直腹芯墻式鋼板樁圍堰施工技術

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 工程概況

塔貝拉水電站位于巴基斯坦印度河干流上，拉瓦爾品第西北約64km，控制流域面積17萬km2，總庫容137億m3。主壩為斜心墻土石壩，最大壩高143m，壩頂長2743m，壩體體積1.21億m3，是世界上填筑量最大的土石壩。四期擴建工程，將右岸4號灌溉引水洞改造為發電引水洞，并新建1座裝機1410MW(3×470MW)電站，塔貝拉水電站總裝機容量將達到4888MW。

本工程圍堰施工存在以下困難：?堰址處水深達32m，是目前國內外最高的單側擋水鋼板樁格型圍堰，板樁關鍵部位結構設計和制造難度大；?主河槽部位圍堰下部覆蓋層最深達25m，高深圍堰防滲結構設計和施工困難；?圍堰右側下部基巖裸露坡度大且無覆蓋層，鋼板樁格體穩定困難；?堰址處水上起吊能力難以達到千噸級，樁格需水上拼裝，但水上施工平臺獲取困難。

2 圍堰結構設計

新建廠房下游圍堰由鋼板樁圍堰和兩端土石圍堰組成。鋼板樁圍堰由5個主格及4個副格組成，主格直徑23.76m，每個主格由148根直腹鋼板樁及4根連接樁組成。副格連接弧半徑5.73m，連接弧由35根直腹鋼板樁組成，與主格上連接樁連接，連接角 35°。圍堰的每個主格和副格內填筑相對密度不小于0.6的粗砂。堰體主河床覆蓋層采用高噴防滲墻防滲，基巖采用帷幕灌漿，灌漿深入巖基相對不透水層1m，灌漿深度9.5～13.5m。鋼板樁格形圍堰背水側填筑砂礫石戧堤，戧堤頂高程333m，頂寬30m，內側坡比1∶2。圍堰的主要工程量見表1，圍堰平面布置見圖1，圍堰1號主格斷面見圖2。

表1 新建廠房下游圍堰主要工程量 單位：m3

圖1 鋼板樁圍堰平面布置圖

圖2 鋼板樁圍堰1號主格斷面圖 (單位：m)

3 圍堰施工程序

施工準備→施工平臺搭設→鋼板樁測量放線→鋼圍囹安裝→鋼板樁拼插→鋼板樁沉設→鋼圍囹移除→鋼板樁頂部穩固→格體預填砂→副格施工→鋼板樁格左右側銜接部位施工→格體填砂至設計高程→防滲體施工→基坑內戧堤填筑→圍堰完建。

4 主要施工方法

4.1 施工準備

鋼板樁樁板進場驗收采用2m長同樣形狀的鎖口，通過每一根鋼板樁的鎖口來檢查鋼板樁的直線度，并報廢沿鋼板樁鎖口局部有扭結、過分彎曲或翹曲的鋼板樁。需焊接成型的鋼板樁(如角樁)加工完畢后，對焊縫進行滲透檢測(PT)和聲吶檢測(UT)。對現場焊接的復雜結構(如角樁)，需將試件送至專業試驗室進行強度測試，確保焊接工藝參數的合理性和焊接角樁的質量。根據水下測量結果，在樁格范圍內的無覆蓋層巖基處填50cm砂，以改善鋼板樁樁格的穩定條件。

4.2 施工平臺搭設

施工平臺的作用是鋼板樁樁板的運輸、存儲、吊運、沉設，浮箱平臺最大尺寸36m×30m×1.5m，可載重600t以上，均由12m×3m×1.5m的浮箱模塊搭建而成。施工平臺拆裝方便、可重復使用。

4.3 鋼板樁測量放線

由測量人員定出鋼板樁圍堰的軸線，每隔一定距離設置導向樁，導向樁直接使用鋼板樁，掛線繩作為導線，定位時利用導線控制鋼板樁圍堰的軸線。

4.4 鋼圍囹定位安裝

4.4.1 鋼圍囹的平面定位

?初定位。將拼接好的浮箱置于格體內定位，浮箱上放出格體中心點并在4榀鋼圍囹圓弧拼接點處設置浮標，調整鋼圍囹拼接點與浮標重合。下放鋼圍囹后用型鋼與浮箱連接臨時穩固。

?終定位。復核格體中心點及鋼圍囹位置合格后，從鋼圍囹中預留的樁孔位內插設鋼管樁支腿，調整鋼圍囹中心點偏位值，使之不大于50mm。下沉鋼管樁支腿將鋼管樁打至堅固的持力層以承擔鋼圍囹的重量。

