烏姆蓋萬(wàn)海水淡化工程土建部分技術(shù)研究

■ 中鐵十八局集團(tuán)有限公司天津國(guó)際工程分公司 馮彪

阿聯(lián)酋烏姆蓋萬(wàn)150MIDG海水淡化項(xiàng)目是全球TOP5海水淡化工程、“2036阿聯(lián)酋水安全戰(zhàn)略”的重要工程，旨在解決作為世界“水資源壓力極大”的阿聯(lián)酋居民飲水問(wèn)題。項(xiàng)目集海水淡化、蓄水、供水于一體，采用先進(jìn)的“膜法”海水淡化工藝，建成后日處理海水量能夠達(dá)到68萬(wàn)噸，每天可提供68.2萬(wàn)噸潔凈飲用水。本文分析了該項(xiàng)目土建部分建設(shè)重難點(diǎn)及施工質(zhì)量控制措施，對(duì)優(yōu)化建設(shè)方案、控制項(xiàng)目進(jìn)度及后期管道、設(shè)備的順利安裝具有重要意義，可為類似工程提供參考與借鑒。

1.工程概況

阿聯(lián)酋烏姆蓋萬(wàn)150MIGD海水淡化項(xiàng)目位于阿聯(lián)酋北部城市烏姆蓋萬(wàn)工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)，該工程直接面臨波斯灣海域，通過(guò)霍爾木茲海峽與阿曼灣和阿拉伯海相聯(lián)通，主要工程內(nèi)容包括新建一座烏姆蓋萬(wàn)150MIGD的海水淡化廠。工程占地面積161918m2，主要建筑包含3組海水過(guò)濾系統(tǒng)、1個(gè)取水泵房、2座電氣樓、3組設(shè)備車間、5個(gè)存水罐及若干水處理輔助設(shè)施。該工程屬于民生工程，提早交付使用可極大緩解當(dāng)?shù)鼐用裼盟o張現(xiàn)狀，工期十分緊張，尤其是留給土建施工的期限更是少之又少。同時(shí)該工程屬于工業(yè)性質(zhì)存水結(jié)構(gòu)施工，且鋼筋混凝土表面不進(jìn)行二次涂裝，對(duì)混凝土澆筑結(jié)構(gòu)的防水性能及完成面狀態(tài)要求極高。

2.工程重難點(diǎn)分析

2.1 淺水位、松散地質(zhì)條件下深基坑支護(hù)難度大

根據(jù)初步設(shè)計(jì)勘測(cè)報(bào)告顯示，工程現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)松軟，以中密細(xì)中砂為主，整體性差，地基土構(gòu)成如表1所示。

表1 初步勘察報(bào)告

項(xiàng)目場(chǎng)坪后的施工場(chǎng)地絕對(duì)高程為3.5m—4m，其中，屬節(jié)點(diǎn)控制性結(jié)構(gòu)物取水泵房的筏板基礎(chǔ)頂面絕對(duì)高程為—8m，開(kāi)挖深度接近12m，加上區(qū)域工作面狹小，地下水埋深4.5m，因此在筏板施工過(guò)程中，降水及開(kāi)挖支護(hù)的難度很大。

2.2 高溫差條件下對(duì)大體積混凝土澆筑工藝要求極高

阿聯(lián)酋屬于熱帶沙漠氣候，最高溫度可達(dá)到50℃，9月以后晝夜溫差逐漸加大，最高溫差可達(dá)到20℃。此外，該工程存在多個(gè)大型筏板基礎(chǔ)施工，如何保證在高溫及高溫差條件下對(duì)大體積混凝土進(jìn)行澆筑、控溫以防混凝土開(kāi)裂，是土建施工的一大難題。

