沿江筑岛施工围堰在钱塘江取水工程中的应用

2011-04-03郭洪林王夏勋关晓莉

浙江水利科技 2011年2期

郭洪林,王夏勋,关晓莉,唐佳

(浙江江南春建设集团有限公司,浙江杭州 311243)

1 工程概况

杭州市闲林水库枢纽大刀沙泵站工程,主要功能为提钱塘江水至珊瑚沙水库以抗咸潮。工程位于杭州市钱塘江北岸珊瑚沙水库上游约1000 m,装机4×1120 kW,设计流量26 m3/s,工程由取水建筑物、泵站建筑物和输水建筑物3部分组成。输水建筑物从钱塘江取水自流至泵站取水池,由副取水头部和取水自流管道组成,取水自流管道全长159.9m,为直径DN 3400 mm钢管,管壁厚度30 mm,管道采用顶管法施工。副取水头部采用8 m×8 m×12 m的钢筋混凝土结构,底部布置9根φ 1000 mm钻孔灌注桩基础。副取水头部伸入江心,距江滩边约45 m。

为满足顶管施工上部覆土厚度条件,同时兼顾副取水头部结构物施工,经方案设计优化,采用沿江筑岛法完成入江段顶管上部覆土施工及副取水头部结构施工平台。基础灌注桩由筑岛平台上完成,副取水头部钢筋混凝土结构在筑岛平台上整体浇筑完成,采用沉井冲沉法达到设计高程位置。根据顶管施工上部覆土要求,以及副取水口头部沉井结构施工和安全冲沉的需要,潮汛时水流对筑岛平台的影响,本着节约工程投资的目的,筑岛施工采用双层外围编织袋吹填土护边,中间土方填芯的方法构筑而成。筑岛平台区域上部顶面宽度36 m,长度52 m,江底底面宽度44 m,长度56 m。筑岛区内江底最深处标高为-5.0 m,平均江底标高-2.0 m,常水位为4.0 m,综合考虑筑岛平台区顶面标高为6.85 m,共需吹填土方约15000 m3。筑岛平台平面图及断面图见图1、2。

图1 沿江筑岛平面图

图2 沿江筑岛横向断面图

2 工程地质条件

根据地质勘探揭示,取水自流管道沿线地基表层为素填土,以下主要为:淤泥质粉质黏土、粉砂土、粉土、淤泥质粉质黏土层,管道基础以淤泥质粉质黏土和粉砂层为主,工程地质条件差。

3 施工程序

施工准备—施工放样—吹填土编织袋定位钢管打设、上部纵横向固定钢构件联接—吹填土编织袋施工—填芯土吹填。

4 工程施工方法及过程

4.1 施工准备

施工准备主要包括技术准备、物资准备和机械设备准备等方面工作。

(1)技术准备。因工程位于钱塘江内,属水中作业,首先要搜集有关钱塘江的水文、潮汛、气象等方面资料,根据工程施工期间内的最高潮位,确定筑岛平台区的顶面高程,合理安排侯潮施工的时间。对施工区域内的江底土质、地形、地貌和水深情况应了解清楚。根据上述资料信息结合以往钱塘江流域的实际施工经验和土方吹填的施工需要,初步确定该工程项目的实施方案。

(2)物资准备。包括吹填土料源、吹填土编织袋和定位、加固吹填土袋的钢管、槽钢及钢丝绳等材料:①根据工程总体规划,吹填土主要取自主体工程基坑开挖土方为主,不足部分就近从临近的饮水入城标段的内河开挖土方中取得。根据地质报告显示,土方以粉质黏土为主,以满足泥浆泵吹填用土的要求;②根据筑岛吹填土平台区结构设计和服务时间要求,吹填土编织袋采用200 g/m2的宽幅式,为使编织袋围堰的整体性稳固、减少连接,长宽尺寸采用50 m×6 m,要求编织袋采用高强尼龙线绳双道缝制,以满足对编织袋强度的要求;③钢管、槽钢及钢丝绳等材料根据图纸要求按施工计划用量进行备料,同时考虑一定的富余量以满足要求。编织袋定位钢管立柱采用φ 89钢管为主,根据实际长度需要,钢管立柱需进行纵向对接以满足要求,水面上部立柱采用[12槽钢进行纵横向联接加固。根据具体要求现场加工制作。

(3)机械设备等准备。需要200 t施工船1艘,0.4 m3小型挖机1台,电焊机4台,22 kW泥浆泵6台和相应的供水水泵及输泥管、接头、水枪头等配套机具。

4.2 施工放样

采用国产南方NT320全站仪进行测量放样,首先在岸上根据进水管线位置测出筑岛平台区的纵向轴线,水中的长度可根据轴线延长得到。将仪器架设在轴线上,分别按顺时针和逆时针方向旋转90°,在相应的方向上根据筑岛区宽度分别标出2个点,然后分别在2个点位上架设仪器,根据宽度方向线顺时针或逆时针旋转90°从而确定筑岛平台区的2条纵向边线方向线,长度沿方向线量取而得。

