基于復(fù)雜環(huán)境的補(bǔ)水泵站施工技術(shù)研究

蔡錫鏗 廣東粵源工程咨詢(xún)有限公司

在水利工程建設(shè)中的補(bǔ)水泵站科學(xué)、合理施工，能夠極大提高施工工藝水平，延長(zhǎng)補(bǔ)水泵站的使用壽命。因此，為使其達(dá)到生態(tài)補(bǔ)水系統(tǒng)的建設(shè)要求，需要積極采取相關(guān)施工技術(shù)，逆作井在補(bǔ)水泵施工中具有較多的優(yōu)勢(shì)，例如占地少、支護(hù)簡(jiǎn)單以及安全系數(shù)高等，因而得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，為保證補(bǔ)水泵質(zhì)量，補(bǔ)水泵站的地質(zhì)多以填石為主，對(duì)方案進(jìn)行及時(shí)優(yōu)化和完善，防止在施工中多次開(kāi)挖，最大程度降低工程施工成本，滿(mǎn)足施工要求。

1.工程概況

以某補(bǔ)水泵站為例，該補(bǔ)水泵站所處河流全長(zhǎng)1.8千米，水深在2.6-3.2米，河道寬度為10-25米。生態(tài)補(bǔ)水系統(tǒng)可作為啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案時(shí)的水質(zhì)恢復(fù)的主要方式，在實(shí)際工作中能夠?qū)⒑拥老掠嗡|(zhì)較好的河水在水泵站的幫助下提升至一定的高度，再通過(guò)補(bǔ)水管道將水流輸送至河流的上游受到污染地區(qū)。該補(bǔ)水泵站位于河流下游，取水口則設(shè)置在與泵站距離10米位置的駁岸上。

2.水文地質(zhì)與施工難點(diǎn)

2.1 水文地質(zhì)

通過(guò)實(shí)際調(diào)研得出，補(bǔ)水泵站的地質(zhì)情況如表1所示。該位置的總體高程為＋8.1米，地下水位則為＋3.8米。

表1 補(bǔ)水泵站地質(zhì)情況

2.2 施工難點(diǎn)

由于本次項(xiàng)目中的補(bǔ)水泵站施工位置、地層以及地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，加之在前期的勘測(cè)中所得數(shù)據(jù)和實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工存在偏差，導(dǎo)致補(bǔ)水泵站的原有設(shè)計(jì)方案無(wú)法滿(mǎn)足施工要求。所以，為保證施工能夠順利進(jìn)行，首先需要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境進(jìn)行補(bǔ)水泵站施工工藝的完善和優(yōu)化，將原有的施工工藝更改為逆作法施工，能夠確保補(bǔ)水泵站施工質(zhì)量和施工效率。除此之外，該項(xiàng)工程的主要施工難點(diǎn)還在于：①當(dāng)實(shí)際開(kāi)挖2米后，發(fā)現(xiàn)在1.5米以下全部為回填土塊，和地質(zhì)報(bào)告中的數(shù)據(jù)信息不相符。因而再次走訪(fǎng)調(diào)查后得出，該地的駁岸背水位置以回填土塊為主。通過(guò)實(shí)地勘測(cè)，整個(gè)施工場(chǎng)地較小，大型機(jī)械設(shè)備無(wú)法進(jìn)場(chǎng)施工，導(dǎo)致開(kāi)挖難度進(jìn)一步增大。②補(bǔ)水口的位置與該地主河道和泄洪道相連，每日漲潮落潮次數(shù)為兩次。而在補(bǔ)水口一側(cè)的駁岸以重力式墻為主，以砌體結(jié)構(gòu)為主要材料，因而能夠?qū)Ⅰg岸直接砌于巖石中，但由于駁岸長(zhǎng)期未能得到有效維護(hù)，導(dǎo)致已出現(xiàn)多處漏水問(wèn)題。在原有的施工圖紙中，主要采用單重管旋噴樁止水幕布的方式進(jìn)行施工，但受到施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的影響，導(dǎo)致該方案無(wú)法具體落實(shí)。通過(guò)分析和研究，選擇逆作井的方式進(jìn)行排水的開(kāi)挖。③由于補(bǔ)水泵的安裝要求較高，需要有精確的安裝精度，同時(shí)需要具有較強(qiáng)的承載能力，所以施工應(yīng)選在退潮時(shí)完成，在此階段的主要工作內(nèi)容包括泵筒吊裝、定位、底部灌漿等。與此同時(shí)，由于補(bǔ)水站的整體施工位置處于泄洪道的位置，加之擋水墻之前的設(shè)計(jì)以單重管旋噴樁止水幕布為主，在實(shí)際施工中會(huì)受到石塊的限制導(dǎo)致其作用無(wú)法有效發(fā)揮，所以應(yīng)重視排水工作的有效落實(shí)。通常情況下，為保證補(bǔ)水泵站在較為復(fù)雜環(huán)境中的施工質(zhì)量，需要加強(qiáng)補(bǔ)水泵站的基座承載力，保證泵站的安裝精度，在退潮時(shí)進(jìn)行相關(guān)作業(yè)，為施工水平的提升奠定基礎(chǔ)。