3.采取的施工方案及質(zhì)量控制措施

3.1 取水泵房深基坑開(kāi)挖支護(hù)方案

如圖1所示，該取水泵房的結(jié)構(gòu)邊緣長(zhǎng)35.2m、寬21.1m、深度為13.3m，結(jié)合深挖區(qū)域場(chǎng)地狹小、地下水位高、軟弱地基作業(yè)、工期緊的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)一系列支護(hù)方案從經(jīng)濟(jì)性及安全性進(jìn)行對(duì)比，最終采用輕型井點(diǎn)降水（內(nèi)部6個(gè)直徑400mm管井和外部8個(gè)直徑400mm管井的內(nèi)外結(jié)合方式），內(nèi)外雙層設(shè)置拉森鋼板樁加內(nèi)部支撐的施工方案。

圖1 鋼板樁示意圖

（1）拉森鋼板樁的選用

采用AU 20型鋼板樁（b=750mm、h=444mm、t=12mm），內(nèi)排選用16m，外排選用12m長(zhǎng)度的鋼板樁。

（2）鋼板樁及內(nèi)撐施工

兩排鋼板樁間距6m，內(nèi)排鋼板樁樁長(zhǎng)16m，外排鋼板樁樁長(zhǎng)12m，兩排鋼板樁之間在—6m處用拉桿連接，西南側(cè)拉桿間距為1.0m，除西南側(cè)外拉桿間距為3m；在內(nèi)部—7m處設(shè)置圍檁和角撐，具體施工工藝流程如圖2所示。

圖2 施工工藝流程

為了縮短鋼板樁施工工期，現(xiàn)場(chǎng)采用單根樁打入法，先潛部泄土4m，使用90t履帶吊帶液壓振錘逐片插打逐漸糾偏直至合攏。內(nèi)排鋼板樁外露高度為1m，入土深度為15m，外排鋼板樁外露高度為1m，入土深度為11m，雙排鋼板樁防護(hù)周長(zhǎng)約為266m。

鋼板樁圍護(hù)共設(shè)置兩道圍檁，第一道在—6.0m處，圍檁采用2×300型鋼；第二道在—7.0m處，圍檁采用3×H610×305×149型鋼。在鋼板樁豎向放出圍檁安裝標(biāo)高位置，確保圍檁安裝在同一平面，拉桿采用430AT SAS螺桿拉住，鋼板樁圍護(hù)效果如圖3所示。

圖3 鋼板樁圍護(hù)效果圖

（3）拉桿、圍檁及鋼板樁拆除

圍檁、鋼板樁之間應(yīng)用電焊焊接牢固。把拉桿和角撐安裝完畢后才能進(jìn)行土方開(kāi)挖作業(yè)。泵房底板和—7.45m以下墻體澆筑完成并回填至—11.45m后，拆除—7.0m角撐和圍檁。在全部地下工程完成并回填后進(jìn)行板樁和拉桿拆除。板樁拆除及時(shí)清理出場(chǎng)地。

（4）基坑監(jiān)測(cè)監(jiān)控

結(jié)合改取水泵房基坑施工的具體情況，該基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括鋼板樁水平位移、鋼板樁（基坑周邊地表）豎向位移、基坑地下水位、周邊場(chǎng)地地表裂縫、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力及其他監(jiān)測(cè)。變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別設(shè)置在—6.0m和—8.0m，每個(gè)標(biāo)高處設(shè)置8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共16個(gè)；支撐及圍檁應(yīng)力觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置在—10.0m，共11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

根據(jù)已有的測(cè)量控制點(diǎn)，并建立起施工測(cè)量控制網(wǎng)。在基坑監(jiān)測(cè)中將測(cè)量控制點(diǎn)同時(shí)作為監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)。

鋼板樁水平位移監(jiān)測(cè)：建立好基坑監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)后，土方開(kāi)挖前使用全站儀測(cè)定每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的定位坐標(biāo)，并做好記錄；日常監(jiān)測(cè)主要是使用全站儀觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置是否出現(xiàn)絕對(duì)位移，并通過(guò)每邊的監(jiān)測(cè)點(diǎn)通長(zhǎng)拉線測(cè)定點(diǎn)與點(diǎn)之間的相對(duì)位移，并做好記錄。

