逆作法在曹妃甸華潤(rùn)電廠二期工程取水箱涵施工中的應(yīng)用

◎ 任思光 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概述

曹妃甸華潤(rùn)電廠二期工程取水箱涵施工B標(biāo)段，設(shè)計(jì)箱涵地下埋深10m，采用地連墻結(jié)構(gòu)作為箱涵直立側(cè)壁，拱形板做箱涵頂板，底部設(shè)置支撐梁及底板。

地連墻平均高度23.235m，底標(biāo)高-29m，墻厚1.0m。地連墻底部沿水平方向每隔4m設(shè)1道鋼筋混凝土支撐梁（斷面b×h=1.0×1.0m）。拱形現(xiàn)澆鋼筋混凝土頂板拱凈高1.5m，板厚1.0m，箱涵設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)斷面圖見圖1。

2.逆作法應(yīng)用的提出

取排水箱涵、地下綜合管廊等施工一般采用明挖法。但是，對(duì)于地下空間開發(fā)難度較大的工程，明挖法不再滿足工程的要求。將逆作法應(yīng)用于取排水箱涵、綜合管廊的施工能解決實(shí)際工程問題，合理的施工方法能保證工程的安全。

本標(biāo)段取水箱涵需要在地連墻施工完成后進(jìn)行深基坑開挖，其中下穿唐曹路和華潤(rùn)電廠鐵路兩個(gè)施工段，均需在公路和鐵路拆除后施工，但考慮到目前公路和鐵路均為正運(yùn)營(yíng)設(shè)施，斷路工期越短，華潤(rùn)電廠的煤炭、曹港集團(tuán)的疏港貨物運(yùn)輸成本就越低，政府和業(yè)主也要求盡早恢復(fù)通車。

因此經(jīng)過方案對(duì)比，在此提出了借鑒逆作法進(jìn)行下穿兩路段箱涵施工的想法，即地連墻施工完成后，先開挖施工箱涵頂板，待頂板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再同步進(jìn)行箱涵內(nèi)部和頂部構(gòu)筑物恢復(fù)施工，如此可大大縮短上部結(jié)構(gòu)施工周期，實(shí)現(xiàn)兩路早日恢復(fù)運(yùn)營(yíng)。

3.取水箱涵的逆作法施工工藝

3.1 主要施工工藝流程

地連墻施工→頂板以上部分土方開挖及土釘噴錨→拱形頂板施工→箱涵內(nèi)及頂板上部結(jié)構(gòu)同步施工（箱涵內(nèi)土方開挖→支撐梁→底板施工，頂板上部土方回填碾壓→兩路恢復(fù)）

3.2 地連墻施工

本工程地連墻共114段，槽深34.5m，空槽部分深10.7m，采用液壓抓斗成槽，人工后臺(tái)焊接鋼筋籠，成槽后由兩臺(tái)150t履帶吊起吊鋼筋籠，起吊后由主吊吊裝安放至設(shè)計(jì)位置，混凝土澆筑采用可升降式澆筑架澆筑。施工中通過一些細(xì)節(jié)處理保證了混凝土實(shí)體質(zhì)量，具體如下。

3.2.1 防塌槽措施

地連墻施工之前在導(dǎo)墻外側(cè)打設(shè)降水井降低成槽部位的地下水位，減少成槽過程中兩側(cè)土壓力，防止塌槽。并在兩側(cè)滿鋪30mm厚鋼板，使成槽設(shè)備及吊車在施工時(shí)對(duì)兩側(cè)地基形成均勻的面荷載，避免局部荷載過大導(dǎo)致塌槽。

由于地連墻上部為10.7m空槽，為防止?jié)仓笤摬糠忠蜷L(zhǎng)時(shí)間擱置而塌槽，且不影響后續(xù)槽段施工，采取插入特制型鋼進(jìn)行空槽部分防護(hù)。型鋼長(zhǎng)度較空槽深度富裕1.3m（即12m），寬度為導(dǎo)墻寬度1.2m，厚度40cm。施工時(shí)將型鋼吊放至已澆筑地連墻空槽部位兩側(cè)，依靠在鋼筋籠吊筋位置，之后對(duì)空槽進(jìn)行回填。

