)快速填筑。龍口填筑量約3000m3，按 15m3/車，共 200車，每側(cè) 2min填1車(15m3/車)、填筑連續(xù)作業(yè)，4h完成龍口合攏。

(3)壩體填筑。

龍口合攏后，立即進(jìn)行壩體剩余部分的填筑，采用進(jìn)占法，25t自卸汽車運(yùn)輸，推土機(jī)推平。由于技術(shù)方案的優(yōu)化，壩體內(nèi)填筑大卵石，壩體表面1m范圍內(nèi)采用主動防護(hù)石籠覆蓋，并用卡子把石籠連在一起，確保壩體的穩(wěn)定性。

(4)涵管封堵。

滾水壩填筑完成后，采用主動防護(hù)網(wǎng)石籠對涵管進(jìn)口進(jìn)行覆蓋，封堵從中間向兩邊進(jìn)行，封堵完成后水從壩頂漫過，抬高了上游水位，起到了濾水淤沙的作用。

5．1．2 搶險(xiǎn)過程

滾水壩搶險(xiǎn)施工任務(wù)重，時(shí)間緊。為確保左、右岸搶險(xiǎn)工作有序進(jìn)行，對每個(gè)工作面設(shè)專門的領(lǐng)導(dǎo)小組和專職技術(shù)負(fù)責(zé)人，以達(dá)到各司其職、戰(zhàn)而不亂、快速有效的作戰(zhàn)狀態(tài)。組織了74臺(套)設(shè)備，采取2～3人負(fù)責(zé)1臺設(shè)備運(yùn)行，人停機(jī)不停的施工方法晝夜24h施工。

按照預(yù)定的施工方案，部隊(duì)迅速展開施工。搶險(xiǎn)過程中，全部人員分成兩班，24h不間斷作業(yè)。

5．2 搶險(xiǎn)戰(zhàn)果

5．2．1 滾水壩面貌及工程量

成綿復(fù)線石亭江大橋搶險(xiǎn)工程共投入兵力383人，各類設(shè)備80臺(套)。鏖戰(zhàn)3個(gè)晝夜，滾水壩的形象面貌為:滾水壩全長150m，壩頂高程546．5m，頂寬6m，上游面、頂部和下游面采用大卵石主動防護(hù)網(wǎng)(4m×4m)防護(hù);壩體中部高程542．5m，埋設(shè)35排φ100混凝土預(yù)制涵管;壩后20m段設(shè)大卵石主動防護(hù)網(wǎng)護(hù)坦，護(hù)坦頂高程為542．5m，護(hù)坦下游坡比為 1∶2．5(圖3)。

圖3 滾水壩實(shí)景照片

5．2．2 主要施工強(qiáng)度指標(biāo)

壩體填筑:日平均強(qiáng)度為8000m3/d，日最大強(qiáng)度為10000m3/d。

5．3 資源投入

5．3．1 資源配置特點(diǎn)

搶險(xiǎn)工程的資料配置有別于常規(guī)工程施工的資源配置。(1)工期只能提前;(2)資料缺乏，情況不明，不可預(yù)見的因素多;(3)工期非常短，調(diào)整余地小;(4)運(yùn)到現(xiàn)場的設(shè)備沒有時(shí)間調(diào)試就要投入高強(qiáng)度施工，現(xiàn)場條件差，交通不便，不具備設(shè)備維修條件，設(shè)備備用量要比常規(guī)施工多;(5)主動防護(hù)網(wǎng)石籠只能由人工裝填。

5．3．2 主要設(shè)備的配置

(1)大塊石運(yùn)輸。

滾水壩共計(jì)25000m3，料場距現(xiàn)場距離為20 km，配50臺25t自卸車，6臺反鏟方能完成石料的運(yùn)輸。

(2)主動防護(hù)網(wǎng)石籠。

根據(jù)最初施工方案要求，主動防護(hù)網(wǎng)石籠為25000m3，根據(jù)上述特點(diǎn)，主要設(shè)備計(jì)劃配置了4臺25t汽車吊，2臺裝載機(jī)。

(3)滾水壩填筑。

現(xiàn)場共投入反鏟挖掘機(jī)4臺，推土機(jī)3臺，裝載機(jī)4臺，自卸車20臺，汽車吊4臺。

5．3．3 人員配置

人員按照兩班制作業(yè)，每班按工作12h進(jìn)行配置。主要配備了設(shè)備操作手、設(shè)備維修人員、主動防護(hù)網(wǎng)石籠制作與吊運(yùn)人員、測量工及管理人員。根據(jù)搶險(xiǎn)情況，部隊(duì)先后投入總兵力383人進(jìn)行搶險(xiǎn)。

6 處理效果評價(jià)

什邡市成綿復(fù)線石亭江大橋滾水壩工程從7月17日開始施工，在第二次洪峰來臨之前，于7月19日圓滿完成了壩體填筑工作，確保了石亭江大橋樁基的安全，為大橋下一步的防護(hù)工作奠定了良好的基礎(chǔ)。