金沙江下游鋼結(jié)構(gòu)擋水墻施工技術(shù)研究

彭建軍

摘 要：布置于深水急流河床內(nèi)的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行水下安裝時(shí)，一般需要采用丁壩或者順壩進(jìn)行水流整治以降低流速，為水下作業(yè)創(chuàng)造條件。文章介紹了由中鐵五局承建的宜賓市普安水廠項(xiàng)目，其取水頭的取水口位于距岸邊80 m、水深9 m、最高流速達(dá)6 m/s的金沙江中，為加快施工進(jìn)度、減少對(duì)生態(tài)環(huán)境影響，在施工方案深化階段，摒棄了土石材料修筑丁壩的傳統(tǒng)作法，創(chuàng)新采用了鋼結(jié)構(gòu)擋水墻作為丁壩，并順利實(shí)施，為深水急流河床內(nèi)取水設(shè)施水下作業(yè)創(chuàng)造了條件，為類似工程提供有益參考。

關(guān)鍵詞：金沙江;安全防護(hù);鋼結(jié)構(gòu)擋水墻

中圖分類號(hào)：TV52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2022）04-0013-03

0 引言

金沙江江畔普安水廠位于宜賓市敘州區(qū)普安鎮(zhèn)，是一座總規(guī)模30萬(wàn)m3/d的大型水廠，項(xiàng)目位于四川省宜賓市Q21縣道與金沙江之間的周壩村，項(xiàng)目占地約148.48畝（98 898 m2），設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為20 m3/d×104? m3/d。項(xiàng)目主要工程內(nèi)容包括取水頭、引水管、取水泵房、凈水廠及配套管網(wǎng)工程，總工期14個(gè)月，根據(jù)設(shè)計(jì)文件，取水頭及取水頭至K0+060段引水管安裝采用水下作業(yè)方式進(jìn)行。創(chuàng)造性的采用了雙排鋼管桁架單壁擋水板的結(jié)構(gòu)，降低了取水頭與引水管水下施工區(qū)域流速，減少了急流河床內(nèi)水流對(duì)安裝作業(yè)的沖擊沖刷影響。

1 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

①鋼結(jié)構(gòu)擋水墻采用鋼桁架+鋼面板型式，結(jié)構(gòu)輕巧，占用空間小，布置靈活，對(duì)周邊環(huán)境影響小，且使用的材料能回收利用，材料消耗少，對(duì)環(huán)境污染小。

②鋼桁架和鋼面板分步實(shí)施，在水中拼裝，利用水流沖擊荷載維持組合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆除方便。

③鋼桁架上下弦桿采用內(nèi)外柱組合型式，內(nèi)柱通長(zhǎng)設(shè)置并下錨上拉，外柱分段與腹桿制作成桁架，施工時(shí)無(wú)需大型設(shè)備，從而施工方便、快捷、安全，能有效節(jié)省施工工期。

④鋼桁架上下弦桿內(nèi)柱分階段施工，消除因內(nèi)柱施工誤差而導(dǎo)致桁架拼裝困難的隱患，降低施工難度。

2 施工技術(shù)

作者帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)通過(guò)驗(yàn)證摸索出了一種金沙江下游深水急流河床內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)擋水墻施工技術(shù)，其核心是一種深水急流河床內(nèi)的擋水防護(hù)結(jié)構(gòu)，是在山區(qū)深水急流河床內(nèi)施工嵌巖鋼管支撐樁，組合成雙排鋼管桁架單壁擋水板的結(jié)構(gòu)，迎水面急速水流的沖擊力通過(guò)擋水鋼板進(jìn)行抗力分解，下部通過(guò)嵌巖的支撐樁將抗力傳遞至基巖，上部通過(guò)鋼絲繩將沖擊力拉錨到地錨上。以達(dá)到為下游水中構(gòu)筑物提供一個(gè)安全穩(wěn)定的水下施工環(huán)境。消除了急流對(duì)于水中施工的沖刷、沖擊造成的安全隱患。同時(shí)也解決了原設(shè)計(jì)中施作丁壩或順壩的困難，再國(guó)家環(huán)保、水保、資源配置和使用上均有利于工程實(shí)體。

2.1 施工流程

施工準(zhǔn)備→河床清理→支撐樁鉆孔及安裝→擋水桁架安裝→平聯(lián)安裝→擋水板安裝→取水頭、引水管施工→擋水墻拆除。

2.2 施工方法

2.2.1 施工準(zhǔn)備

①根據(jù)工程數(shù)量，安排型鋼、鋼管等原材料的采購(gòu)和型鋼加工廠建設(shè)。

②熟悉施工流程及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，安裝操作規(guī)程，并進(jìn)行安全培訓(xùn)和施工操作規(guī)程培訓(xùn)。