3.方案優(yōu)化

3.1 施工優(yōu)化

對(duì)于地質(zhì)報(bào)告與實(shí)際施工情況不相符等問(wèn)題，作為施工方需要積極予以解決，通過(guò)與監(jiān)理方、設(shè)計(jì)方以及勘查方組織相關(guān)會(huì)議的方式，依據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果，對(duì)施工圖紙進(jìn)一步優(yōu)化，改變?cè)械某辆O(shè)計(jì)，將其變?yōu)槟孀骶ǎ捎媚孀骶姆绞綄?duì)取水口以及補(bǔ)水泵站采取圍護(hù)模式，加強(qiáng)保護(hù)。除此之外，為降低施工過(guò)程中的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，施工方最終采取的施工方案為將內(nèi)徑為7.2米的逆作井作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，確保取水口與補(bǔ)水泵站施工安全。在進(jìn)行逆作井的外圍布設(shè)注漿過(guò)程中，以滲透灌漿的方式進(jìn)行外圍止水帷幕的設(shè)置，保證帷幕深度盡量與巖面平齊。當(dāng)完成圍堰施工后，對(duì)取水口位置的駁岸進(jìn)行有效破除。同時(shí)設(shè)置相應(yīng)的龍門(mén)架與吊裝設(shè)備，利用人工操作的方式，將塊石以卷?yè)P(yáng)機(jī)的方式運(yùn)送到地面上。退潮后，需要及時(shí)利用水泵進(jìn)行強(qiáng)排施工，直到封底完成相關(guān)施工工作。

3.2 水利機(jī)械與金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為達(dá)到水泵啟動(dòng)、調(diào)節(jié)以及檢修標(biāo)準(zhǔn)，單機(jī)的出口位置以手動(dòng)閥為主。除此之外，由于水泵機(jī)組的揚(yáng)程較高、出水管道長(zhǎng)，所以需要設(shè)置水泵控制確保輸水效率的提升，同時(shí)能夠最大程度減少工程項(xiàng)目的投資。水泵機(jī)組出水管在引出泵房后需要與輸水鋼管相接，通常情況下輸水管道較長(zhǎng)且所經(jīng)地勢(shì)的高差也相對(duì)較高，所以在輸水管位置的合理距離內(nèi)安裝相應(yīng)的閉式止回閥，確保水泵安全。與此同時(shí)，為確保設(shè)備在后期能夠順利檢修與安裝，需要在泵房中設(shè)置相應(yīng)的起重設(shè)備。泵房一般以圓筒結(jié)構(gòu)為主，因此，采用4t的單梁環(huán)形軌道即可作為起重設(shè)備。其具體操作方式以地面操作為主，整機(jī)的功率為8.2kw。需要注意的是，應(yīng)保證最低的泵站水位運(yùn)行低于安裝具體高程。泵站的運(yùn)行高程需要低于所設(shè)計(jì)的洪水水位，為科學(xué)將泵房?jī)?nèi)集水井的積水排出，需要安裝相應(yīng)的排水泵，排水管道以熱鍍鋅鋼管為主。

