移動式鋼板結構導墻在沙那水庫除險加固工程施工中的應用

(中國水電基礎有限公司，天津 301700)

水利水電工程防滲墻施工中，導墻施工是防滲墻施工的第一步,是防滲墻施工之前修建的臨時構筑物，是防滲墻施工必不可少的部分[1]，對確定防滲墻平面位置、混凝土澆筑高程的控制、儲存泥漿和槽口穩定起著重要作用。通常情況下，防滲墻施工采用的導墻為現澆混凝土導墻。混凝土導墻具有易于施工、堅固牢靠等優點[2]。但是也存在施工周期長、造價較高等缺點，尤其在工期要求緊張、地質情況良好且槽孔深度較淺的情況下，這種缺點尤為突出。而移動式鋼板結構導墻則很好地彌補了這些不足。本文通過移動式鋼板結構導墻在實際施工中的應用，分析移動式鋼板結構導墻優缺點，為其今后在工程施工中的使用提供借鑒。

1 工程概述

沙那水庫除險加固工程施工第一標段位于內蒙古自治區赤峰市巴林左旗北部浩爾吐河與烏爾吉沐淪河匯合處，在地形上除各主要支流有部分河川平地外，其余均屬于大興安嶺山脈南麓高山丘陵區，地處中溫帶，屬干旱大陸性季風氣候區，四季分明。春季風大、干旱少雨；夏季炎熱而短促、多雨且集中；秋季涼爽、少雨；冬季寒冷漫長。水庫大壩為均質土壩，大壩防滲工程防滲墻軸線位于上游壩坡，軸線長942m,其地層情況由上到下分別為黏土層、砂礫石層、漂石混合土層。設計要求墻底深入漂石混合土層1m。防滲墻成墻面積2.2萬m2。

2 方案的確定

2.1 氣候因素

由于該項目的地理位置處于內蒙古東北地區，10月中旬即入冬，4月入春，冬季寒冷漫長，項目部10月底入場后，由于平均氣溫低于-15℃，大部分臨建工作都無法正常開展，只能進行施工平臺土方填筑，且進度緩慢。如果使用鋼筋混凝土導墻，必須等到第二年4月以后，才能具備進行導墻混凝土澆筑作業施工條件。而如果采用移動式鋼板結構導墻，在低溫條件下不影響焊接、安裝工作，可以保證第二年4月平均氣溫高于-5℃，達到防滲墻施工條件時，立刻投入使用。故采用移動式鋼板結構導墻要優于鋼筋混凝土導墻方案。

2.2 地層因素

沙那水庫大壩建于20世紀70年代，為以黏土為主，夾雜砂礫石的均質土壩。該次除險加固防滲墻軸線位于上游壩坡，由于上部黏土層中夾雜砂礫石，土質過于松散，在防滲墻造孔過程中極易導致導墻下部塌孔漏漿，為降低施工的風險性，需對軸線位置的上部土體采用黏土進行換填，換填范圍為4m×4m。換填后的土體穩定性大大增強。在這種地層條件下，采用鋼筋混凝土導墻或者移動式鋼板結構導墻均可行。

2.3 工期因素

沙那水庫除險加固工程合同工期為2015年10月29日—2016年9月30日，包含了防滲墻、前壩和后壩坡重建、上壩搶險路、交通橋、草皮護坡、橋閘聯建等施工內容，工期相當緊張。特別是根據本地歷年的氣候記錄，每年6月底進入主汛期。由于本地1—3月為極寒氣候，無法進行臨建及主體施工，直到4月10日才完成軸線土體換填施工任務，而此時由于考慮到汛期及業主的蓄水需求，項目部將防滲墻工期定為2016年4月12日—6月30日。根據工期安排，若采用鋼筋混凝土導墻，導墻施工就需要60工作日左右，時間上已經不允許。而移動式鋼板結構導墻的制作不受氣溫影響，在低溫情況下也可以正常制作，制作正常施工所需的7套導墻僅需20個工作日左右。

