塔貝拉鋼板樁圍堰拆除方案及實(shí)施過程

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司國(guó)際工程公司，成都，610213)

1 項(xiàng)目概況

塔貝拉水電站位于巴基斯坦首都伊斯蘭堡西北方，本次擴(kuò)建是將原用于灌溉的4號(hào)洞改建為引水發(fā)電洞，并在原4號(hào)洞出口區(qū)域擴(kuò)建廠房，新增3臺(tái)單機(jī)470MW的機(jī)組，改善電力供應(yīng)。

塔貝拉四期擴(kuò)建廠房位于現(xiàn)有電站尾水區(qū)，空間狹小，可供圍堰布置的空間非常有限，一般的土石圍堰基礎(chǔ)面積過大，而選用格型鋼板樁圍堰可大大減少圍堰占地和堰體體積，因此，本工程選用鋼板樁格形圍堰。受現(xiàn)場(chǎng)布局的限制，廠房施工圍堰采用直腹式鋼板樁樣式。其位于電站尾水區(qū)，空間狹小，最大水深達(dá)32m，是目前國(guó)內(nèi)外罕見的單側(cè)擋水鋼板樁格型圍堰。鋼板樁圍堰堰頂長(zhǎng)度206.87m，由5個(gè)主格及4個(gè)副格組成，主格直徑23.70m，每個(gè)主格由148根直腹鋼板樁及4跟連接樁組成。副格連接弧半徑5.73m，連接弧由35根直腹鋼板樁組成，與主格上連接樁連接。鋼板樁格體內(nèi)填砂，防滲采用高噴灌漿，背水側(cè)填筑砂礫石戧堤，戧堤頂高程333m，頂寬30m，內(nèi)側(cè)坡比1∶2。迎水側(cè)(外側(cè))底部拋填礫石土，作為護(hù)底。格體上部有1m砂礫石層。由于鋼板樁圍堰作為臨時(shí)施工道路用，因此礫石層上部有回填料及道路路面混凝土。圍堰平面布置和斷面如圖1、圖2所示。

圖1 鋼板樁圍堰平面布置

圖2 鋼板樁圍堰斷面

2 本項(xiàng)目鋼板樁圍堰拆除特點(diǎn)

本工程高直腹式鋼板樁圍堰主要包括了戧堤和鋼板樁格體兩大部分。圍堰拆除具有如下特點(diǎn)：

(1)圍堰位于電站尾水區(qū)，空間狹小，大型設(shè)備較難進(jìn)入，與港口，碼頭鋼板樁圍堰可以采用大型船舶及大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行拆除的情形不同；

(2)原有廠房和新建廠房都設(shè)計(jì)了無預(yù)警，自動(dòng)開啟噴水減壓的泄壓閥，在機(jī)組開機(jī)或其他特殊情況下，會(huì)瞬時(shí)噴水，威力大，而鋼板樁圍堰位于新建廠房和三期現(xiàn)有廠房泄壓閥的泄水影響區(qū)域，在泄壓情況下，施工平臺(tái)和設(shè)備無法穩(wěn)定運(yùn)行，需頻繁對(duì)平臺(tái)及設(shè)備進(jìn)行移除和再就位，對(duì)拆除施工產(chǎn)生很大影響；

(3)圍堰左側(cè)連接于現(xiàn)有廠房端墻，距離周圍建筑物非常近，圍堰拆除常采用的爆破設(shè)計(jì)和實(shí)施受到很大限制；

(4)由于采用灌漿防滲，形成的防滲墻深度大，且不規(guī)則，考慮到尾水最大水深達(dá)32m，防滲墻的拆除是關(guān)鍵；

(5)格內(nèi)填砂和樁板鎖口內(nèi)多被膠凝材料填充固結(jié)，增加格內(nèi)填料移除和鋼板樁拆除的難度；

(6)圍堰拆除時(shí)間有限，為最大限度降低對(duì)廠房發(fā)電的影響，僅白班有限時(shí)間作業(yè)，工期非常緊張。

3 圍堰拆除方案比選

對(duì)于多數(shù)鋼板樁格型圍堰，一般格型內(nèi)填充砂石，常以機(jī)械拆除法為主。圍堰的鋼板樁拔除采用振動(dòng)拔樁機(jī)配以吊車起吊。而由于塔貝拉圍堰拆除具有上述特點(diǎn)，對(duì)圍堰拆除無法按照常規(guī)方法進(jìn)行。