鋼板樁（基坑周邊地表）豎向位移監(jiān)測(cè)：建立好基坑監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)后，土方開(kāi)挖前使用水準(zhǔn)儀測(cè)定每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程，并做好記錄；日常對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行高程控制，水準(zhǔn)儀測(cè)量，并做好記錄，以作為基坑周圍場(chǎng)地沉降分析依據(jù)；發(fā)現(xiàn)沉降超計(jì)算值時(shí)，及時(shí)查看基坑是否出現(xiàn)流砂及集水井水?dāng)y帶砂量是否過(guò)多。

基坑地下水位監(jiān)測(cè)：通過(guò)測(cè)定觀測(cè)井的水位標(biāo)高作為確定基坑地下水位標(biāo)高的依據(jù)，基坑地下水位監(jiān)測(cè)在土方開(kāi)始開(kāi)挖后進(jìn)行。日常監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)水準(zhǔn)儀測(cè)定觀測(cè)井頂標(biāo)高，再通過(guò)測(cè)量井頂至井內(nèi)水位的豎向距離，計(jì)算出地下水位標(biāo)高，并做好記錄。

周邊場(chǎng)地地表裂縫及其他監(jiān)測(cè)：此項(xiàng)監(jiān)測(cè)主要是在土方開(kāi)挖及基礎(chǔ)施工過(guò)程中進(jìn)行，安排專人日常巡查。巡查內(nèi)容包括周邊場(chǎng)地地表及邊坡是否出現(xiàn)裂縫、邊坡是否出現(xiàn)滲水、抽水是否正常、坡頂排水溝是否滲水、坑頂規(guī)定范圍內(nèi)是否有大堆載等，并做好記錄。發(fā)現(xiàn)滲水或流砂現(xiàn)象時(shí)馬上上報(bào)，并加強(qiáng)地下降水。

3.2 大體積混凝土澆筑施工控制措施

該項(xiàng)目存在多個(gè)大型筏板基礎(chǔ)，上接水池，混凝土表面無(wú)任何防水材料及二次涂裝，對(duì)澆筑混凝土完成面質(zhì)量要求極高。針對(duì)該工業(yè)項(xiàng)目對(duì)防水等級(jí)的特殊要求，結(jié)合阿聯(lián)酋當(dāng)?shù)貧夂驐l件，以該項(xiàng)目其中一個(gè)海水過(guò)濾系統(tǒng)DMGF3為例，實(shí)際采取控制措施如下：

一是澆筑前對(duì)混凝土原料及配合比進(jìn)行控制，提升其抗水能力及降低水化熱速率。該項(xiàng)目混凝土供應(yīng)均采用商品混凝土，通過(guò)提前協(xié)商，將該筏基基礎(chǔ)混凝土礦渣微粉（GGBS）含量調(diào)整到50%，以減少水泥用量，降低混凝土水化熱升溫速度。同時(shí)，選用高效緩凝減水劑，降低單位混凝土用水量，有利于推遲水化熱溫度峰值時(shí)間，使絕熱溫升曲線變緩，有效控制混凝土的早期裂縫。除了在調(diào)整混凝土配合比及選用適當(dāng)?shù)奶砑觿┩猓魷囟忍撸杉尤氡鶋K降低水溫，以保證混凝土入模溫度控制在30℃以內(nèi)。

