河道治理控導工程磨盤壩施工技術探究

魏雙超

(中國水電建設集團十五工程局有限公司,陜西 咸陽 712000)

0 引言

河道的流場、岸線演變、河床沖淤和分流比在不斷的發(fā)生變化,對于城市的規(guī)劃建設造成一定局限,而控導工程能有效的導順水流保護岸線減緩河床沖淤和穩(wěn)定分流比,創(chuàng)造更加合理的空間規(guī)劃和資源整合利用。

1 技術難點分析

磨盤壩布置于河道彎道外側,壩基礎高程設計深入老河道底深泓2 m以下,基礎地質情況較為復雜;并且經過常年河水沖刷,岸邊土質邊坡垮塌嚴重,部分磨盤壩位置出現(xiàn)在現(xiàn)狀河道中央,造成壩腔必須進行回填的狀況,增加了施工難度。同時結合總工期調整及磨盤壩沿河施工必須在枯水期作業(yè)的要求,壩體砌筑施工強度大大增加。

因此通過磨盤壩開挖、基礎降水、砌筑的施工技術研究與應用,總結出一套合理、切實可行并具有可操作性的施工工藝來指導現(xiàn)場生產,以達到操作方便、安全,施工高效的目的,為同類型工程提供指導性經驗。

2 主要研究方向

2.1 研究深水條件下壩基開挖降水、基礎處理

針對磨盤壩處于河道中間,且無法采用明渠導流,要創(chuàng)造干地作業(yè)條件,處理深水條件下壩基開挖降水、基礎處理施工。

2.2 研究磨盤壩腹腔邊坡為回填段時的高效施工工藝

若壩體腹腔為填筑形成,勢必在施工過程賓格籠石與壩腔土方回填存在相互交叉作業(yè),如果安排不合理將極大程度造成窩工情況,不利于施工進度及成本控制,所以急需總結出在減小相互施工干擾的情況下,保證回填施工質量、同時加快賓格籠石砌筑施工效率。

2.3 研究流沙條件下壩基格賓籠石施工技術

根據地質編錄,本工程盧家村4#磨盤壩基礎位于流沙地質層,針對流沙層磨盤壩基礎處理的方案。

3 方案分析及結論

3.1 深水條件下壩基開挖降水、基礎處理

針對盧家村磨盤壩處于河道中間,因征地問題且無法開挖導流明渠,要創(chuàng)造干地作業(yè)條件,必須解決深水條件下壩基開挖降水、基礎處理施工,根據以往類似工程的施工經驗,提出了以下方案。

3.1.1 采用拉森鋼板樁圍堰

沿磨盤壩基礎開挖邊線修筑鋼板樁施工機械工作平臺(考慮后續(xù)磨盤壩施工道路),然后施打鋼板樁。根據現(xiàn)狀河道高程,擬采用12 m長拉森鋼板樁,打入樁頂距水面50 cm時停止。利用鋼板樁合攏形成封閉擋水圍堰,并及時將鋼板樁右側磨盤壩區(qū)域積水進行抽排,形成干地施工。壩基開挖完成后將形成3.5 m深的擋水圍堰。但本工程為線性工程,基坑較長,使用鋼板樁圍堰成本較高,同時施工區(qū)緊鄰村落民居,打樁會產生很大的噪音,對周邊環(huán)境造成影響。

3.1.2 采用河道內筑島方式

根據磨盤壩所處位置、河道現(xiàn)狀、河道寬度、磨盤壩侵占河道范圍及工期要求,采用在枯水期河道內筑島、修筑順水土石圍堰進行施工。首先在河道右側筑島碾壓,形成施工道路和回填平臺,并在縮窄的河道圍堰迎水側鋪設土工膜和砼樁頭解決水流對圍堰的沖刷和減小磨盤壩基坑開挖時的滲流及基坑邊坡的安全。基坑開挖的泥土棄至上游河灘岸邊,開挖一段,驗收一段,磨盤壩施工一段。本方案投資經濟、操作簡便,相對比鋼板樁能夠較好適應各類復雜地質情況。通過生產性試驗,此方案可行,且施工速度較快,費用較低。

3.1.3 管井降水

由地勘報告的地質狀況、滲流系數,建立潛水非完整井、遠離邊界模型,計算出處基坑總涌水量,確定降水井的數量和埋深。并在趙家堡磨盤壩群進行生產性試驗,但是由于本工程位于原涇河古河床,地下2 m左右存在淤泥層,導致基坑中的水難以經過管井排除,降水效果較差,降水周期較長。

3.1.4 集水明排

壩基底部迎水側兩端坡腳設置排水溝,每隔50 m開挖龍頭坑,采用7.5 kw污水泵進行排水,100 m為一段,分階段開挖、分階段排水。通過生產性試驗,此方案可行,且施工速度較快,費用較低。

3.1.5 壩基軟基采用拋石處理

全線87座磨盤壩要求在一個枯水期施工完成,施工強度高、任務重。若出現(xiàn)軟基情況,通常處理方法為素土換填法、灰土換填、碎石換填、或者強夯法,但根據工程所處的地質條件,滲水量大,素土換填和灰土回填法,以及強夯法不能科學合理用于本工程。因此選擇采用拋石處理,盡可能考慮采用地材,便于料源供貨充足,同時可利用拋石后的空隙形成水流通道,便于積水抽排。