3.1 直接拔除鋼板樁

在不挖除格體內(nèi)填料的情況下，側(cè)壓力非常大，而且鋼板樁在打樁期間由于基礎(chǔ)不平整，存在漂石，巖石等，實(shí)際上鋼板樁在下部會(huì)存在一定變形，另外鋼板樁也會(huì)銹蝕，這都會(huì)導(dǎo)致鎖扣力增加，而且高噴墻也會(huì)固結(jié)板樁，也就是說通過振動(dòng)錘直接拔樁基本上無法實(shí)現(xiàn)。

3.2 先清除格體填料，再拔除鋼板樁

格體內(nèi)填料構(gòu)成包括已填砂料，高噴灌漿，表層砂礫料等，其主要問題是高噴灌漿除形成防滲帷幕外，可能會(huì)將格體內(nèi)其他砂料也形成板結(jié)。

如果是非板結(jié)砂料，僅是砂，可通過抽砂泵等進(jìn)行抽排。而難度最大的是對(duì)高噴灌漿形成的板結(jié)料的挖除，高噴帷幕的強(qiáng)度約7MPa，需要通過破碎錘或水下爆破的方式，但是因?yàn)殇摪鍢渡罱?0m，上部5m左右可通過長(zhǎng)臂反鏟等挖除，而下部常規(guī)設(shè)備就無法實(shí)施。一種思路是利用吊機(jī)配液壓抓斗進(jìn)行抓料，但前提是高噴墻已經(jīng)被破拆為散料；另一種思路是絞吸式挖泥船設(shè)備，但是絞吸式有一個(gè)深度的限制，且造價(jià)高昂?？紤]到圍堰位于內(nèi)河狹小區(qū)域，大型挖泥船無法進(jìn)行，液壓抓斗資源缺乏，該種格內(nèi)填料挖除的方法無法有效實(shí)施。

這種情況下，也就意味著格內(nèi)填料很難全部移除，導(dǎo)致通過移除格內(nèi)填料，再運(yùn)用大型拔樁設(shè)備進(jìn)行拔除鋼板樁的方案面臨很大難度。

3.3 先清除格體部分填料，再水下切割

考慮到圍堰的特點(diǎn)及上述可能拆除方式中面臨的問題，經(jīng)過與監(jiān)理工程師反復(fù)溝通，對(duì)于將鋼板樁圍堰拆除到不影響尾水泄流的形象獲得工程師的理解。

在這種情況下，進(jìn)行格內(nèi)部分填料的挖除，將鋼板樁較為干凈地暴露出來，從而進(jìn)行水下切割，然后利用吊車提出從而達(dá)到移除的目的。

對(duì)于格內(nèi)填料的挖除，考慮到現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，采用長(zhǎng)臂反鏟結(jié)合空氣動(dòng)力提升抽砂設(shè)備進(jìn)行移除，操作簡(jiǎn)單便捷，易于安拆。

4 圍堰拆除的實(shí)施

4.1 上游戧堤料和頂部回填料挖除

根據(jù)設(shè)計(jì)意見，在未平壓的情況下，上游戧堤可拆除至327m高程，從而滿足穩(wěn)定的最小體型，兩側(cè)隨鋼板樁深度變化而漸變。

上游戧堤料挖除采用1.6m3反鏟挖裝，20t自卸汽車運(yùn)輸至2號(hào)渣場(chǎng)。

頂部原混凝土路面采用破碎錘破碎，1.6m3反鏟挖裝，20t自卸汽車運(yùn)輸至渣場(chǎng)。

4.2 端部缺口挖除

在尾水閘門及集水井水泵準(zhǔn)備到位，并得到工程師的指令后，開始端部缺口的挖除。

端部缺口挖除采用1.6m3反鏟挖裝，20t自卸汽車運(yùn)輸至渣場(chǎng)。初始階段需分層施工小斷面逐步開挖，有效控制過流，平穩(wěn)充水平壓。在平壓至334m高程后，稍微擴(kuò)大缺口，但仍需控制過流量，檢查尾水水位上升速度。

