金沙江下游鋼結構擋水墻施工技術研究

彭建軍

摘 要：布置于深水急流河床內的設施設備進行水下安裝時，一般需要采用丁壩或者順壩進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6 m/s的金沙江中，為加快施工進度、減少對生態(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)新采用了鋼結構擋水墻作為丁壩，并順利實施，為深水急流河床內取水設施水下作業(yè)創(chuàng)造了條件，為類似工程提供有益參考。

關鍵詞：金沙江;安全防護;鋼結構擋水墻

中圖分類號：TV52? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：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m3/d的大型水廠，項目位于四川省宜賓市Q21縣道與金沙江之間的周壩村，項目占地約148.48畝（98 898 m2），設計生產(chǎn)能力為20 m3/d×104? m3/d。項目主要工程內容包括取水頭、引水管、取水泵房、凈水廠及配套管網(wǎng)工程，總工期14個月，根據(jù)設計文件，取水頭及取水頭至K0+060段引水管安裝采用水下作業(yè)方式進行。創(chuàng)造性的采用了雙排鋼管桁架單壁擋水板的結構，降低了取水頭與引水管水下施工區(qū)域流速，減少了急流河床內水流對安裝作業(yè)的沖擊沖刷影響。

1 技術優(yōu)點

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

②鋼桁架和鋼面板分步實施，在水中拼裝，利用水流沖擊荷載維持組合，結構簡單、拆除方便。

③鋼桁架上下弦桿采用內外柱組合型式，內柱通長設置并下錨上拉，外柱分段與腹桿制作成桁架，施工時無需大型設備，從而施工方便、快捷、安全，能有效節(jié)省施工工期。

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

2 施工技術

作者帶領的團隊通過驗證摸索出了一種金沙江下游深水急流河床內鋼結構擋水墻施工技術，其核心是一種深水急流河床內的擋水防護結構，是在山區(qū)深水急流河床內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構，迎水面急速水流的沖擊力通過擋水鋼板進行抗力分解，下部通過嵌巖的支撐樁將抗力傳遞至基巖，上部通過鋼絲繩將沖擊力拉錨到地錨上。以達到為下游水中構筑物提供一個安全穩(wěn)定的水下施工環(huán)境。消除了急流對于水中施工的沖刷、沖擊造成的安全隱患。同時也解決了原設計中施作丁壩或順壩的困難，再國家環(huán)保、水保、資源配置和使用上均有利于工程實體。

2.1 施工流程

施工準備→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 施工準備

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

②熟悉施工流程及質量控制標準，安裝操作規(guī)程，并進行安全培訓和施工操作規(guī)程培訓。

③對擬定取水頭位置上、下游100 m范圍內進行水下地形測量，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檢查施工機具，機械設備配備，小型機具、船舶是否到位，所有設備性能需達標，且能保證正常運轉。

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)定簽訂相關安全協(xié)議，派遣交通船值守，設置航標船防護等措施。

⑥河床清理：水下施工前，采用挖泥船對河床卵石和漂石等水下障礙物進行清理，否則鉆孔時無法成孔，亦或成孔后難以達到成樁。

2.2.2 上游側支撐樁（桁架弦桿內柱）施工

①上游側支撐樁鉆孔前，在打樁船上焊接固定間距的鉆機平臺，然后采用液壓鉆機在測設的點位施工鋼管支撐樁，鉆孔采用“三管兩鉆”法跟管鉆進，鉆機鉆頭為偏心鉆。

②鉆孔方法：“三管兩鉆”法跟管鉆進，鉆機鉆頭為偏心鉆。操作過程是：船舶定位，先下導向管，再放下套管→根據(jù)巖石表面情況，如果比較破碎，則先對套管進行合金鉆進（偏心鉆頭，通過承壓旋轉鉆頭將稍微擴大，以利于套管跟進）→合金鉆進至完整基巖后，提起有關鉆具→下鉆桿進行沖擊回轉鉆進至設計底標高→量孔深，如不夠深，則重復上述步驟，如圖1所示。

③支撐樁采用圓形的無縫鋼管，內徑不小于16.8 cm，壁厚不小于1 cm;采用絲扣接長，車絲長度不小于10 cm，絲扣宜在2.3～2.8 mm/絲之間;采用標準型內車絲套管進行接長;支撐樁入巖深度應根據(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構，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徑應與內柱外徑配套（大0.5～1 cm），桁架高度1.5 m，按長度不大于3 m進行分段，減少安裝過程中對內外柱平直度的要求，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至安裝位置，人工配合下將弦桿（外柱）套住支撐樁（內柱），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調整至平行水流方向。底節(jié)桁架安裝完成后，順序安裝上部各節(jié)桁架。

2.2.4 下游側支撐樁（桁架弦桿內柱）施工

①下游側支撐樁鉆孔時，首先調整好已安裝桁架的下游側弦桿，使其各節(jié)完全對齊，再在弦桿內穿入套管，然后利用上游側支撐樁施工時的機械設備，采用相同的施工方法進行鉆孔錨固。

②下游側支撐樁錨固完成后，在內外柱內灌入M30水泥砂漿，將內外柱間縫隙填充密實。

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，直接按設計位置進行焊接連接。

②地錨將承受的水中鋼結構擋水墻頂部傳遞過來的水平力，設置8根嵌巖支撐樁和12 m×8 m×1.5 m鋼筋混凝土承臺，頂部設置3～4個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

鋼面板長度一般為2.5 m（較桁架間距大0.5 m），高度2 m，一端預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，利用浮吊吊起鋼面板，外側靠近拉錨錨鏈，內側將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行后續(xù)各孔鋼面板安裝，鋼板加長部分與前一孔進行搭接。當完成安裝的孔跨內設置有拉錨時，先安裝錨錨鏈，然后拆除設置的過渡拉錨錨鏈，安裝至后一個過渡拉錨錨鏈位置處，再進行后續(xù)孔跨鋼面板安裝，如圖4—7所示。

2.2.7 擋水墻拆除

隨著工程項目進展，待主體完工后，需進行河面河床工完料清，鋼結構擋水墻應當拆除，應當遵循以下步驟：

①鋼結構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 技術進步性

該技術特別針對山區(qū)深水急流河床內自來水廠取水頭、引水管水流降速施工安全防護，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、機械費用等優(yōu)點，避免了資源的浪費，有利于項目成本控制及避免了經(jīng)濟效益的流失。本技術的成功經(jīng)驗將在山區(qū)深水急流河床中的自來水廠建設中逐步得到推廣。

4 結語

由我公司承建的宜賓市普安水廠采用本技術，項目于2017年10月開工、預計2019年1月30日竣工，其中水中作業(yè)時段為2017年10月至2018年6月，在河底地質情況較為復雜（為：1.8 m厚卵石，1 m厚強風化砂質泥巖，其下為中風化砂質泥巖），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構，解決了水頭水下作業(yè)安全防護難的問題，消除了急流對于水中施工的沖刷、沖擊造成的安全隱患。同時也解決了原設計中施作丁壩或順壩的困難。創(chuàng)新提出采用鋼結構擋水墻丁壩作為水流調整措施，作為水下作業(yè)專項方案的一部分進行專家評審時，得到了在座專家的一致認可，并經(jīng)過精心組織，鋼結構擋水墻得到順利實施，并達到了預期效果，受到了業(yè)主、設計及監(jiān)理單位的一致好評。也為以后類似工程的施工提供了一個思路和參考。324E6EBE-7361-4F1F-9753-56761C0697B4