塔贝拉钢板桩围堰拆除方案及实施过程

(中国水利水电第七工程局有限公司国际工程公司，成都，610213)

1 项目概况

塔贝拉水电站位于巴基斯坦首都伊斯兰堡西北方，本次扩建是将原用于灌溉的4号洞改建为引水发电洞，并在原4号洞出口区域扩建厂房，新增3台单机470MW的机组，改善电力供应。

塔贝拉四期扩建厂房位于现有电站尾水区，空间狭小，可供围堰布置的空间非常有限，一般的土石围堰基础面积过大，而选用格型钢板桩围堰可大大减少围堰占地和堰体体积，因此，本工程选用钢板桩格形围堰。受现场布局的限制，厂房施工围堰采用直腹式钢板桩样式。其位于电站尾水区，空间狭小，最大水深达32m，是目前国内外罕见的单侧挡水钢板桩格型围堰。钢板桩围堰堰顶长度206.87m，由5个主格及4个副格组成，主格直径23.70m，每个主格由148根直腹钢板桩及4跟连接桩组成。副格连接弧半径5.73m，连接弧由35根直腹钢板桩组成，与主格上连接桩连接。钢板桩格体内填砂，防渗采用高喷灌浆，背水侧填筑砂砾石戗堤，戗堤顶高程333m，顶宽30m，内侧坡比1∶2。迎水侧(外侧)底部抛填砾石土，作为护底。格体上部有1m砂砾石层。由于钢板桩围堰作为临时施工道路用，因此砾石层上部有回填料及道路路面混凝土。围堰平面布置和断面如图1、图2所示。

图1 钢板桩围堰平面布置

图2 钢板桩围堰断面

2 本项目钢板桩围堰拆除特点

本工程高直腹式钢板桩围堰主要包括了戗堤和钢板桩格体两大部分。围堰拆除具有如下特点：

(1)围堰位于电站尾水区，空间狭小，大型设备较难进入，与港口，码头钢板桩围堰可以采用大型船舶及大型机械设备进行拆除的情形不同；

(2)原有厂房和新建厂房都设计了无预警，自动开启喷水减压的泄压阀，在机组开机或其他特殊情况下，会瞬时喷水，威力大，而钢板桩围堰位于新建厂房和三期现有厂房泄压阀的泄水影响区域，在泄压情况下，施工平台和设备无法稳定运行，需频繁对平台及设备进行移除和再就位，对拆除施工产生很大影响；

(3)围堰左侧连接于现有厂房端墙，距离周围建筑物非常近，围堰拆除常采用的爆破设计和实施受到很大限制；

(4)由于采用灌浆防渗，形成的防渗墙深度大，且不规则，考虑到尾水最大水深达32m，防渗墙的拆除是关键；

(5)格内填砂和桩板锁口内多被胶凝材料填充固结，增加格内填料移除和钢板桩拆除的难度；

(6)围堰拆除时间有限，为最大限度降低对厂房发电的影响，仅白班有限时间作业，工期非常紧张。

3 围堰拆除方案比选

对于多数钢板桩格型围堰，一般格型内填充砂石，常以机械拆除法为主。围堰的钢板桩拔除采用振动拔桩机配以吊车起吊。而由于塔贝拉围堰拆除具有上述特点，对围堰拆除无法按照常规方法进行。

3.1 直接拔除钢板桩

在不挖除格体内填料的情况下，侧压力非常大，而且钢板桩在打桩期间由于基础不平整，存在漂石，岩石等，实际上钢板桩在下部会存在一定变形，另外钢板桩也会锈蚀，这都会导致锁扣力增加，而且高喷墙也会固结板桩，也就是说通过振动锤直接拔桩基本上无法实现。

3.2 先清除格体填料，再拔除钢板桩

格体内填料构成包括已填砂料，高喷灌浆，表层砂砾料等，其主要问题是高喷灌浆除形成防渗帷幕外，可能会将格体内其他砂料也形成板结。

如果是非板结砂料，仅是砂，可通过抽砂泵等进行抽排。而难度最大的是对高喷灌浆形成的板结料的挖除，高喷帷幕的强度约7MPa，需要通过破碎锤或水下爆破的方式，但是因为钢板桩深近30m，上部5m左右可通过长臂反铲等挖除，而下部常规设备就无法实施。一种思路是利用吊机配液压抓斗进行抓料，但前提是高喷墙已经被破拆为散料；另一种思路是绞吸式挖泥船设备，但是绞吸式有一个深度的限制，且造价高昂。考虑到围堰位于内河狭小区域，大型挖泥船无法进行，液压抓斗资源缺乏，该种格内填料挖除的方法无法有效实施。

