免振沖水夯密實(shí)在鋼板樁格內(nèi)填砂施工中的應(yīng)用

拓 瑜，楊 合 誼

(中國水利水電第七工程局有限公司 國際工程公司，四川 成都 610081)

1 概 述

塔貝拉水電站位于巴基斯坦首都伊斯蘭堡西北方，本次擴(kuò)建工程是將原用于灌溉的4號(hào)洞改建為引水發(fā)電洞，并在原4號(hào)洞出口區(qū)域擴(kuò)建廠房，新增3臺(tái)單機(jī)容量為470 MW的機(jī)組以改善電力供應(yīng)狀況。受現(xiàn)場布局的限制，廠房施工圍堰采用直腹式鋼板樁型式。

鋼板樁圍堰堰頂長度為206.87 m，由5個(gè)主格及4個(gè)副格組成，主格直徑為23.7 m，樁格填砂總量達(dá)96 000 m3。樁格內(nèi)的填砂過程是鋼板樁圍堰施工工藝中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，填砂不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致鋼板樁出現(xiàn)滑移、傾覆、脹裂等破壞。合適的填砂工藝不僅可以保證工程質(zhì)量，而且可以加快工程進(jìn)度、增加工程效益、提高工程施工的安全性。

2 填砂方案比選

樁格型鋼板樁填砂已有許多種施工工藝，但大多數(shù)工藝是在水深較淺或者施工環(huán)境便利的條件下施工。但該項(xiàng)目鋼板樁格體填砂施工量大、工期緊，為優(yōu)化施工工藝，提高鋼板樁的填筑效率進(jìn)而加快鋼板樁圍堰的施工速度，需對各種可能實(shí)施的工藝進(jìn)行比選。

方案一：自卸車卸料，分層平鋪布料法。分層平鋪布料法是通過自卸汽車將砂料傾倒在填砂區(qū)，然后通過機(jī)械進(jìn)行碾壓密實(shí)，層層平鋪碾壓、直至填砂厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

方案二：振動(dòng)水沖密實(shí)法。振動(dòng)水沖密實(shí)法是采用起重機(jī)吊起振沖器，啟動(dòng)潛水電機(jī)帶動(dòng)偏心塊使振動(dòng)器產(chǎn)生高頻振動(dòng)；同時(shí)啟動(dòng)水泵，通過噴嘴噴射高壓水流，在振沖器振動(dòng)頻率、水平加速度、激振力和壓力水的聯(lián)合作用下，使浸水飽和的松散砂層向下邊沖邊振,在振沖器達(dá)到所要加固的深度之后，再上下反復(fù)振沖擠密。

方案三：免振沖水夯密實(shí)工藝。通過調(diào)整填砂時(shí)砂料拋落的位置和角度，在一定的拋落高度下充分利用砂料墜落時(shí)的動(dòng)能及砂料自身的力學(xué)性能達(dá)到自密實(shí)的效果。該填砂方案可以最大幅度的減少壓實(shí)機(jī)械的使用，簡化填砂施工工藝，充分利用施工料源條件提高填砂的速度，降低填砂成本。

為避免造成格體產(chǎn)生變形和位移，實(shí)現(xiàn)免振沖水夯密實(shí)的填砂施工，需要研制一種格型鋼板樁圍堰噴水式布料斗裝置協(xié)助布料、填砂均衡上升，優(yōu)化樁格內(nèi)的填砂體形，從而使深水鋼板樁格體在填砂時(shí)保持穩(wěn)定。

結(jié)合該項(xiàng)目特點(diǎn)及工藝比較得知：免振沖水夯密實(shí)施工程序簡單、機(jī)械設(shè)備使用少、布料斗易于加工，無需碾壓或振沖夯實(shí)，填砂效率高，所需工期短，為比較適合的施工方法。

3 免振沖水夯密實(shí)工藝的實(shí)施

(1)填砂布料裝置的分析。

鋼板樁格體內(nèi)部回填的砂料在重力作用下支持格體在深水中穩(wěn)定、抗?jié)B，樁格具備擋水條件起到圍堰的作用。傳統(tǒng)的鋼板樁格體填筑施工程序?yàn)橥ㄟ^皮帶機(jī)將砂料不斷地向格體中心拋填、在拋填后振搗砂料至其密實(shí)。這種常規(guī)的填筑方法往往在填料初期由于砂料在水中做平拋運(yùn)動(dòng)而堆積在鋼板樁格體一側(cè)，尤其是在單圍檁鋼板樁格體施工中容易造成格體產(chǎn)生變形和位移；其次，料堆高度差較大，含泥量較高且填筑不密實(shí)，振搗密實(shí)工藝需要較多的人工和機(jī)械設(shè)備。自重填砂試驗(yàn)結(jié)果證明在自重條件下填砂質(zhì)量即可滿足要求。但是，自重填砂存在無法主動(dòng)布料的缺點(diǎn)，因此，研制一種格型鋼板樁圍堰噴水式布料斗裝置協(xié)助布料、填砂均衡上升，優(yōu)化樁格內(nèi)的填砂體形，有助于深水鋼板樁格體在填砂時(shí)保持穩(wěn)定。