③對(duì)擬定取水頭位置上、下游100 m范圍內(nèi)進(jìn)行水下地形測(cè)量，獲取河床砂礫石覆蓋面積、厚度、地形坡度，地層層厚分布等數(shù)據(jù)。

④檢查施工機(jī)具，機(jī)械設(shè)備配備，小型機(jī)具、船舶是否到位，所有設(shè)備性能需達(dá)標(biāo)，且能保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

⑤與航道管理主管部門（如海事局）取得支持聯(lián)系，按照行業(yè)規(guī)定簽訂相關(guān)安全協(xié)議，派遣交通船值守，設(shè)置航標(biāo)船防護(hù)等措施。

⑥河床清理：水下施工前，采用挖泥船對(duì)河床卵石和漂石等水下障礙物進(jìn)行清理，否則鉆孔時(shí)無(wú)法成孔，亦或成孔后難以達(dá)到成樁。

2.2.2 上游側(cè)支撐樁（桁架弦桿內(nèi)柱）施工

①上游側(cè)支撐樁鉆孔前，在打樁船上焊接固定間距的鉆機(jī)平臺(tái)，然后采用液壓鉆機(jī)在測(cè)設(shè)的點(diǎn)位施工鋼管支撐樁，鉆孔采用“三管兩鉆”法跟管鉆進(jìn)，鉆機(jī)鉆頭為偏心鉆。

②鉆孔方法：“三管兩鉆”法跟管鉆進(jìn)，鉆機(jī)鉆頭為偏心鉆。操作過(guò)程是：船舶定位，先下導(dǎo)向管，再放下套管→根據(jù)巖石表面情況，如果比較破碎，則先對(duì)套管進(jìn)行合金鉆進(jìn)（偏心鉆頭，通過(guò)承壓旋轉(zhuǎn)鉆頭將稍微擴(kuò)大，以利于套管跟進(jìn)）→合金鉆進(jìn)至完整基巖后，提起有關(guān)鉆具→下鉆桿進(jìn)行沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)底標(biāo)高→量孔深，如不夠深，則重復(fù)上述步驟，如圖1所示。

③支撐樁采用圓形的無(wú)縫鋼管，內(nèi)徑不小于16.8 cm，壁厚不小于1 cm;采用絲扣接長(zhǎng)，車絲長(zhǎng)度不小于10 cm，絲扣宜在2.3～2.8 mm/絲之間;采用標(biāo)準(zhǔn)型內(nèi)車絲套管進(jìn)行接長(zhǎng);支撐樁入巖深度應(yīng)根據(jù)水深、流速確定，深入基巖中不宜小于2 m，支撐樁的管壁應(yīng)與基巖嵌固緊密。

2.2.3 擋水桁架分節(jié)安裝

①擋水桁架安裝分為岸上按榀加工與水面船舶吊裝拼接兩部分，岸上加工，水面兜接避免了水下焊接。

②擋水桁架為貝雷梁式桁架結(jié)構(gòu)，由弦桿（即外柱）、直腹桿、斜腹桿和筋板焊接而成，擋水桁架上下弦桿的外柱內(nèi)徑應(yīng)與內(nèi)柱外徑配套（大0.5～1 cm），桁架高度1.5 m，按長(zhǎng)度不大于3 m進(jìn)行分段，減少安裝過(guò)程中對(duì)內(nèi)外柱平直度的要求，如圖2所示。324E6EBE-7361-4F1F-9753-56761C0697B4

③根據(jù)桁架安裝位置處河床清理后的水深確定桁架分段制作方案，工廠定制后采用小型浮吊吊運(yùn)至安裝位置，人工配合下將弦桿（外柱）套住支撐樁（內(nèi)柱），然后利用桁架節(jié)段自重下沉到位，桁架平面位置在水流作用下自動(dòng)調(diào)整至平行水流方向。底節(jié)桁架安裝完成后，順序安裝上部各節(jié)桁架。

2.2.4 下游側(cè)支撐樁（桁架弦桿內(nèi)柱）施工

①下游側(cè)支撐樁鉆孔時(shí)，首先調(diào)整好已安裝桁架的下游側(cè)弦桿，使其各節(jié)完全對(duì)齊，再在弦桿內(nèi)穿入套管，然后利用上游側(cè)支撐樁施工時(shí)的機(jī)械設(shè)備，采用相同的施工方法進(jìn)行鉆孔錨固。

②下游側(cè)支撐樁錨固完成后，在內(nèi)外柱內(nèi)灌入M30水泥砂漿，將內(nèi)外柱間縫隙填充密實(shí)。

2.2.5 平聯(lián)安裝和地錨施工

①平聯(lián)安裝于擋水桁架頂部，處于水面以上，直接按設(shè)計(jì)位置進(jìn)行焊接連接。

②地錨將承受的水中鋼結(jié)構(gòu)擋水墻頂部傳遞過(guò)來(lái)的水平力，設(shè)置8根嵌巖支撐樁和12 m×8 m×1.5 m鋼筋混凝土承臺(tái)，頂部設(shè)置3～4個(gè)錨樁利于捆綁鋼絲繩。擋水墻平面布置示意圖如下圖3。