二是優(yōu)化澆筑施工方案及施工工藝。該筏基結(jié)構(gòu)尺寸為75.8m＊55.5m＊1m，因整體性要求比較高，同時(shí)避免產(chǎn)生冷縫，采用分段分層連續(xù)澆筑的形式。現(xiàn)場(chǎng)采用6臺(tái)55m臂長(zhǎng)泵車同時(shí)泵送混凝土，從底層開(kāi)始，澆筑至12m后澆筑第二層，每層澆筑高度50cm，采用振搗棒進(jìn)行振搗，在振動(dòng)界限前對(duì)混凝土進(jìn)行二次振搗，排除混凝土因振搗不到位致使粗骨料、水平鋼筋下部形成空隙，增加混凝土密實(shí)度，防止因混凝土沉落而出現(xiàn)裂紋。同時(shí)在澆筑上層時(shí)，振搗棒要插入下層5cm—10cm處進(jìn)行振搗，以防形成施工冷縫。混凝土澆筑結(jié)束后要認(rèn)真處理表面，處理的基本方法是在混凝土澆筑完成后，先初步按設(shè)計(jì)標(biāo)高用長(zhǎng)刮杠刮平，在初凝前用電抹子收光，以防表面出現(xiàn)裂紋。

三是澆筑后養(yǎng)護(hù)到位并持續(xù)對(duì)大體積混凝土溫度進(jìn)行監(jiān)控。該筏基養(yǎng)護(hù)方法采取保溫及保濕同時(shí)進(jìn)行的養(yǎng)護(hù)方式，即混凝土完成澆筑10小時(shí)后，達(dá)到初凝條件即覆蓋單層濕潤(rùn)的麻袋片，上層覆蓋塑料薄膜，防止混凝土表面因脫水產(chǎn)生干縮裂縫，確保水泥順利水化。因項(xiàng)目工期緊張，結(jié)合當(dāng)?shù)厥┕ひ?guī)范，該筏基澆水濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)持續(xù)周期為14天。大體積混凝土溫度監(jiān)測(cè)是對(duì)水泥水化熱情況、內(nèi)外溫度差進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于阿聯(lián)酋晝夜溫差大，為精確掌握混凝土內(nèi)部溫差，使用布設(shè)的測(cè)溫導(dǎo)線進(jìn)行測(cè)溫，當(dāng)同一斷面不同高度內(nèi)部溫度相差、表面與外部溫差超過(guò)20℃，及時(shí)在混凝土表面加蓋雙層麻袋片，以防止混凝土的抗拉強(qiáng)度大于其平均總溫差所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，形成貫穿裂縫，同時(shí)也防止混凝土表面由于溫度散失快，發(fā)生溫度梯度現(xiàn)象，造成混凝土表面出現(xiàn)裂縫。

4.取得的成效

該工程從項(xiàng)目初期就由項(xiàng)目經(jīng)理牽頭，組織圖紙會(huì)審確認(rèn)圖紙與設(shè)計(jì)相符后，開(kāi)展施工前作技術(shù)交底，管理小組嚴(yán)控施工過(guò)程，保證每一步都符合設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。認(rèn)真做好標(biāo)高控制、軸線控制，確保符合當(dāng)?shù)噩F(xiàn)行的設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收等采用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求，各分項(xiàng)、分部工程施工質(zhì)量檢驗(yàn)合格率達(dá)到100%，單位工程一次驗(yàn)收合格率達(dá)到100%，主體工程施工進(jìn)度完全達(dá)到施工計(jì)劃要求，質(zhì)量“零缺陷”，無(wú)重大及以上質(zhì)量事故。

在土木工程建設(shè)過(guò)程中，深基坑支護(hù)技術(shù)是一項(xiàng)非常重要的建筑防護(hù)技術(shù)，混凝土質(zhì)量缺陷也一直是建筑工程中的通病，以上兩項(xiàng)不僅僅是文中所列項(xiàng)目的施工難點(diǎn)，在其他工程中也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，影響施工進(jìn)度的同時(shí)也會(huì)威脅到土建工程的整體質(zhì)量和安全。因此，企業(yè)要以建筑物用途作為質(zhì)量控制的方向，全面預(yù)判重、難點(diǎn)單項(xiàng)工程，做好可實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)，充分了解可能影響施工進(jìn)度的“攔路虎”，選擇合適的施工技術(shù)，細(xì)化每種技術(shù)的具體應(yīng)用和操作過(guò)程，提前做好方案策劃，才能有效地推進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)程。