4.4.2 鋼圍囹高程定位

鋼圍囹和定位鋼管樁的連接采用鋼楔吊擔傳力機構。當浮式鋼圍囹頂面達到控制高程時，立即調整各拉條的長度，使其松緊一致。用水準儀測量高程，鋼圍囹上導環頂標高以不妨礙沉樁夾具順利通過為限。鋼圍囹頂面定位和高程定位符合要求后，將圍囹架與鋼管樁支腿之間用楔子楔緊，并固定拉條上的緊張器及卷揚機的錨纜，當傾斜坡度大于5‰，應立即糾正。

4.5 鋼板樁拼插和沉設

鋼板樁拼插步驟：?鋼板樁試打。正式打入前先試打，以確定打入方式和深度；?鋼板樁吊裝。直腹式鋼板樁最長36m，一般吊裝方案易使鋼板樁損壞或產生永久變形，施工中采用研制的水平吊具吊裝鋼板樁。格體拼插階段，鋼板樁由水平轉為直立時，采用翻板立樁法吊立板樁；?鋼板樁拼插。采用100t履帶吊將鋼板樁吊裝成垂直狀態，移向安插位置，插入已就位的鋼板樁鎖扣中。鋼板樁拼插時靠自重下沉，不宜采取壓錘或錘擊等助沉措施。

鋼板樁沉設順序：Y型樁(連接樁)中心點按照設計位置準確地插設在浮式導向圍囹架頂面內導環上，使偏位值小于10mm。Y形板樁作為拼插的起始樁，4根Y形樁可作導樁，并通過測量定位每兩根Y形樁中間的鋼板樁作為導樁，一共8根導樁。導樁沿徑向和環向均應保持垂直，導樁用螺栓連接于內導環上。外導向環安裝在導樁外側面，用螺栓固定，外導向環的接頭位于導樁處。鋼板樁的拼插由導樁處開始沿內導向環依次進行，采用單根拼插，由兩根導樁向中間閉合拼插，每兩根導樁之間作為一個拼插閉合段。

4.6 鋼圍檁移除

對稱拆除浮箱與鋼圍檁連接的型鋼，利用兩臺100t履帶吊對稱地將整個鋼圍檁吊住，將鋼圍檁半圓處的連接螺栓拆除，使其拆分為兩個半圓，分別吊出。最后使用振動錘將鋼管樁支腿拔出。

4.7 鋼板樁頂部穩固和格體預填砂

浮式導向圍檁架吊出后，立即在主格體頂部設置鋼筋或者型鋼加固環，將鋼板樁用螺栓臨時固定在加固環上，并在主格體內完成部分填砂，填砂量要確保主格體臨時穩定。

4.8 副格施工

副格體鋼圍囹安裝前，準確測出連接樁的徑向和環向的偏差、傾斜度和偏角，并根據實測數據繪制副格體鋼板樁閉合圓。鋼圍囹安裝的位置根據實測副格體鋼板樁閉合圖確定，并在相應的主格體上做出標記。

副格體在相鄰兩個主格施工完成后開始施工，兩側副格體同時進行。副格體鋼圍囹安裝時按主格體上標記的位置將鋼圍囹安放在兩側主格體樁頂上，檢查無誤后臨時固定。副格體鋼圍囹內放置12m×6m浮箱平臺用型鋼連接浮箱與鋼圍囹。將副格體鋼圍囹固定在已經施工完成的主格鋼板樁上。

4.9 銜接部位施工

鋼板樁與混凝土邊墻銜接，可先在銜接部位填筑土石圍堰，寬20m，兩側按1∶2邊坡水下拋填，圍堰迎水面及堰頂用厚1m塊石防護。然后鋼板樁側利用加寬直角樁作為刺墻埋入土石堰體。

4.10 格體填砂

格體填砂時，皮帶機桁架安裝在主格內浮箱上，卸料平臺移動到位后，用1.6m3反鏟將砂料卸至卸料平臺。第一個主格填筑后，將皮帶機桁架轉移至下一個主格，兩個主格填筑完成后，再填筑主格間的副格。如此循環至所有格體填筑完成。格體填砂保持樁格間均衡上升。

4.11 防滲體施工

4.11.1 圍堰防滲布置

防滲體以高噴防滲墻為主、輔以樁板和帷幕灌漿，以此構建深水厚覆蓋層上的直腹式鋼板樁圍堰防滲體系，最大防滲墻達53m。

?土石堰段采用高噴灌漿防滲墻。在圍堰軸線上布置2排高噴灌漿孔，孔排距0.75m×0.6m。特別重要部位則在圍堰軸線上布置4排高噴灌漿孔。

?坐落于基巖上的樁格采用直腹式鋼板樁配合帷幕灌漿防滲?？繕陡駜葌劝椿⌒尾贾?排帷幕灌漿孔，灌漿孔位距鋼板樁1m，沿弧線孔距2m，灌漿頂部高于巖基3m，底部深入巖基0.5m。