3.2.2 可視化驗(yàn)槽

每段地連墻成槽后，均使用KODEN-DM604測(cè)槽儀進(jìn)行測(cè)槽，形成可視化的圖像留存，通過測(cè)槽儀測(cè)出的圖像來判斷地連墻成槽效果，若垂直度或槽深不符合要求，立即安排抓斗進(jìn)行修槽，若檢測(cè)結(jié)果顯示槽壁坍塌嚴(yán)重，則進(jìn)行回填處理。3.2.3 地連墻接頭刷壁處理

地連墻相鄰單元槽段順序施工時(shí)會(huì)形成連接縫，為保證在連接縫位置，后期澆筑的混凝土和前期澆筑的混凝土較好的結(jié)合，避免漏水，增加墻體的整體性，在后續(xù)槽段成槽結(jié)束后需對(duì)前一個(gè)槽段混凝土表面進(jìn)行刷壁處理，清除附著在混凝土表面的土體和槽段內(nèi)護(hù)壁泥漿形成的泥皮，以保證相鄰槽段混凝土的有效接觸，增加地連墻墻體的整體性。

圖2刷壁器是萬向型刷壁器，可以將接縫處各個(gè)方向的沉渣和泥皮刷掉，每次刷壁器下放前必須將其上的泥皮沖洗干凈，以便確定最終刷壁效果。

3.3 頂板以上土方開挖及土釘噴錨

3.3.1 基坑開挖支護(hù)方案

頂板以上開挖深度9.8～10.3m，開挖邊坡采用土釘墻支護(hù)，采取二級(jí)放坡形式，坡比均為1：1，在深度5.0m處預(yù)留平臺(tái)寬度2.0m，共設(shè)計(jì)7排土釘，自上而下長(zhǎng)度分別為：2道6.0m、4道18.0m，臨近一期取水箱涵一側(cè)第4道和第5道縮短為12.0m。每道土釘水平間距為1.5m，豎直間距為1.5m，第一排位于自然地面下1.5m，土釘主筋均采用Φ25的III級(jí)螺紋鋼筋。

基坑坡面采用Φ8@200×200鋼筋網(wǎng)，各排土釘主筋外加橫向壓筋Φ18，并與主筋端頭相連，土釘墻面層噴射混凝土厚度80mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，坡頂泛水面寬度2.0m。

在基坑中部設(shè)置Φ300疏干降水井（預(yù)制無砂混凝土管），降水井深度25m，間距12m；基坑兩側(cè)設(shè)置Φ400降水井（預(yù)制無砂混凝土管），降水井深度25m，間距7m，降水深度可至少低于開挖面以下1.0m。

3.3.2 基坑開挖及土釘噴錨施工

取水箱涵基坑開挖采用PC220反鏟開挖、20t自卸汽車運(yùn)土。土釘墻噴錨由上而下邊開挖邊分段施工，分層開挖、分層穩(wěn)定、坡腳預(yù)加固，采用先錨后噴工藝。

噴射混凝土2小時(shí)后，采取灑淡水覆蓋土工布養(yǎng)護(hù)7天。每層土釘噴錨養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后，方可進(jìn)行下一層土方開挖，以確保基坑邊坡土體穩(wěn)定。

3.4 高壓旋噴樁施工

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙（如圖3），地連墻連接處，為防止接頭處漏沙、涌水，在每個(gè)接頭處設(shè)8根長(zhǎng)8m直徑400mm的高壓旋噴樁，雙排布置。待土方大開挖至地連墻頂標(biāo)高后開始施工高壓旋噴樁。

3.5 拱形頂板施工

3.5.1 拱形頂板施工工藝

本工程頂板全長(zhǎng)324m，頂板厚1m，上弧長(zhǎng)13.21m，下弧長(zhǎng)10.96m。兩側(cè)冠梁高1.3m，寬1.2m。頂板與冠梁及地連墻連接（地連墻兼做結(jié)構(gòu)側(cè)壁），形成拱頂直墻結(jié)構(gòu)，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C45W10，配合比編號(hào)Cm2017-0054。

