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      某天然河道堰壩建設(shè)基坑降排水施工技術(shù)

      2022-03-18 08:57:44
      四川水利 2022年1期
      關(guān)鍵詞:擋墻圍堰導(dǎo)流

      魏 柳

      (四川省都江堰水利發(fā)展中心東風(fēng)渠管理處,成都,610081)

      水利工程施工具有顯著的行業(yè)特點,需長期與水流打交道。降水是基坑且尤其是深基坑施工中的重點內(nèi)容,施工期間存在較多不確定因素,因此需要進(jìn)行周密規(guī)劃,在施工中采取控制措施及基坑安全的經(jīng)常性檢查[1-2],應(yīng)用合理的降、排水措施,以保證施工作業(yè)面干燥,保證施工人員、設(shè)備的安全。本文結(jié)合某天然河道堰壩重建工程,對水利工程施工期降排水措施進(jìn)行研究。

      1 工程概況

      某堰壩位于毗河K3+735m處,為折線型堰壩和沖砂閘形式。受汛期強降雨影響,堰壩大部分被洪水沖毀,沖砂閘傾倒,堰壩抬水功能受影響,無法保障上游支渠引水灌溉需求。堰壩設(shè)計方案為對堰壩進(jìn)行拆除重建。

      重建堰壩設(shè)計方案為:溢流堰壩型選用WES實用堰型式,壩長160m,最大壩寬7.25m,最大壩高5.95m。壩體采用C25混凝土現(xiàn)澆,表層設(shè)0.3厚C40AF耐磨混凝土;溢流壩前端采用C25混凝土鋪蓋防滲,鋪蓋長10m;溢流壩壩坡后接16.60m長的C25混凝土消力池;消力池后接10m長C25混凝土海漫,末端為4.0m深C25混凝土防沖齒墻;溢流堰至消力池范圍內(nèi)堤防采用C25混凝土衡重式擋墻,擋墻結(jié)束位置采用扭面形式與堤防銜接,擋墻高5.54m~8.67m。

      圖1 堰壩平面布置

      圖2 堰壩縱剖面

      本工程主要建筑物級別為4級,次要建筑物級別為5級,設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。

      2 施工組織

      因工程所在河道有生態(tài)基流要求,且工期較長,無法斷流施工。工程采用分期圍堰施工,分兩期實施。一期采用明渠導(dǎo)流,主要施工右岸堤防、壩體100m、消力池70m、護坦、防沖槽55m。

      圖3 一期圍堰布置

      二期利用一期已成堰壩過流,二期圍堰由上下游橫向圍堰和縱向圍堰組成。圍堰材料主要利用河道砂卵石,防沖槽處縱向圍堰采用袋裝砂卵石碼成,以減小圍堰斷面,預(yù)留更多施工作業(yè)面及保障過流,圍堰臨水面采用粘土防滲。

      圖4 二期圍堰布置

      3 施工難點

      二期圍堰填筑完成后,即開始抽排水作業(yè):

      (1)采用6臺抽水設(shè)備(2臺電動抽水泵,單臺抽水量200m3/h;4臺柴油抽水泵,單臺抽水量400m3/h)在上游橫向圍堰坡腳附近及防沖槽處縱向圍堰旁抽排水,但基坑內(nèi)水位遲遲無法降低。

      (2)增加了6臺抽水設(shè)備(2臺電動抽水泵,單臺抽水量200m3/h;4臺柴油抽水泵,單臺抽水量400m3/h),水位開始緩慢下降(約5cm/h),增加設(shè)備2天后,基坑內(nèi)水深降至約1.6m后再無變化。

      (3)為盡量降低抽排水作業(yè)難度,建設(shè)單位在保障該河道生態(tài)基流要求下,通過分流,將該河道進(jìn)口流量由原22m3/s調(diào)整為10m3/s內(nèi),但效果不明顯。

      基坑內(nèi)降水困難主要原因如下:

      (1)堰壩重建方案未設(shè)置沖沙閘,也未在一期壩體內(nèi)埋設(shè)過流管道,水流全部從一期堰壩頂通過,導(dǎo)致二期上游圍堰臨水側(cè)與背水側(cè)水位差較大?;觾?nèi)壩體處底高程與上游圍堰前水面高差約為6.5m。

      (2)圍堰所用砂卵石級配較差,主要為卵石和砂礫石,其余粒徑較少,透水性大。

      (3)二期上游橫向圍堰利用了一段一期圍堰,但施工時未做好圍堰交接處的防滲處理,也未做好上游橫向圍堰與邊坡處的防滲處理。

      (4)未在圍堰臨水面鋪設(shè)防滲土工膜或其他防滲材料。

      由于上述幾項原因,二期基坑滲水嚴(yán)重。尤其是圍堰與上游邊坡連接處、二期圍堰與一期保留圍堰連接處、縱向圍堰防沖槽處。

      4 降排水方案及施工工藝

      在增加抽水設(shè)備降水效果不明顯的情況下,對比考慮了增加抽水設(shè)備、打鋼板樁、帷幕灌漿三種方案,經(jīng)綜合考量決定采用打鋼板樁的方式。在施工過程中鋼板樁圍堰自身的結(jié)構(gòu)不會被水滲透,其自身的結(jié)構(gòu)強度變化不大,安全性較高[3]。

