跨文教河渡槽基礎(chǔ)圍堰方案比較研究

梁金池

(福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362000)

1 工程概況

本文以紅嶺水利灌區(qū)跨文教河為背景展開(kāi)探討，其河寬200 m，最深處為5 m，引水總庫(kù)容為6.62億m3，有效庫(kù)容 4.68 億 m3。是以灌溉、防洪為主，具有供水、發(fā)電功能的綜合利用水利樞紐工程。

由于該項(xiàng)目為線性工程，工程路線長(zhǎng)，施工受海南地區(qū)夏季炎熱，暴雨集中等季節(jié)性影響，有效施工時(shí)間較短，施工強(qiáng)度高。尤其是渡槽工程量大，對(duì)施工工藝水平和施工安全管理要求高。在渡槽基礎(chǔ)施工中，為保證施工不影響居民正常生活用水，在渡槽上游200 m設(shè)置一個(gè)生活用水取水口，下游300 m處設(shè)置水閘，常年不放水。為提高渡槽施工質(zhì)量，圍堰施工方法分別選用爆破擠淤法、固化土圍堰法、袋裝砂圍堰法進(jìn)行多方面的比較分析，以確保選擇最佳的施工方案。

2 爆破擠淤施工技術(shù)

2.1 施工方法

在對(duì)本工程的實(shí)際情況進(jìn)行分析后，確定將強(qiáng)風(fēng)化層作為此次施工圍堰的持力層。但對(duì)于拋石圍堰法來(lái)說(shuō)，一旦淤泥與砂性質(zhì)軟基的厚度超過(guò)4 m時(shí)便會(huì)引發(fā)塊石無(wú)法沉陷現(xiàn)象。為使塊石順利降至持力層，需要采用爆破擠淤進(jìn)行泥石置換。首先應(yīng)對(duì)堤前的砂層進(jìn)行處理，爆破施工后會(huì)大幅增加圍堰上方的荷載，塊石將會(huì)下沉；在此基礎(chǔ)上進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)爆破，受震動(dòng)的影響塊石將會(huì)進(jìn)一步下沉，經(jīng)多次循環(huán)爆破后方可達(dá)到塊石落底的效果。

考慮到淤泥及砂層較厚的特性，選擇使用陸上布藥機(jī)完成布藥施工。首先對(duì)炸藥進(jìn)行處理，使其達(dá)到一定的尺寸要求，而后將布藥機(jī)運(yùn)輸至堤頭中部區(qū)域，采用人工作業(yè)的方式將炸藥置于布藥桿的套筒中。應(yīng)當(dāng)注意的是，對(duì)于土石交界面而言在設(shè)置布藥桿時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制好間距，本工程中以1～2 m為宜[1]。待所有藥包均安置完成，確認(rèn)安全后進(jìn)行起爆。

炸藥爆炸后，受氣體的影響將會(huì)在淤泥層中產(chǎn)生空腔，同時(shí)受震動(dòng)影響，淤泥強(qiáng)度降低，具有一定重量的塊石將會(huì)下沉。在爆破施工時(shí)應(yīng)控制好循環(huán)進(jìn)尺以及拋填高度這兩個(gè)主要參數(shù)，在滿足相關(guān)條件的基礎(chǔ)上塊石方可順利沉落至持力層，最終完成置換。

2.2 成效分析

(1)國(guó)內(nèi)多數(shù)工程均采用了爆破擠淤技術(shù)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐后其已經(jīng)形成了一套較為成熟的工藝方法，在此作用下能夠確保施工區(qū)域內(nèi)的石料資源得到合理的利用，實(shí)現(xiàn)了就地取材的效果。實(shí)際成果表明，爆破擠淤技術(shù)對(duì)于施工環(huán)境具有良好的適應(yīng)性，不僅確保了工程施工質(zhì)量，還大幅縮短了工期，總體來(lái)說(shuō)可行性較高[2]。

(2)爆破擠淤所需要的炸藥數(shù)量較多，所產(chǎn)生的破壞力也較強(qiáng)，在爆破過(guò)程中會(huì)對(duì)周?chē)佑蛏鷳B(tài)造成破壞，因此環(huán)保防治和安全防范任務(wù)較為艱巨。

(3)爆破擠淤法圍堰施工，水中防滲工作較困難，同時(shí)爆破體的防滲體要采用黏性土才可以達(dá)到防滲效果，在操作過(guò)程中，會(huì)對(duì)圍堰周邊的用水取水產(chǎn)生污染，造成生活水不能飲用。同時(shí)工程早期的土料場(chǎng)征地困難和海南文昌東閣、文教鎮(zhèn)附近無(wú)黏性土源可取用，由于環(huán)保整治，石料來(lái)源也少。因此基于對(duì)生活水造成污染、土料場(chǎng)征地難及無(wú)石料、無(wú)黏性土可取，此方法不適應(yīng)本圍堰施工。