(2)填砂布料裝置的制作及安裝。

該布料斗裝置由平臺(tái)、抽排水系統(tǒng)和錐狀體下料漏斗組成，具體布置情況見圖1。平臺(tái)包括浮體機(jī)構(gòu)、承載錐狀體下料漏斗的支撐及扶手欄桿，其中浮體機(jī)構(gòu)包括8個(gè)空油桶及鋼筋圓形框架，8個(gè)空油桶均勻分布在一個(gè)圓周上，中間形成圓柱形空腔體，鋼筋圓形框架由與8個(gè)空油桶相切的兩個(gè)外鋼筋圓環(huán)、兩個(gè)內(nèi)鋼筋圓環(huán)及連接上下鋼筋圓環(huán)的縱向連接鋼筋組成，空油桶頂面、底面使用縱向的鋼管通過扣件將平臺(tái)上下固定成為整體。

承載錐狀體下料漏斗的支撐為鋼管框架，由鋼管組焊而成；在平臺(tái)上方用鋼筋制作扶手欄桿。錐狀體下料漏斗固定在平臺(tái)上，其上部和平臺(tái)高度一致，錐狀體下料漏斗外壁對稱焊接豎直向加勁板，加勁板預(yù)留有孔，鋼管穿過加勁板上的預(yù)留孔形成整個(gè)錐狀體下料漏斗的承載平臺(tái)。

抽排水系統(tǒng)包括進(jìn)水管濾網(wǎng)、水泵進(jìn)水管、水泵、水泵出水管和水泵出水管噴頭。水泵固定在平臺(tái)上方邊緣處，通過底座與鋼管和鋼筋固定，水泵進(jìn)水管放置在格型鋼板樁格體內(nèi)部或外部，水泵出水管水平固定在平臺(tái)頂部的鋼管上面，水泵出水管與水泵出水管噴頭通過法蘭盤用螺栓連接，在水泵出水管噴頭的端頭圓管壁上沿外徑均勻焊接短鋼管或均勻設(shè)置出水孔。

1.錐狀體下料漏斗;2.水泵出水管噴頭;3.水泵;4.空油桶;5.鋼管;6.鋼筋;7.傳送機(jī);8.浮箱;9.料斗;10.格型鋼板樁;11.桁架;12.扶手欄桿;13.水泵進(jìn)水管;14.水泵出水管;15.加勁板;16.法蘭盤;17.短鋼管圖1 填砂布料裝置工作狀態(tài)示意圖

(3)免振沖填砂工藝的實(shí)施。

準(zhǔn)備工作完成后，啟動(dòng)傳送機(jī)將砂石料從岸上送至格型鋼板樁圍堰噴水式布料斗裝置上方，同時(shí)啟動(dòng)水泵，當(dāng)砂料通過錐狀體下料漏斗落至水泵出水管噴頭時(shí)，高壓水流將砂料噴射至四周，使砂料完全分散并被沖洗干凈，其所含的泥漿翻滾至格型鋼板格體內(nèi)的水面上經(jīng)預(yù)留缺口排出。具體工作狀態(tài)見圖1。

采用上述裝置進(jìn)行格型鋼板樁格體砂料填筑施工，能夠?qū)⑸傲线M(jìn)行沖洗、自動(dòng)均勻地填筑到格型鋼板樁底部，有利于提高格型鋼板樁早期的穩(wěn)定；將砂粒清洗后成散狀拋填至底部增加了其密實(shí)度，減少了振搗壓實(shí)工序，從而降低了施工成本，同時(shí)減少了施工中頻繁移動(dòng)傳送機(jī)，提高了填筑施工效率。

填砂過程采用免振沖水夯密實(shí)工藝，不僅加快了工程進(jìn)度，而且提升了工程效益。

4 結(jié) 語

本項(xiàng)目以現(xiàn)場實(shí)際施工條件為基礎(chǔ)，自制布料斗，實(shí)現(xiàn)了免振沖水夯密實(shí)施工工藝而且成功地將該施工工藝應(yīng)用于鋼板樁圍堰的格體砂料填筑，簡化了施工程序，提高了施工效率，對類似工程具有較高的參考價(jià)值。