4.3 340.5m高程水面以上鋼板樁部分拆除

340.5m高程以上鋼板樁采用人工氧氣乙炔切割，每10片左右為一組，切割后移動(dòng)至格內(nèi)，再通過吊車經(jīng)自卸汽車運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢谩?/p>

格內(nèi)填料采用1.6m3反鏟挖裝，20t自卸汽車運(yùn)輸至渣場(chǎng)。

4.4 340.5m高程水面以下鋼板樁部分拆除

4.4.1 格內(nèi)填料挖除

此階段拆除的主要施工程序如下：

通道及平臺(tái)等準(zhǔn)備→部分挖除格體內(nèi)填料→水下切割鋼板樁。施工順序由1號(hào)格至5號(hào)格，由左至右進(jìn)行，以便利用格內(nèi)填料作為通道。

由于是由左至右進(jìn)行，清淤施工主要通道在格體內(nèi)。

水下切割施工平臺(tái)通過組裝現(xiàn)有浮箱進(jìn)行。

格內(nèi)高噴防滲墻采用全液壓鉆機(jī)鉆孔，孔徑1m，深度6m～9m不等，采用小藥量爆破拆除，由于靠近廠房，單段裝藥量需控制，并獲得工程師的同意。

格內(nèi)砂料采用長(zhǎng)臂反鏟和氣力提升清淤系統(tǒng)共同挖除。先由長(zhǎng)臂反鏟進(jìn)行3m～5m左右砂料挖除，剩余5m以下深度范圍內(nèi)由氣力提升抽砂系統(tǒng)實(shí)施。提升系統(tǒng)抽出的砂暫存至相鄰格內(nèi)，再由反鏟挖裝，自卸汽車運(yùn)輸至渣場(chǎng)。

氣力提升抽砂系統(tǒng)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)，利用壓縮空氣產(chǎn)生的吸力差，將砂水混合物吸入排沙管來抽吸和壓送移除，主要由空氣壓縮機(jī)，動(dòng)力提升頭和提升管，錨定系統(tǒng)，高壓水泵構(gòu)成。由于壓縮空氣被壓入水下后會(huì)擴(kuò)散上升，因此對(duì)于深水抽砂效果顯著。

4.4.2 水下鋼板樁切割

鋼板樁單段切割先預(yù)留豎向靠頂部的部分作為固定用。由專業(yè)潛水員先完成水下豎向及底部水平向切割；最后再完成頂部預(yù)留部分切割；以便使其最終完全隔離。部分通過吊車直接吊出，部分通過浮箱平臺(tái)拖拽至岸邊再由吊車吊出。

考慮到吊車吊運(yùn)問題，鋼板樁切割以8～10片為一組，切割深度在12m左右。因鋼板樁鎖扣之間部分仍可滑動(dòng)，為避免鋼板樁在垂直起吊過程中掉落，將每組需要切割吊裝的鋼板樁頂部用鋼絲繩相連。

4.4.3 鋼板樁吊運(yùn)

已切割鋼板樁運(yùn)輸采用浮箱平臺(tái)運(yùn)輸至岸邊或左側(cè)廠房端墻側(cè)，再由吊車及卷?yè)P(yáng)機(jī)配合提出。每組鋼板樁切割至僅剩余水面部分時(shí)，先由鋼絲繩將鋼板樁頂部的預(yù)留孔與浮箱連接，待確認(rèn)連接牢固，再切割水面以上1.5m焊縫，切斷后即可使用浮箱拖運(yùn)。

5 結(jié)語

鋼板樁拆除是圍堰拆除施工的重要一項(xiàng)，其直接影響機(jī)組運(yùn)行發(fā)電。在內(nèi)陸河，大型設(shè)備不易進(jìn)入的工程中，鋼板樁圍堰拆除是難點(diǎn)。常規(guī)格內(nèi)填料挖除有液壓抓斗，抽砂泵等。本項(xiàng)目通過采用氣力式提升抽砂系統(tǒng)進(jìn)行格內(nèi)砂料移除，水下切割鋼板樁移除的施工方式，創(chuàng)造了很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，為后續(xù)其他項(xiàng)目提供了新的思路。