2.4 成本因素

在前期方案選擇階段，項目部對兩種結構形式的導墻制作成本進行了測算。

a.鋼筋混凝土導墻制作成本見表1。

表1 鋼筋混凝土導墻制作成本統計

b.移動式鋼板結構導墻制作成本見表2。

表2 移動式鋼板結構導墻制作成本統計

從成本方面考慮，采用移動式鋼板結構導墻可節約成本：593983.53-153710=440273.53元。

根據以上四個因素的綜合分析，采用移動式鋼板結構導墻用于該工程防滲墻施工要優于采用鋼筋混凝土導墻，故導墻結構形式決定采用移動式鋼板結構導墻。

3 移動式鋼板結構導墻的制作

3.1 導墻尺寸

移動式鋼板結構導墻為雙倒L形結構，頂寬0.36～0.5m，高0.6m，混凝土防滲墻墻體設計厚度為60cm，為便于下放成槽鉆具，導向槽設計凈寬74cm，允許偏差為±10mm[2]。由于槽段長度為7.6m，導墻長度尺寸定為10m。導墻平行于混凝土防滲墻軸線，且對稱布置，其允許偏差為±1.5cm；導墻頂面高程允許偏差±20mm。四角設掛環用來固定鋼絲繩，便于吊裝、下設、起拔導墻。導墻兩側端頭設固定樁孔，用于穿入方木，增加導墻與土體的接觸面積，防止遇到塌孔情況時導致導墻下陷。

3.2 導墻制作

鋼板結構導墻采用焊接拼裝。按照導墻尺寸，由物資部采購20mm厚的鋼板運至施工現場后，由現場加工人員使用手動氬弧焊焊接拼裝。由于導墻長度達10m，為了保證導墻結構的穩定性，避免在吊裝、下設、起拔過程中導致導墻彎曲、變形甚至斷裂，在墻身背面每隔2.0m加設一道三角形鋼板強肋，保證鋼板導墻的整體剛度。

移動式鋼板結構導墻結構如圖1所示。移動式鋼板結構導墻外觀如圖2所示。

圖1 移動式鋼板結構導墻結構

圖2 移動式鋼板結構導墻外觀

4 施工工藝及應用效果

4.1 施工工藝

工藝流程圖如圖3所示。

圖3 移動式鋼板結構導墻施工工藝流程

4.2 效果分析

根據投標文件、設計要求、工程工期和對地質資料的研究，項目部配備3臺液壓抓斗及2臺套CZ-6A沖擊鉆機進行施工，根據成槽機械數量，項目部制作7個鋼導墻，滿足施工需求。工程主要采用液壓抓斗進行造孔施工，在遇到堅硬地層抓斗無法滿足進度要求的情況下使用沖擊鉆機配合液壓抓斗造孔。通過實際施工檢驗，移動式鋼板結構導墻完全能夠滿足工程正常造孔施工要求，可以承受沖擊鉆機產生的動荷載、靜荷載。在澆筑過程中，也能夠滿足接頭管的下設、起拔所需要的荷載承載力要求。成槽質量滿足設計及規范要求。

5 優缺點分析

5.1 優點及可操作性

移動式鋼板結構導墻在實際使用過程中優點明顯，尤其在惡劣氣候條件及良好地質條件下使用相對于現澆混凝土導墻優勢明顯，主要有以下幾個方面：

a.節約工期。正常氣候條件下，制作能夠滿足現場施工需求的移動式鋼板結構導墻所需要的時間僅為現澆混凝土導墻施工時間的1/3。如果在北方高寒地區，現澆混凝土導墻的施工及養護受氣溫影響極大，而移動式鋼板結構導墻的制作所受氣候影響微乎其微。使用鋼導墻可大大節約工期，保證防滲墻主體施工不受影響。

b.經濟環保。現澆混凝土導墻在施工過程中需要進行鋼筋綁扎、立模、澆筑工序，占用大量的人力、設備和原材料，且造價高昂。防滲墻施工完成后，還需對鋼筋混凝土導墻進行拆除，不光需要人員及機械設備的配合，拆除后的墻體還不能重復投入使用，拆除后的廢料只能廢棄處理，不光造成資金浪費，還對環境造成污染。而鋼板結構導墻則避免了以上種種弊端，鋼導墻原材料進場后，只需安排專人進行制作，無需大型機械設備進行配合。鋼導墻可重復使用，在防滲墻主體施工完畢以后，還可周轉至其他項目繼續使用，大大減少了材料及資金的浪費，對周邊環境影響甚微。人員、設備投入對比見表3。