3.3 電氣設(shè)計(jì)

為滿(mǎn)足補(bǔ)水泵站在日常工作中的用電負(fù)荷、停電檢修時(shí)的用電，需要設(shè)置站用變壓器，依據(jù)具體負(fù)荷進(jìn)行容量的確認(rèn)和電壓等級(jí)的確認(rèn)。為進(jìn)一步確保電動(dòng)機(jī)能夠順利啟動(dòng)，避免電網(wǎng)對(duì)補(bǔ)水泵站中其他設(shè)備進(jìn)行沖擊和影響，在本次項(xiàng)目中以常規(guī)軟啟動(dòng)的方式進(jìn)行相關(guān)設(shè)置的安裝和設(shè)置。水泵的控制柜以金屬全封閉低壓開(kāi)關(guān)柜為主，軟啟動(dòng)控制柜具有配電與控制保護(hù)功能，因而能夠最大程度降低啟動(dòng)的電流，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的短路保護(hù)。而泵站則以手動(dòng)控制為主，現(xiàn)地設(shè)備控制箱則以繼電器硬布線(xiàn)邏輯作為二次回路，同時(shí)配備相應(yīng)的數(shù)字化電氣監(jiān)測(cè)表，方便工作人員的日常巡查。補(bǔ)水泵站中的設(shè)備控制需要留有充足的控制信號(hào)與運(yùn)行信號(hào)反饋，從而保證后期的補(bǔ)水泵站的自動(dòng)化控制。除此之外，為避免補(bǔ)水泵站受到雷電等自然災(zāi)害的控制，導(dǎo)致相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)損傷，需要加強(qiáng)避雷裝置的安裝，使得避雷帶能夠和基礎(chǔ)接地網(wǎng)能夠有效連接。

4.復(fù)雜環(huán)境下補(bǔ)水泵站施工工藝分析

4.1 圍堰設(shè)計(jì)

在實(shí)際施工過(guò)程中，施工方發(fā)現(xiàn)補(bǔ)水泵處于泄洪道附近，因此，為確保補(bǔ)水泵站能夠正常施工，應(yīng)加強(qiáng)圍堰工作，進(jìn)而提高施工質(zhì)量。為此，需要施工人員依據(jù)施工的總設(shè)計(jì)圖紙，將補(bǔ)水泵站的總圍堰高度設(shè)置為高于水面0.8米位置，堰頂?shù)膶挾仍O(shè)置在1.5米為宜。對(duì)于圍堰的迎水面與背水面的坡度比例設(shè)置在1:1.2，最后，采取填充黏土的方式，做好防滲墻的施工工作。

4.2 逆作法工藝流程

逆作井的位置主要與河道相鄰，且距離較近，所以，需要綜合考量工期與圍堰堰頂?shù)臉?biāo)高高度。應(yīng)將地坪放坡開(kāi)挖到7.12米左右為宜，利用放線(xiàn)定樁、高程放線(xiàn)的方式進(jìn)行后續(xù)的施工，采用架設(shè)龍門(mén)架和電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的方式，進(jìn)行樁孔開(kāi)挖。