為保證箱涵整體受力，冠梁與頂板同時(shí)澆筑。在施工之前進(jìn)行地連墻樁頭鑿除，測(cè)量放線，人工采用手提鋸切縫后風(fēng)鎬鑿除。

拱形頂板施工前，綁扎冠梁鋼筋，隨后支立冠梁內(nèi)側(cè)模板，再將兩側(cè)冠梁間的原狀土整平成設(shè)計(jì)拱形并夯實(shí)，采用電動(dòng)平板夯夯實(shí)后澆筑拱形頂板底胎膜，鋪設(shè)一層塑料布+一層原紙后綁扎頂板鋼筋，人工支立模板后采用56m泵車澆筑混凝土，鋼筋及模板采用70t汽車吊吊運(yùn)至基坑內(nèi)。

3.5.2 主要控制點(diǎn)

考慮到拱形頂板鋼筋為Φ32的III級(jí)螺紋鋼筋，間距80mm，為保證拱形頂板混凝土強(qiáng)度，與設(shè)計(jì)溝通，鋼筋間距每5根調(diào)整為100mm，鋼筋凈距68mm，該處作為振搗棒振搗位置并在模板頂口做好標(biāo)記，施工時(shí)要重點(diǎn)進(jìn)行混凝土振搗質(zhì)量控制，以保證頂板混凝土密實(shí)。

混凝土澆筑時(shí)預(yù)留3組同條件試塊，待混凝土澆筑后放置在拱形頂板上，做好養(yǎng)護(hù)，公路段頂板采取覆蓋土工布灑淡水養(yǎng)護(hù)，鐵路段頂板采取覆蓋塑料布+棉被保溫養(yǎng)護(hù)，并做好3d、7d、14d的同條件試塊強(qiáng)度檢測(cè)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1，分析其強(qiáng)度增長(zhǎng)情況，為箱涵內(nèi)部土方開挖時(shí)間提供依據(jù)。

通過表1可看出，拱形頂板在7d后即可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，具備后續(xù)頂部回填及內(nèi)部開挖條件。

3.6 土方回填及上部結(jié)構(gòu)恢復(fù)

3.6.1 土方回填施工

取水箱涵頂板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行頂部土方回填及碾壓施工，采用PC220反鏟裝車，20t自卸汽車運(yùn)輸至基坑邊，反鏟配合TY160型推土機(jī)每30cm分層推平，20t壓路機(jī)振動(dòng)碾壓密實(shí)，壓實(shí)度達(dá)到95%。

3.6.2 上部結(jié)構(gòu)恢復(fù)

唐曹路段，在土方回填完成后進(jìn)行公路兩側(cè)管網(wǎng)恢復(fù)施工，再分層鋪設(shè)80cm山皮石，碾壓密實(shí)后進(jìn)行公路路面結(jié)構(gòu)層施工。

華潤(rùn)電廠鐵路段，土方回填完成后交付鐵路恢復(fù)單位按設(shè)計(jì)要求恢復(fù)線路。

3.7 箱涵內(nèi)土方開挖施工

待箱涵頂板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%后，進(jìn)行箱涵內(nèi)土方開挖，開挖時(shí)將拱形頂板混凝土底胎膜一同挖除，由于采用塑料布+原紙隔開，比較容易挖除。考慮到箱涵凈空高度6.5m，寬度10.4m，采用1臺(tái)PC120小型反鏟進(jìn)行開挖，20t自卸汽車運(yùn)輸。

3.8 支撐梁及底板施工

箱涵內(nèi)土方開挖貫通后，開始進(jìn)行支撐梁及底板施工，支撐梁施工順序與開挖順序相反，倒退施工。

3.8.1 支撐梁施工

支撐梁施工前，先人工采用風(fēng)鎬將地連墻預(yù)留的接駁器鑿出，并清理干凈，澆筑砼墊層后，進(jìn)行鋼筋綁扎、模板支立和混凝土澆筑。支撐梁鋼筋一分為二，接頭采用搭接焊，模板采用竹膠板+木方、頂口及底口對(duì)拉工藝。鋼筋、模板均采用裝載機(jī)倒運(yùn)至箱涵內(nèi)，人工卸料，混凝土采用地泵澆筑，泵管長(zhǎng)度150m。

3.8.2 底板施工

支撐梁間為箱涵底板，結(jié)構(gòu)自下而上依次為40cm回填土+500g/m2土工布一層+10cm碎石墊層+10cm厚C20混凝土墊層+40cm厚C45鋼筋混凝土底板。