2.2.6 擋水鋼面板安裝

鋼面板長(zhǎng)度一般為2.5 m（較桁架間距大0.5 m），高度2 m，一端預(yù)先焊接與鋼桁架弦桿配套的U型鋼件。擋水鋼面板安裝前，先檢查驗(yàn)收平聯(lián)（含拉錨受力橫梁）的焊接加固情況，以及鋼面板安裝處兩側(cè)的拉錨情況，然后從擋水墻的一端往另一端逐孔順序安裝鋼面板。

①第一孔鋼面板安裝時(shí)，利用浮吊吊起鋼面板，外側(cè)靠近拉錨錨鏈，內(nèi)側(cè)將U型鋼件套住鋼桁架弦桿，利用鋼面板自重（河床中心位置時(shí)增加配重）將第一塊鋼面板下沉到河床面，然后逐塊安裝直至鋼面板頂露出水面。

②按第一孔鋼面板安裝方法進(jìn)行后續(xù)各孔鋼面板安裝，鋼板加長(zhǎng)部分與前一孔進(jìn)行搭接。當(dāng)完成安裝的孔跨內(nèi)設(shè)置有拉錨時(shí)，先安裝錨錨鏈，然后拆除設(shè)置的過(guò)渡拉錨錨鏈，安裝至后一個(gè)過(guò)渡拉錨錨鏈位置處，再進(jìn)行后續(xù)孔跨鋼面板安裝，如圖4—7所示。

2.2.7 擋水墻拆除

隨著工程項(xiàng)目進(jìn)展，待主體完工后，需進(jìn)行河面河床工完料清，鋼結(jié)構(gòu)擋水墻應(yīng)當(dāng)拆除，應(yīng)當(dāng)遵循以下步驟：

①鋼結(jié)構(gòu)擋水墻先拆除鋼面板，按照安裝的反向順序拆除。

②單孔鋼面板拆除前，首先由潛水員從背水面下水，將每塊鋼面板穿上兩根吊索，然后一根吊索綁在浮吊上，另一根吊索掛在拖船上，由拖船將鋼面板拖離桁架，并在水流作用下旋轉(zhuǎn)方向后，采用浮吊吊起。

③鋼面板拆除后，即可采用拖船配合人工拆除拉錨錨鏈。

④鋼桁架采用潛水員下水切割后浮吊吊起方式拆除。

3 技術(shù)進(jìn)步性

該技術(shù)特別針對(duì)山區(qū)深水急流河床內(nèi)自來(lái)水廠取水頭、引水管水流降速施工安全防護(hù)，具有施工速度快，符合高環(huán)保要求，最大限度的降低了材料、機(jī)械費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)，避免了資源的浪費(fèi)，有利于項(xiàng)目成本控制及避免了經(jīng)濟(jì)效益的流失。本技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)將在山區(qū)深水急流河床中的自來(lái)水廠建設(shè)中逐步得到推廣。

4 結(jié)語(yǔ)

由我公司承建的宜賓市普安水廠采用本技術(shù)，項(xiàng)目于2017年10月開(kāi)工、預(yù)計(jì)2019年1月30日竣工，其中水中作業(yè)時(shí)段為2017年10月至2018年6月，在河底地質(zhì)情況較為復(fù)雜（為：1.8 m厚卵石，1 m厚強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，其下為中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖），距離岸邊80 m、水深9 m、流速6 m/s的金沙江中，于取水頭及引水管布置位置的8.52 m上游布置了一道雙排鋼管桁架單壁擋水板結(jié)構(gòu)，解決了水頭水下作業(yè)安全防護(hù)難的問(wèn)題，消除了急流對(duì)于水中施工的沖刷、沖擊造成的安全隱患。同時(shí)也解決了原設(shè)計(jì)中施作丁壩或順壩的困難。創(chuàng)新提出采用鋼結(jié)構(gòu)擋水墻丁壩作為水流調(diào)整措施，作為水下作業(yè)專項(xiàng)方案的一部分進(jìn)行專家評(píng)審時(shí)，得到了在座專家的一致認(rèn)可，并經(jīng)過(guò)精心組織，鋼結(jié)構(gòu)擋水墻得到順利實(shí)施，并達(dá)到了預(yù)期效果，受到了業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位的一致好評(píng)。也為以后類似工程的施工提供了一個(gè)思路和參考。324E6EBE-7361-4F1F-9753-56761C0697B4