4.3 封底

由于補(bǔ)水泵站的補(bǔ)水口底板與補(bǔ)水泵站底板標(biāo)高存在一定的差距，因此，需要在大逆作井中進(jìn)行小型逆作井的開(kāi)挖，從而保證補(bǔ)水泵站施工能夠順利完成。對(duì)于補(bǔ)水站的施工，在進(jìn)行第一次的封底時(shí)應(yīng)保證補(bǔ)水站的中心點(diǎn)位置準(zhǔn)確，定位合理，同時(shí)將補(bǔ)水泵站的中心點(diǎn)作為圓點(diǎn)制作相應(yīng)的圓柱形模板。當(dāng)模板制作完成后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行混凝土的澆筑工作，在此過(guò)程中需要注意的是，混凝土的澆筑主要分為兩層，底板厚度控制在0.2米、0.9米之間。為保證混凝土澆筑完成后能夠達(dá)到良好的養(yǎng)護(hù)工作，需要保證混凝土的質(zhì)量滿(mǎn)足施工要求。當(dāng)混凝土凝固后，對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行及時(shí)的檢查，當(dāng)強(qiáng)度滿(mǎn)足施工要求后依據(jù)施工要求做好小逆作井的挖掘。當(dāng)完成上述工作后，此時(shí)的補(bǔ)水泵站挖掘已進(jìn)入到中微風(fēng)化花崗巖中，因此，需要及時(shí)對(duì)花崗巖土層的承載能力、承載強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)花崗巖的土層承載強(qiáng)度高于680MPa后，確認(rèn)補(bǔ)水泵站載重達(dá)到質(zhì)量要求。對(duì)于補(bǔ)水泵站來(lái)說(shuō)，盡管逆作井的注漿止水幕能夠?qū)崿F(xiàn)一定的擋水效果，但依然在實(shí)際的施工中，由于補(bǔ)水泵站位于泄洪道位置，所以會(huì)受到潮漲潮落的影響，水壓會(huì)產(chǎn)生一定變化的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致部分水流滲入到補(bǔ)水泵站的基坑中，對(duì)補(bǔ)水泵站挖掘施工造成不利影響。所以為保證補(bǔ)水泵站在實(shí)際施工過(guò)程中能夠順利完成，應(yīng)與井內(nèi)滲水問(wèn)題相結(jié)合，對(duì)補(bǔ)水泵站的挖掘施工時(shí)間予以確定，保證施工工作安排合理。

4.4 泵站安裝

在本次施工中的花崗巖巖石的承載力較強(qiáng)，因此，采用利用花崗巖進(jìn)行補(bǔ)水泵站底板設(shè)計(jì)是合理的，以科學(xué)的設(shè)計(jì)方式替換原有的補(bǔ)水泵站底板，不僅符合施工設(shè)計(jì)要求，還能夠最大程度節(jié)省泵站的施工時(shí)間，進(jìn)而提高補(bǔ)水泵站的實(shí)際施工效率。對(duì)于補(bǔ)水泵站施工來(lái)說(shuō)，小逆作井挖掘需要依據(jù)孔位進(jìn)行膨脹螺栓的預(yù)埋，采用砂漿抹面的方式，做好花崗巖土層抹平工作，為后期的補(bǔ)水泵站機(jī)組安裝奠定基礎(chǔ)。吊裝工作主要操作采用預(yù)埋膨脹螺栓的方式，并將其固定完全，完成上述操作后，需要利用繩索的方式和逆作井的井圈進(jìn)行連接并固定完全，避免出現(xiàn)補(bǔ)水泵站上浮問(wèn)題。當(dāng)完成吊裝固定后，應(yīng)及時(shí)將補(bǔ)水泵站和逆作井的空隙以澆筑的方式進(jìn)行填充，通常情況下的混凝土澆筑完成后的進(jìn)水標(biāo)高設(shè)置為＋2.62米，其原理在于能夠有效通過(guò)混凝土澆筑的方式提高補(bǔ)水泵站的抗浮能力。

4.5 取水口澆筑

補(bǔ)水泵站的取水口混凝土施工需要在安裝完補(bǔ)水泵站后再進(jìn)行澆筑，之所以需要在安裝完成后操作的原因在于補(bǔ)水站的施工空間較小，無(wú)法進(jìn)行大型機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用，采取該種方式能夠最大程度為后期的補(bǔ)水站施工留足一定的操作空間，方便后期施工。通常情況下，補(bǔ)水泵站取水口混凝土澆筑工作主要分為兩個(gè)步驟，其一，是需要將鋼筋綁扎和混凝土豎向澆筑的高程設(shè)置在＋4.1米左右，應(yīng)保持和地下水位有一定的距離，同時(shí)，為防止地下水大量的滲入到補(bǔ)水泵站中，應(yīng)及時(shí)安裝相應(yīng)的橡膠止水膠帶，做好補(bǔ)水泵站取水口的澆筑防水工作，確保補(bǔ)水泵站的施工質(zhì)量和施工效率。其二，當(dāng)補(bǔ)水泵站取水口混凝土固化完成后需要對(duì)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，只有混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足施工要求后才可繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)工作，當(dāng)檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度不足時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取相關(guān)措施予以補(bǔ)救。等到混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足施工要求后及時(shí)將逆作井支護(hù)進(jìn)行拆除，做好施工前期的駁岸拆除恢復(fù)工作，利用防水砂漿和磚石進(jìn)行駁岸的修復(fù)和重構(gòu)，使得補(bǔ)水泵站補(bǔ)水口能夠與駁岸實(shí)現(xiàn)有效連接。當(dāng)補(bǔ)水泵站的砌石駁岸強(qiáng)度滿(mǎn)足施工設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)將取水口和出水口的管道進(jìn)行充分連接，并用粗砂進(jìn)行孔隙的填充。