      表1 三種降排水方案方案對比

      鋼板樁原計劃設(shè)置在圍堰背水側(cè),防滲效果更好。因圍堰材料為砂卵石,考慮到打樁過程中可能遇卵石或漂石阻礙,故采用在臨水面粘土側(cè)打樁。鋼板樁長9m,每塊鋼板樁寬約30cm,鋼板樁間鎖口連接。在振動打入土層時,有地下雜物及小石塊時,將鋼板樁振動起拔然后再打入,上下來回振動打入多次,直至打進(jìn)為止。因圍堰上空電線有安全距離要求,部分段無法實施。上游橫向圍堰總長約50m,實際鋼板樁施工約30m,未能對圍堰進(jìn)行全面封閉。但鋼板樁施工完畢后,基坑滲水有較大的改善。

      鋼板樁施工完畢后,根據(jù)施工先深后淺的原則,采取了扎小圍堰的方式首先澆筑了左岸擋墻基礎(chǔ)。具體方式為:在左岸擋墻基坑外填筑約1.8m高粘土圍堰,同時圍堰內(nèi)布置集水坑,在集水坑內(nèi)進(jìn)行抽排水,如此便保障了擋墻基礎(chǔ)內(nèi)的干燥作業(yè)面。

      擋墻基礎(chǔ)澆筑完成后,同樣采取扎小圍堰的方式分別為二期第一、二段壩體基礎(chǔ)創(chuàng)造干燥的作業(yè)面。使水流主要從小圍堰與上游橫向圍堰間流走并抽排出基坑,小圍堰內(nèi)同樣采用布設(shè)集水井抽排出積水,并在第二段壩體基礎(chǔ)處埋設(shè)導(dǎo)流管道。

      二期第一、二段壩體基礎(chǔ)澆筑完成后,利用第二段壩體內(nèi)預(yù)埋導(dǎo)流管道過流完成剩余2段壩體澆筑。

      壩體完成后,繼續(xù)完成壩體上下游擋墻的施工,后續(xù)通過封堵第二段壩體內(nèi)預(yù)埋導(dǎo)流管和抽排滲水基本解決了壩體下游消力池基坑內(nèi)的水流問題。鋪蓋在基礎(chǔ)回填完成后,圍堰內(nèi)外側(cè)的水位差大大降低,滲水量減小,采用基礎(chǔ)外側(cè)開挖排水溝抽排水的方式解決了鋪蓋基礎(chǔ)水流問題。

      各部位基礎(chǔ)完成后,上部結(jié)構(gòu)混凝土澆筑不受水流影響,各部位上部結(jié)構(gòu)按照計劃有序?qū)嵤?/p>

      圖5 二期各部位施工順序及抽排水方案示意

      5 經(jīng)驗與建議

      本工程二期基坑通過打鋼板樁、扎小圍堰、堰壩基礎(chǔ)埋設(shè)導(dǎo)流管相結(jié)合的方式成功解決了基礎(chǔ)水流問題,成功的經(jīng)驗主要在于:

      (1)通過在圍堰臨水面打鋼板樁緩解滲流問題,減少滲流量。

      (2)在左岸擋墻、二期堰壩第一段、第二段基礎(chǔ)外分期扎小圍堰,通過各部位扎小圍堰在圍堰內(nèi)抽排水的方式解決各部位基礎(chǔ)水流保障基礎(chǔ)作業(yè)面干燥,同時各部位錯開時間段分期施工,以便小圍堰外基坑內(nèi)水流有足夠通道流至集水坑并被及時抽排出,不至于壅高水位。

      (3)同時第二段壩體基礎(chǔ)埋設(shè)導(dǎo)流管導(dǎo)流有效解決堰壩第三、四段的基礎(chǔ)水流問題。封堵導(dǎo)流管有效解決消力池內(nèi)的水流問題。在導(dǎo)流管前加裝閘閥,導(dǎo)流管完成導(dǎo)流使命后,關(guān)閉閘閥,對導(dǎo)流管進(jìn)行灌漿處理,確保壩體密實。

      本方案的主要優(yōu)點是在基坑內(nèi)抽排水的同時進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)混凝土澆筑,不需要等整個基坑內(nèi)的水流全部抽干,利于趕進(jìn)度搶工期。

      同時,本方案僅為二期基坑滲流嚴(yán)重情況下的應(yīng)對方案,對應(yīng)本工程類似工程,建議在一期堰壩內(nèi)埋設(shè)過流管道用于二期導(dǎo)流,以降低堰壩前水位。同時填筑圍堰時應(yīng)注意在基坑內(nèi)預(yù)留足夠位置布置集中抽水點,并做好圍堰的各項防滲處理措施,二期基坑施工時滲流量將大量減少,抽排水作業(yè)難度也將極大地降低。

      6 結(jié)語

      工程在二期圍堰滲流嚴(yán)重的情況下,采用打鋼板樁、扎小圍堰、堰壩基礎(chǔ)埋設(shè)導(dǎo)流管相結(jié)合的方式為二期基坑降排水提供了切實可行的技術(shù)措施,通過上述幾種方式以及基坑內(nèi)分期組織施工,有效控制了基坑內(nèi)水流,實現(xiàn)了干燥的施工作業(yè)面。

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