3 固化土圍堰施工技術(shù)

3.1 利用淤泥或利用外運(yùn)土料進(jìn)行固化充袋圍堰

在進(jìn)行固化施工時(shí)，選用的是規(guī)格為300 t的白航貨駁，由此為基礎(chǔ)給其配備了一臺(tái)長(zhǎng)臂挖掘機(jī)，加之混凝土泵以及攪拌機(jī)等設(shè)備的共同作用，最終構(gòu)成一套高效的固化土充灌模袋機(jī)群系統(tǒng)。在水中進(jìn)行準(zhǔn)備作業(yè)，充灌設(shè)備首先需要下錨，確保錨具就位于施工圍堰周邊40 m以外的區(qū)域內(nèi)；當(dāng)準(zhǔn)備工作做好后，則需要啟動(dòng)挖掘機(jī)設(shè)備，并將其與泵車(chē)進(jìn)行連接，此舉可以確保導(dǎo)管頭順利被插入至模袋中。先對(duì)挖掘機(jī)船兩側(cè)的淤泥土質(zhì)進(jìn)行卸載處理，而后對(duì)位于料艙中的淤泥土質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，確保其不存在塊石等雜物；加入適量的水泥進(jìn)行拌制，當(dāng)攪拌均勻后便可充灌至模袋中。此外，施工中所需的泥駁船數(shù)量以2臺(tái)為宜，由此提升了設(shè)備對(duì)輪換施工變化的適應(yīng)能力，爭(zhēng)取了更多的施工時(shí)間。

預(yù)施工是極為重要的環(huán)節(jié)，它可以確保后續(xù)施工的順利進(jìn)行，基于“充泥袋”試拌的方式得出最為可行的泥漿濃度、進(jìn)漿速度等信息，由此作為后續(xù)施工的技術(shù)指導(dǎo)。為了提升水泥用量的合理性，應(yīng)安排專門(mén)的技術(shù)人員對(duì)其用量進(jìn)行計(jì)量。

3.2 成效分析

(1)實(shí)際結(jié)果表明，固化土圍堰施工技術(shù)的適應(yīng)性較強(qiáng)，基于就地取材的方式提升了施工效率，縮減了工程成本，在施工過(guò)程中具有足夠的可靠性。

(2)施工區(qū)域內(nèi)的土料及淤泥黏粒含量較高，經(jīng)實(shí)際檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)其已經(jīng)超過(guò)了45%，因此具有較大的黏性。在進(jìn)行材料拌制施工時(shí)，受黏結(jié)性過(guò)大的影響淤泥粘連在攪拌頭上，此時(shí)充填固化速度受到了嚴(yán)重影響，施工效率大打折扣；加之?dāng)嚢杈鶆蛐圆蛔愕膯?wèn)題，所得到的固化土強(qiáng)度難以達(dá)到工程標(biāo)準(zhǔn)[3]。對(duì)此，有必要以淤泥特性為基礎(chǔ)做進(jìn)一步技術(shù)探討。

(3)本工程于河上環(huán)境中進(jìn)行施工，其周邊環(huán)境的穩(wěn)定性無(wú)法得到良好的控制；對(duì)應(yīng)的工序較為復(fù)雜，所需的設(shè)備機(jī)群規(guī)模較大?？傮w來(lái)說(shuō)，在工程施工中所面臨的問(wèn)題多種多樣，對(duì)施工工藝技術(shù)提出了更高的要求，因此該方法也不適合本圍堰施工。

4 袋裝砂圍堰技術(shù)

4.1 施工工藝

為達(dá)到提升袋裝砂圍堰施工質(zhì)量的目的，必須嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求的施工工序進(jìn)行，工藝流程如圖1所示。

圖1 充灌袋填砂圍堰流程

4.2 施工方法

袋裝砂圍堰結(jié)構(gòu)可以明顯提升對(duì)地基變形的適應(yīng)能力，在確保工程質(zhì)量的同時(shí)具有更顯著的經(jīng)濟(jì)效益，因此其應(yīng)用價(jià)值較高。盡管區(qū)域內(nèi)已經(jīng)存有大量的砂料，但隨著環(huán)保整治，大量石料開(kāi)采廠停工，工程的發(fā)展后期有可能會(huì)出現(xiàn)石料短缺的現(xiàn)象，所以有必要展開(kāi)試點(diǎn)工作，對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化。