4.6 駁岸修復(fù)

當(dāng)補(bǔ)水泵的補(bǔ)水口混凝土強(qiáng)度滿(mǎn)足施工要求后，需要及時(shí)將逆作井的護(hù)壁混凝土進(jìn)行及時(shí)拆除，對(duì)駁岸進(jìn)行科學(xué)修復(fù)和管理。采用防水砂漿進(jìn)行縫隙的有效填充和銜接，當(dāng)砌石駁岸達(dá)到一定要求后與出水管進(jìn)行連接，填充孔隙并回填。最終的施工工藝為將土袋圍堰有效拆除后對(duì)河道進(jìn)行恢復(fù)。

4.7 效果分析

對(duì)于本次項(xiàng)目施工，補(bǔ)水泵的補(bǔ)水口高度高于6.5米，由于補(bǔ)水泵與駁岸相鄰且與河道距離較近，因此，在實(shí)際的補(bǔ)水口施工過(guò)程中，需要做好維護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作。為此，如果將圍護(hù)結(jié)構(gòu)增加至兩個(gè)時(shí)，不僅增加了整體施工成本，更延長(zhǎng)了施工工期。一方面，由于補(bǔ)水泵站和補(bǔ)水口的距離相對(duì)較近，如果都進(jìn)行逆作井操作時(shí)，容易出現(xiàn)交圈問(wèn)題，進(jìn)而影響施工進(jìn)程，即便不將拆除護(hù)壁時(shí)間作為施工要點(diǎn)，但隨著工期的延長(zhǎng)必然會(huì)導(dǎo)致施工風(fēng)險(xiǎn)的加大。與此同時(shí)，施工方式的不同對(duì)工程造價(jià)也具有不同的影響，對(duì)于補(bǔ)水泵施工來(lái)說(shuō)，為盡量降低施工成本，需要在滿(mǎn)足施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行工程的合理優(yōu)化，通過(guò)采取逆作井等施工工藝的方式，在保證施工進(jìn)度的同時(shí)，提高施工效率。另一方面，補(bǔ)水泵站的施工從土地平整、養(yǎng)護(hù)到順利投入使用，時(shí)間一共達(dá)到80天，其中，在進(jìn)行逆作井施工時(shí)的時(shí)間就達(dá)60天，逆作井的施工主要包括開(kāi)挖、護(hù)壁以及封底養(yǎng)護(hù)等。如果依照原有的施工設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多次圍護(hù)，則該項(xiàng)工程的工期至少需要95天，但勞動(dòng)力的投入?yún)s相差不大。所以，從成本與工期的角度來(lái)說(shuō)，優(yōu)化后的方案施工效果更佳。

5.結(jié)論

綜上所述，由于本次補(bǔ)水泵站項(xiàng)目施工區(qū)域的整體地質(zhì)條件較差、環(huán)境較為復(fù)雜，因而在實(shí)際的施工過(guò)程中需要做好實(shí)地勘察和施工方案的調(diào)整優(yōu)化工作。為保證補(bǔ)水泵站的整體施工質(zhì)量和施工效率，施工方在實(shí)際施工前需要對(duì)項(xiàng)目做好施工成本分析工作，確保在滿(mǎn)足施工要求、保證工程項(xiàng)目安全的條件下，通過(guò)不斷優(yōu)化施工方案的方式，提高補(bǔ)水泵站的施工效率。為后期的施工規(guī)劃和管理奠定良好的基礎(chǔ)。