3.1.6 成果分析

經過對方案的比選和生產性試驗,確定采用河道內筑島、修筑順水土石圍堰更適合磨盤壩處于深水情況下,同時采取集中明排及拋石處理效果較好。深水修筑磨盤壩采用河道內筑島此方案投資經濟、操作簡便,相對比鋼板樁能夠較好適應各類復雜地質情況。通過生產性試驗,此方案可行,且施工速度較快,費用較低;并且本工程在地質勘察報告不太詳細的情況下,采取這種辦法適應性更強。壩基降水采用集中抽排可調節(jié)性強,能夠適應局部大多情況,再加上拋石間隙形成的水流通道,更加快速、高效的達到降水目的。

3.2 壩體腹腔為回填部分時的處理方案

3.2.1 采用壩體腹腔一次填筑

一次填筑到壩頂的方式,待全部填筑完成后再進行刷坡,按照常規(guī)開挖段施工順序進行磨盤壩砌筑。不同的是,邊坡開挖段會在磨盤壩外側形成臨時道路用于石料運輸;而回填段情況,一次填筑到頂,壩體外側無臨時道路,無法形成石料運輸道路,需增加施工道路填筑工程量。此方法雖然可行,但是工程量會增大,同時填筑過程周期長,將導致砌筑施工人員窩工情況。

3.2.2 采用逐層填筑、砌筑循環(huán)作業(yè)思路

3.2.3 成果分析

經過對方案的比選和分析,確定采用壩體回填與籠石砌筑交替作業(yè)效果較好,并遵循以下施工方式:根據現(xiàn)場施工機械能力,決定采取每4 m高程范圍為一個層,形成一個作業(yè)循環(huán),先進行壩腔土方回填,碾壓完成后進行土工布鋪設及碎石鋪設,最后進行邊坡籠石施工,按照此方式施工到壩頂?？蓽p小填筑工程量,同時交替作業(yè)避免砌筑施工人員長時間窩工,既可有效控制施工成本,也可加快施工進度。

3.3 流沙條件下壩基格賓籠石施工技術

3.3.1 采用大開挖方式

根據磨盤壩位置所處地形,由現(xiàn)狀地面開挖至磨盤壩基礎底高差約19 m,若采用大開挖,放緩坡比,根據現(xiàn)場實際情況開挖開口線將受到周圍包茂高速(緊鄰包茂高速路基)及墳墓的制約,無法放大邊坡開口線,則此方案現(xiàn)狀不可行。

3.3.2 采用拉森鋼板樁進行基坑支護

根據現(xiàn)狀開挖高程,若采用鋼板樁進行基坑支護,需采用12 m長拉森鋼板樁,確保開挖深度6 m。存在弊端:在進行鋼板樁支撐開挖后,鋼板樁上部外側均為流沙、極不穩(wěn)定,流沙給予鋼板樁四周向內的側應力,經現(xiàn)場勘探后,不利于鋼板樁穩(wěn)定,存在安全隱患,則此方案不可行。

3.3.3 采用進占開挖方式

根據目前地質情況,考慮從砂層影響較小的區(qū)域先進行壩基開挖,開挖后及時砌筑基礎賓格籠石,并完成籠石土方回填。形成開挖一段、砌筑一段、穩(wěn)固一段的進占施工思路,逐步向端頭岸坡鑲嵌處施工。本方案投入成本相對較小,并且不需要占用大面積耕地,減小占地征地壓力。

3.3.4 成果分析

經過對方案的比選和分析,在施工空間受限、投資控制嚴格的情況下,確定磨盤壩流沙基礎采用分段開挖、進占砌筑的思路逐步向前推進,減少砂層擾動,開挖后迅速進行格賓籠石砌筑,防止開挖基礎長時間放置、流沙垮塌導致基礎填埋。此方案既可有效控制施工成本,也可便于現(xiàn)場操作。

4 效益分析

借助本工程,通過方案優(yōu)化、生產性試驗實施,有效控制施工成本。深水條件下采用河道內筑島、修筑順水土石圍堰開挖代替鋼板樁圍堰施工,有效降低成本;壩基軟基處理中,有效利用當地地材,施工簡便、效率高,原材料成本得以控制;對于交叉作業(yè),采取每4 m高程范圍為一個作業(yè)循環(huán),先進行壩腔土方回填,碾壓完成后進行土工布鋪設及碎石鋪設,最后進行邊坡籠石施工,減少了邊坡一次填筑成型造成的人員、設備窩工費用,有效降低后期因窩工產生的索賠風險;壩基流沙基礎采用分段開挖、進占砌筑方法,不僅解決了施工技術難題,更是有效節(jié)約了施工成本,加快了施工進度。

5 結語

隨著城市人民物質生活和精神生活水平的不斷提高,人們對居住環(huán)境的要求也越來越高,親近水、傍水而居已經成為了人們居住愿望的主要趨勢。因此沿河的開發(fā)建設也越來越多,河道治理對城市的規(guī)劃建設至關重要,加快了治理的步伐。

控導工程作為重要部分,能有效的導順水流、保護岸線,減緩河床沖淤和穩(wěn)定分流比,發(fā)揮著舉足輕重的作用。本文針對控導工程磨盤壩施工技術進行了認真分析,對于不同施工條件下進行方案對比、總結,在實施后具有良好的社會經濟效益,值得在類似工程中大力推廣。