袋裝砂圍堰選取水上施工的方式。引入吹砂船并將其就位于圍堰南側(cè)的50 m以外區(qū)域，采用分級(jí)泵送的方式進(jìn)行施工，最大程度上滿足了吹送距離要求。由于此區(qū)域內(nèi)僅能停留一艘運(yùn)砂船，所以施工效率并不理想；對(duì)此，為了保證堰體安全需要在圍堰200 m處的區(qū)域進(jìn)行開(kāi)采砂料施工。

施工時(shí)首先應(yīng)做好測(cè)量定位，然后以人工作業(yè)的方式鋪放充灌袋并對(duì)其四周加以固定，以此提升充灌袋的穩(wěn)定性，避免充灌施工時(shí)出現(xiàn)變形等問(wèn)題。在水中待鋪設(shè)施工時(shí)，應(yīng)在水上抓緊時(shí)間進(jìn)行，并在上部壓入砂袋起到固定的效果。在水下施工過(guò)程中，需使用鋼管插入位于充灌袋的套環(huán)內(nèi)，可以避免充灌袋發(fā)生位移現(xiàn)象。鋪設(shè)砂管，而后將其與砂袋袖口進(jìn)行連接，做好上述準(zhǔn)備工作后啟動(dòng)水泵，借助于高壓水槍進(jìn)行造料施工，在泥漿泵的作用下充灌砂袋(如圖2所示)。在施工采砂過(guò)程中應(yīng)安排專人對(duì)圍堰的樁體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握其沉降以及位移情況，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)應(yīng)隨即暫停施工并進(jìn)行檢查。吹填作業(yè)講求均勻性原則，待充灌袋內(nèi)出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象后則需要對(duì)充填質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，并做好補(bǔ)填。

圖2 袋裝砂圍堰斷面示意圖

4.3 袋裝砂圍堰施工技術(shù)成效分析

(1)袋裝砂圍堰施工在長(zhǎng)期的發(fā)展過(guò)程中其已經(jīng)具備了較高的工藝水平，所得到的施工效率也較為良好，因此具有較高的可行性。海南地區(qū)盡管過(guò)去并未采用袋裝砂圍堰施工技術(shù)，本次大膽利用這種新技術(shù)從地質(zhì)、斷面、整體抗滑、傾斜等以及成本分析上(本項(xiàng)目在上游拐彎處就地取砂)與其他圍堰方法進(jìn)行細(xì)致比較[4-5]。尤其是袋裝砂圍堰在環(huán)保方面不會(huì)造成水質(zhì)污染以及作業(yè)過(guò)程中砂袋具有防濾功能無(wú)渾濁水產(chǎn)生。

(2)為了確保袋裝砂圍堰施工的順利進(jìn)行，在施工時(shí)進(jìn)行大量的砂料運(yùn)輸作業(yè)，協(xié)調(diào)船只之間行駛安全距離，為工程施工營(yíng)造足夠穩(wěn)定的環(huán)境。

(3)本項(xiàng)目由于砂料自開(kāi)采，運(yùn)距短，對(duì)取水口水質(zhì)無(wú)污染，每米同斷面投資少，經(jīng)濟(jì)效益良好，在跨文教河渡槽基礎(chǔ)施工圍堰成功應(yīng)用。紅嶺灌區(qū)相關(guān)標(biāo)段不定時(shí)過(guò)來(lái)參觀學(xué)習(xí)，值得推廣。

5 結(jié) 論

本文圍繞行業(yè)內(nèi)的三大技術(shù)展開(kāi)針對(duì)性分析，結(jié)果表明所得到的斷面均能滿足工程所提出的要求。爆破擠淤圍堰施工雖然穩(wěn)定性好，但對(duì)炸藥用量提出了較高的要求，對(duì)周邊環(huán)境的影響相對(duì)較大。并且對(duì)工程成本的依賴性較大，防滲材料要求高，環(huán)保不達(dá)標(biāo)。

固化土圍堰方法：技術(shù)成熟可利用，但針對(duì)本項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，土料取用困難，另外淤泥土還要進(jìn)行固化灌袋，同斷面的成本較高，另外也造成作業(yè)區(qū)周邊水質(zhì)污染。

相比之下袋裝砂圍堰施工技術(shù)所需的成本較低，其依然擁有大量的技術(shù)沉淀，又有可取用的砂料，同時(shí)施工質(zhì)量可以得到良好的保障?？傮w來(lái)說(shuō)，袋裝砂圍堰施工技術(shù)的在今后類似施工條件下的工程建設(shè)具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)。