施工时高程测量采用水准仪根据水位进行水上和水下部分的测量控制。

4.3 定位钢管立柱和纵横向加强杆施工

(1)定位钢管制作。钢管采用φ 89规格,根据相应水深所需要的立柱长度进行焊接加长,为满足钢管的直线度和施工的平顺度,钢管加长采用承插口形式并进行焊接,即首先将自制的插口断焊在钢管的一端,然后插入焊接钢管的一端后并进行焊接,为加强钢管的整体刚度,接头处采用2条30 cm长φ 16圆钢帮条焊进行加强焊接。钢管端部焊接吊装环,以方便机械吊装打设及工程完工结束后的拔出工作。

(2)定位钢管打设。筑岛平台区吹填土编织袋加固立柱施工拟采用船载小型挖机进行打设。施工顺序上,平台纵向区域内由岸边向江内延伸,横向区域内由内到外施工。为便于船载挖机在船内行走并最大程度上保持船体在水中的平稳,船内装一定重量的沙土配重。首先将制作好的钢管运到船上,根据测量控制线,由挖机吊起钢管,根据预先确定的位置,由人工辅助确定好垂直度后,慢慢地自上而下插入水中直至江底土层,入土深度不小于1.5 m,入土时尽量垂直压入进入,不可左右摆动改变钢管垂直度。当遇到江底块石时可以适当移动位置以错开块石,但仍要保持同排立柱在同一直线上。

(3)纵横向加强杆施工。为加强平台区内整体立柱的刚度,立柱水面上部纵、横向采用型钢进行联接加固,纵横向联接型钢采用[12槽钢焊接加固,采用小船或自制浮筒平台操作完成,使立柱和纵横向加强杆组成吹填土编织袋的定位钢结构骨架,从而保证水下吹填土编织袋的位置准确。

4.4 定编织袋吹填土施工

钢管立柱上部的纵横向联接杆上面满铺毛竹脚手片作为施工平台道和架设输泥管之用。吹填土编织袋施工顺序按:由低到高,先横向后纵向,先外围后内部进行,同层的吹填土袋之间连接处要重合压牢,上下层编织袋要错位铺设吹填。最大程度上保证整体吹填土编织袋的稳固性。

(1)吹填土编织袋吹填前定位。根据钱塘江潮汛规律和施工经验,编织袋铺设应该在江水涨潮到最高位时(此时江水短暂处于静止状态)进行。编织袋采用铁丝与立柱绑扎定位,编织袋上预先设置好进泥口,根据水下吹填施工经验和吹填土编织袋的尺寸确定3 m左右留1个进泥口,采用钢管头带胶皮输泥管预留形式完成,同时根据水深预留足够的长度。

(2)编织袋内土方吹填。首次编织袋吹填最好在高潮位时完成编织袋底部定位泥土充填部分,这样能保证整条编织袋位置准确,厚度均匀,否则可能受水流影响而使编织袋位置和厚度产生偏移和偏差,从而影响整体编织袋的稳定性。每只编织袋水下吹填时,为尽量减少潮汛水流干扰,吹填土自编织袋一侧开始依次接入进泥管吹填,操作工人根据进泥强度和时间,用钢筋把水下吹填土编织袋上面戳破形成出水孔,使泥浆编织袋底部土方沉淀,上部清水溢出,以保证编织袋不被撑破,同时达到整个编织袋内土方密实饱满。平台区纵向编织袋的吹填应采用左右对称方式进行吹填完成。

(3)钢丝绳加固索施工。由于水中钢管竖直方向自由度较长,无法采用横向刚性加固,为满足编织袋充填土方后钢立柱在竖直方向保持最大的竖直度,满足筑岛平台的结构尺寸要求,采用钢丝绳软索进行加固。高度上每2层编织袋设置1层加固索,底部可进行加密,上部根据实际情况可减疏。采用φ 14钢丝绳,间距2 m设置,也可加密;上下层软索采用错开设置,尽量使每根立柱钢管都被加固。首先根据立柱宽度,截取钢丝绳长度,用U型卡卡牢套于立柱上的绳索套,利用自制工具沿立柱安设到位,为加强整个平台的稳定性,还可以采用不同排立柱乃至内外层编织袋间的立柱都可以采用这种方法加固。

4.5 填芯土吹填施工

整个筑岛平台吹填土方施工由外向内,先编织袋吹填土后填芯土方施工的顺序分层均匀上升进行。为了满足筑岛平台的整体性和稳定性要求,填芯土吹填施工与编织袋吹填交替进行。当吹填土编织袋一圈闭合后即可进行填芯土方吹填,由于填芯土方吹填是将泥浆直接吹填到由吹填土编织袋所围成的区域内,泥浆中的土方在底部沉淀,上部清水自然溢出。为尽量减少水质污染,高程上填芯土吹填至少滞后2个编织袋高度,同时可采用水下出泥口相对吹填的方式进行消能,加速土方沉淀。为满足以后筑岛区平台上部的沉井冲沉时周围渗透水流小的要求,同时要选用粘粒含量相对较多的土质,吹填均匀、平稳进行,工人在水面上的操作平台上利用探杆控制填芯土的高程和平整度,交替完成水下部分的土方吹填施工。

水面上部土方施工时,可采用人工加速固结的方法,同时进一步加强控制排水,排出的水要满足排放要求。为了满足抗风化要求,水面上部的编织袋可采用250 g/m2的规格。

整个筑岛平台施工1个月左右时间顺利完成,底部基础灌注桩和沉井预制和冲沉施工均按施工计划正常完成,为整个工程的紧迫工期赢得了时间,比照常规围堰法施工节约了4/5的资金,同时大大降低了工程风险和施工难度。