5.2 缺點及限制性

a.施工工藝繁瑣。相比于鋼筋混凝土導墻，鋼板結構導墻在實際施工過程中，工藝要繁瑣很多。

?需要在槽孔開挖前和開挖后對軸線位置進行反復校核，以確保孔口偏差在設計、規范允許的范圍內。

?鋼板結構導墻下設及起拔需要眾多機械設備配合。

測量放樣后，需要反鏟挖掘機進行槽孔開挖。校核無誤后，需要吊車和裝載機配合下設導墻，反鏟挖掘機進行加固。而澆筑完成后，還需要吊車和裝載機配合起拔導墻。

b.多次測量造成誤差累積。鋼板結構導墻在實際使用過程具有可移動性、重復使用性等優點。但是需要頻繁地測量放樣，每個槽孔都需進行放樣、復核。工程共劃分133個槽段，其中一期槽孔67個，二期槽孔66個。而且該地區全年多風，對測量的準確性造成很大影響。在如此條件下進行反復測量放樣，難免會造成誤差。實際測量情況見表4～表6。

表3 人員、設備投入對比

表4 不同氣候條件測量精度對比

表5 一期、二期槽段測量精度對比

表6 誤差累積情況

良好氣候條件下，測量誤差范圍為3～9mm；不良氣候條件下(5級以上大風天氣)，測量誤差范圍為15～29mm；同樣，在良好的氣候條件下，由于誤差累積，一期槽段與二期槽段的測量誤差范圍也不同：一期槽段誤差范圍為0～9mm；二期槽段誤差范圍為16～19mm；一期槽孔與二期槽孔在放樣過程中累積誤差情況，平行軸線方向為10～14mm，垂直軸線方向為11～16mm。

所以在實際施工過程中，需要在測量過程中進行極為精密地控制，對測量人員的工作提出了較高要求。

c.在遇到特殊情況時穩定性欠佳。根據工程地質情況，防滲墻造孔深度在10m以下后，便進入砂礫石層，該地層較為松散，顆粒間隙大，施工過程中，在17～22m位置經常會遇到塌孔、漏漿等情況。由于鋼結構導墻不像鋼筋混凝土導墻一樣整體性強，其長度僅有10m，且導墻主要靠下部黏土層支撐，一旦遇到塌孔情況，會導致下部支撐黏土塌陷，導墻懸空，導墻的穩定性及承載力受到極大影響，這時往往需要進行加固后才能繼續開始施工。

6 施工中需要注意的問題

由于移動式鋼板結構導墻的優缺點都相當明顯，在實際使用過程中需要注意以下幾點才能最大程度地發揮其優點，改善其缺陷。

a.測量精度控制。如果條件允許，通過合理制定測量方案，測量放樣盡量選擇在氣候條件好的情況下進行，避免因為天氣原因影響測量精度。同時，在測量放樣過程中要反復多次校核，盡量減小誤差累積值。

b.使用高質量高等級膨潤土。要想提高鋼結構導墻的穩定性，首先其下部支撐土的穩定性必須要得到保證。使用高質量等級膨潤土，可以增加對下部大裂隙、松散土體的支撐力，提高泥漿的固壁效果，保證槽孔的穩定性，降低塌孔風險。同時造孔過程中，泥漿對鋼導墻下部的支撐土會產生沖刷，容易導致土體失穩塌陷。所以這就要求導墻液面必須出在導墻范圍內，將沖刷產生的危害降到最小。

7 結 論

通過對比分析移動式鋼板結構導墻和現澆鋼筋混凝土導墻在本工程實際施工中的使用，可知在良好地質條件下，采取合理措施，揚長避短，可最大限度地發揮移動式鋼板結構導墻在制造成本低、使用方便、便于安裝及拆除、能多次流轉使用等方面的優勢，極大地縮短工期、節約成本。同時，減少鋼筋、水泥及砂石骨料的使用量，也為節能減排及環境保護做出了貢獻。

[1] 高鐘璞,等.大壩基礎防滲墻[M].北京：中國電力出版社，2000.

[2] SL 174—2014水利水電工程混凝土防滲墻施工技術規范[S].北京：中國水利水電出版社，2014.

[3] 舒德春，王萍，聶俊洲.湖北梅川水庫主壩防滲墻塑性混凝土施工工藝及質量控制[J].水利建設與管理，2012(3)：21-24.