这种情况下，也就意味着格内填料很难全部移除，导致通过移除格内填料，再运用大型拔桩设备进行拔除钢板桩的方案面临很大难度。

3.3 先清除格体部分填料，再水下切割

考虑到围堰的特点及上述可能拆除方式中面临的问题，经过与监理工程师反复沟通，对于将钢板桩围堰拆除到不影响尾水泄流的形象获得工程师的理解。

在这种情况下，进行格内部分填料的挖除，将钢板桩较为干净地暴露出来，从而进行水下切割，然后利用吊车提出从而达到移除的目的。

对于格内填料的挖除，考虑到现场特点，采用长臂反铲结合空气动力提升抽砂设备进行移除，操作简单便捷，易于安拆。

4 围堰拆除的实施

4.1 上游戗堤料和顶部回填料挖除

根据设计意见，在未平压的情况下，上游戗堤可拆除至327m高程，从而满足稳定的最小体型，两侧随钢板桩深度变化而渐变。

上游戗堤料挖除采用1.6m3反铲挖装，20t自卸汽车运输至2号渣场。

顶部原混凝土路面采用破碎锤破碎，1.6m3反铲挖装，20t自卸汽车运输至渣场。

4.2 端部缺口挖除

在尾水闸门及集水井水泵准备到位，并得到工程师的指令后，开始端部缺口的挖除。

端部缺口挖除采用1.6m3反铲挖装，20t自卸汽车运输至渣场。初始阶段需分层施工小断面逐步开挖，有效控制过流，平稳充水平压。在平压至334m高程后，稍微扩大缺口，但仍需控制过流量，检查尾水水位上升速度。

4.3 340.5m高程水面以上钢板桩部分拆除

340.5m高程以上钢板桩采用人工氧气乙炔切割，每10片左右为一组，切割后移动至格内，再通过吊车经自卸汽车运输到指定位置。

格内填料采用1.6m3反铲挖装，20t自卸汽车运输至渣场。

4.4 340.5m高程水面以下钢板桩部分拆除

4.4.1 格内填料挖除

此阶段拆除的主要施工程序如下：

通道及平台等准备→部分挖除格体内填料→水下切割钢板桩。施工顺序由1号格至5号格，由左至右进行，以便利用格内填料作为通道。

由于是由左至右进行，清淤施工主要通道在格体内。

水下切割施工平台通过组装现有浮箱进行。

格内高喷防渗墙采用全液压钻机钻孔，孔径1m，深度6m～9m不等，采用小药量爆破拆除，由于靠近厂房，单段装药量需控制，并获得工程师的同意。

格内砂料采用长臂反铲和气力提升清淤系统共同挖除。先由长臂反铲进行3m～5m左右砂料挖除，剩余5m以下深度范围内由气力提升抽砂系统实施。提升系统抽出的砂暂存至相邻格内，再由反铲挖装，自卸汽车运输至渣场。

气力提升抽砂系统是以压缩空气为工作介质，利用压缩空气产生的吸力差，将砂水混合物吸入排沙管来抽吸和压送移除，主要由空气压缩机，动力提升头和提升管，锚定系统，高压水泵构成。由于压缩空气被压入水下后会扩散上升，因此对于深水抽砂效果显著。

4.4.2 水下钢板桩切割

钢板桩单段切割先预留竖向靠顶部的部分作为固定用。由专业潜水员先完成水下竖向及底部水平向切割；最后再完成顶部预留部分切割；以便使其最终完全隔离。部分通过吊车直接吊出，部分通过浮箱平台拖拽至岸边再由吊车吊出。

考虑到吊车吊运问题，钢板桩切割以8～10片为一组，切割深度在12m左右。因钢板桩锁扣之间部分仍可滑动，为避免钢板桩在垂直起吊过程中掉落，将每组需要切割吊装的钢板桩顶部用钢丝绳相连。

4.4.3 钢板桩吊运

已切割钢板桩运输采用浮箱平台运输至岸边或左侧厂房端墙侧，再由吊车及卷扬机配合提出。每组钢板桩切割至仅剩余水面部分时，先由钢丝绳将钢板桩顶部的预留孔与浮箱连接，待确认连接牢固，再切割水面以上1.5m焊缝，切断后即可使用浮箱拖运。

5 结语

钢板桩拆除是围堰拆除施工的重要一项，其直接影响机组运行发电。在内陆河，大型设备不易进入的工程中，钢板桩围堰拆除是难点。常规格内填料挖除有液压抓斗，抽砂泵等。本项目通过采用气力式提升抽砂系统进行格内砂料移除，水下切割钢板桩移除的施工方式，创造了很好的社会和经济效益，为后续其他项目提供了新的思路。