免振沖水夯密實在鋼板樁格內填砂施工中的應用

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，本次擴建工程是將原用于灌溉的4號洞改建為引水發電洞，并在原4號洞出口區域擴建廠房，新增3臺單機容量為470 MW的機組以改善電力供應狀況。受現場布局的限制，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個主格及4個副格組成，主格直徑為23.7 m，樁格填砂總量達96 000 m3。樁格內的填砂過程是鋼板樁圍堰施工工藝中至關重要的一個環節，填砂不當，會導致鋼板樁出現滑移、傾覆、脹裂等破壞。合適的填砂工藝不僅可以保證工程質量，而且可以加快工程進度、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，但大多數工藝是在水深較淺或者施工環境便利的條件下施工。但該項目鋼板樁格體填砂施工量大、工期緊，為優化施工工藝，提高鋼板樁的填筑效率進而加快鋼板樁圍堰的施工速度，需對各種可能實施的工藝進行比選。

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，然后通過機械進行碾壓密實，層層平鋪碾壓、直至填砂厚度達到設計要求。

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

方案三：免振沖水夯密實工藝。通過調整填砂時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的動能及砂料自身的力學性能達到自密實的效果。該填砂方案可以最大幅度的減少壓實機械的使用，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。

為避免造成格體產生變形和位移，實現免振沖水夯密實的填砂施工，需要研制一種格型鋼板樁圍堰噴水式布料斗裝置協助布料、填砂均衡上升，優化樁格內的填砂體形，從而使深水鋼板樁格體在填砂時保持穩定。

結合該項目特點及工藝比較得知：免振沖水夯密實施工程序簡單、機械設備使用少、布料斗易于加工，無需碾壓或振沖夯實，填砂效率高，所需工期短，為比較適合的施工方法。

3 免振沖水夯密實工藝的實施

(1)填砂布料裝置的分析。

鋼板樁格體內部回填的砂料在重力作用下支持格體在深水中穩定、抗滲，樁格具備擋水條件起到圍堰的作用。傳統的鋼板樁格體填筑施工程序為通過皮帶機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。這種常規的填筑方法往往在填料初期由于砂料在水中做平拋運動而堆積在鋼板樁格體一側，尤其是在單圍檁鋼板樁格體施工中容易造成格體產生變形和位移；其次，料堆高度差較大，含泥量較高且填筑不密實，振搗密實工藝需要較多的人工和機械設備。自重填砂試驗結果證明在自重條件下填砂質量即可滿足要求。但是，自重填砂存在無法主動布料的缺點，因此，研制一種格型鋼板樁圍堰噴水式布料斗裝置協助布料、填砂均衡上升，優化樁格內的填砂體形，有助于深水鋼板樁格體在填砂時保持穩定。

(2)填砂布料裝置的制作及安裝。

該布料斗裝置由平臺、抽排水系統和錐狀體下料漏斗組成，具體布置情況見圖1。平臺包括浮體機構、承載錐狀體下料漏斗的支撐及扶手欄桿，其中浮體機構包括8個空油桶及鋼筋圓形框架，8個空油桶均勻分布在一個圓周上，中間形成圓柱形空腔體，鋼筋圓形框架由與8個空油桶相切的兩個外鋼筋圓環、兩個內鋼筋圓環及連接上下鋼筋圓環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；在平臺上方用鋼筋制作扶手欄桿。錐狀體下料漏斗固定在平臺上，其上部和平臺高度一致，錐狀體下料漏斗外壁對稱焊接豎直向加勁板，加勁板預留有孔，鋼管穿過加勁板上的預留孔形成整個錐狀體下料漏斗的承載平臺。

抽排水系統包括進水管濾網、水泵進水管、水泵、水泵出水管和水泵出水管噴頭。水泵固定在平臺上方邊緣處，通過底座與鋼管和鋼筋固定，水泵進水管放置在格型鋼板樁格體內部或外部，水泵出水管水平固定在平臺頂部的鋼管上面，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;8.浮箱;9.料斗;10.格型鋼板樁;11.桁架;12.扶手欄桿;13.水泵進水管;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示意圖

(3)免振沖填砂工藝的實施。

準備工作完成后，啟動傳送機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，同時啟動水泵，當砂料通過錐狀體下料漏斗落至水泵出水管噴頭時，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的水面上經預留缺口排出。具體工作狀態見圖1。

采用上述裝置進行格型鋼板樁格體砂料填筑施工，能夠將砂料進行沖洗、自動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定；將砂粒清洗后成散狀拋填至底部增加了其密實度，減少了振搗壓實工序，從而降低了施工成本，同時減少了施工中頻繁移動傳送機，提高了填筑施工效率。

填砂過程采用免振沖水夯密實工藝，不僅加快了工程進度，而且提升了工程效益。

4 結 語

本項目以現場實際施工條件為基礎，自制布料斗，實現了免振沖水夯密實施工工藝而且成功地將該施工工藝應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值。