?坐落于砂礫石覆蓋層上的樁格采用高噴灌漿芯墻防滲。高噴灌漿孔均按直線布置2排，排距0.60cm，孔距0.75cm。灌漿范圍：基巖面以下1.5m至圍堰頂高程。

4.11.2 主要施工方法

?漿液配比。采用強度等級不低于32.5的普通硅酸鹽水泥配制純水泥漿液，水灰比為1∶1。進漿比重不低于1.51g/cm3，返漿比重不低于1.2g/cm3。

?高噴施工參數。根據高噴鉆孔及噴灌過程判斷，鋼板樁圍堰某些區域地質條件復雜，砂卵礫石層埋藏深厚，受承壓水、地下動水及架空地層影響，部分孔段在噴灌過程中出現串漿、串風、埋鉆、卡鉆及塌孔等現象。為保證高噴施工質量，在施工中對參數進行了調整，見表2。

表2 主要施工參數

?高壓噴射灌漿施工。高噴灌漿采用“兩重管”法。

施工順序：單排孔分三序進行，按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的順序施工。雙排孔先施工背水側高噴孔，再施工迎水面孔。自孔底部自下而上噴射成墻，每相鄰孔間施工時段間隔不得小于48h。

過程控制：當噴管下入到設計深度后，啟動旋噴機，開始送風、送漿，邊旋轉邊提升，自下而上作業，直至設計終噴高程停噴。在旋噴中檢查高噴參數是否符合要求，并嚴格控制特殊過程的處理及參數控制。

封孔回填：高噴灌漿結束后，用冒漿漿液或膨脹砂漿在孔口注漿并搗實，至漿面不再析水下沉為止。用冒漿漿液回灌時，直接引排廢漿到待封孔的凹陷處，以利廢漿排放及持續回填待封孔。

4.12 背水側戧堤施工

戧堤可保證鋼板樁圍堰的安全，對鋼板樁圍堰起支撐作用，同時戧堤也是廠房基坑施工的主干道。戧堤施工在鋼板樁圍堰格體填筑完成后進行，以確保圍堰鋼板不向下游側發生位移和傾倒，避免破壞鋼板樁格體。

戧堤砂礫石料填筑采用進占法施工，當該部位填筑進占50m后，為了加快進度，靠近鋼板樁寬20m范圍內的砂礫石料同時跟進填筑，一次性填筑到設計高程。戧堤填筑到距左岸混凝土墻10m時，混凝土塊和砂礫石材料同時平行填筑，合攏龍口，封閉圍堰。戧堤填筑完成后，隨基坑排水水位降低，對戧堤上游面邊坡進行修整、護坡，形成1∶1.5邊坡。

5 圍堰施工采用的先進技術

?芯墻直腹式鋼板樁圍堰型式。利用高噴樁成墻、帷幕灌漿、鋼板樁樁板聯合構成防滲體系，創新地解決了25m的覆蓋層上高達36m的直腹式鋼板樁圍堰的抗滲穩定性問題。

?多功能水上施工平臺群研發。利用浮箱單元組成形式多樣、靈活機動的多功能水上施工平臺群，解決了平臺移動和定位，平臺上起吊、儲存及運輸型鋼、樁板和砂料等施工作業問題。

?53m高噴防滲墻成墻技術。采取措施解決了高噴灌漿的孔斜、塌孔、抱鉆等問題，根據地質條件調整高噴參數和工藝，保證單孔旋噴成樁相鄰樁體連接成墻。

?樁格填砂免振沖自密實工藝。根據填砂試驗結果，創新地采用填砂自密實工藝，代替填砂振沖密實工藝。節省工程成本，簡化施工程序，縮短工期。

?樁格填砂變形控制技術。利用填砂的初始位置和初始速度，控制樁格填砂變形，提高鋼板樁格體的形體質量。

6 結 語

塔貝拉四期擴建廠房下游的鋼板樁圍堰，從設計和施工均無可借鑒經驗，項目實施克服眾多施工技術難題，在較短時間內完成了鋼板樁圍堰的修建，目前該圍堰運行安全穩定，滲水量小，達到預期設計效果，取得較好的經濟效益和社會效益，可為類似水電站改擴建工程提供借鑒。