底板施工順序與支撐梁施工順序一致，待支撐梁全部澆筑完成后，在梁間回填土，鋪設(shè)2cm厚鋼板形成施工通道，然后依次倒退施工，直至成型。

4.逆作法工藝與明挖法施工比較

4.1 工期對(duì)比

取水箱涵B標(biāo)段下穿唐曹路段（144米）自2017年5月20日斷交開始導(dǎo)墻換填施工，至9月20日恢復(fù)通車，歷時(shí)124日歷天，比原區(qū)政府批復(fù)明挖法方案的5個(gè)月工期提前26天恢復(fù)通車，向區(qū)政府交了一份滿意的答卷，為企業(yè)贏得社會(huì)效益。

表1 拱形頂板同條件試塊強(qiáng)度明細(xì)表

取水箱涵B標(biāo)段過鐵路段（102米）參照唐曹路段施工經(jīng)驗(yàn)，采用逆作法施工，計(jì)劃80天交付鐵路恢復(fù)單位。施工時(shí)積極組織勞動(dòng)力及優(yōu)化施工工序，自2017年9月11日開挖至11月16日土方回填完成，歷時(shí)66天，在保證安全和質(zhì)量的前提下，比計(jì)劃提前14天交付中鐵建工進(jìn)行路軌的恢復(fù)工作，使業(yè)主鐵路恢復(fù)運(yùn)營(yíng)的節(jié)點(diǎn)得以提前實(shí)現(xiàn)，贏得了業(yè)主的高度信任和認(rèn)可。由此可見，逆作法通過上下同步施工，可以大大縮短工期，體現(xiàn)了強(qiáng)有力的優(yōu)勢(shì)。

4.2 安全性對(duì)比

明挖法搭設(shè)滿堂腳手架做模板支撐體系，屬于超過一定規(guī)模的危險(xiǎn)性較大分項(xiàng)，涉及高空作業(yè)和模板支撐體系，安全風(fēng)險(xiǎn)大。施工過程中安全監(jiān)督和過程驗(yàn)收要求嚴(yán)格。

逆作法施工主要做好箱涵內(nèi)通風(fēng)和照明措施，安全風(fēng)險(xiǎn)低。

4.3 成本對(duì)比

明挖法搭設(shè)滿堂腳手架做模板支撐體系，由于腳手架開始搭設(shè)至拆除完成周期長(zhǎng)，需租賃大量腳手架，采購大量木方、竹膠板等，搭設(shè)及拆除腳手架工序費(fèi)用，經(jīng)測(cè)算頂板混凝土澆筑（含模板）綜合施工單價(jià)310元/方。

逆作法施工，省去了腳手架、木方、竹膠板等材料費(fèi)用，同時(shí)節(jié)省了模板支撐體系的施工費(fèi)，根據(jù)實(shí)際施工投入測(cè)算，頂板混凝土澆筑綜合施工單價(jià)201元/方。

公路段及鐵路段頂板方量共計(jì)3100方，節(jié)省成本33.79萬元。

同時(shí)，公路段及鐵路段的提前恢復(fù)運(yùn)營(yíng)，為曹妃甸通用碼頭、京唐首鋼、華潤(rùn)電廠等沿線單位疏港節(jié)省了大筆的運(yùn)費(fèi)，為業(yè)主創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

通過逆作法與明挖法在工期、安全及成本三個(gè)方面的對(duì)比，可以看出逆作法的優(yōu)勢(shì)是全方位的，說明華潤(rùn)電廠二期工程取水箱涵施工B標(biāo)段引入的很成功。

5.結(jié)束語

逆作法成功地引入到華潤(rùn)電廠二期工程取水箱涵施工B標(biāo)段上，體現(xiàn)出以下優(yōu)勢(shì)：（1）快速恢復(fù)交通，對(duì)周圍環(huán)境影響降到較低水平。（2）解決了工期緊張問題，有效縮短工期。（3）降低安全風(fēng)險(xiǎn)，減少明挖法高空作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)。（4）減少大量模板腳手架投入，節(jié)約成本。（5）同時(shí)節(jié)材、節(jié)地，完全符合綠色施工理念。

逆作法在華潤(rùn)電廠二期工程取水箱涵施工B標(biāo)段的成功應(yīng)用，為今后類似地下大型箱涵的設(shè)計(jì)及施工提供了很好的參考價(jià)值。