面向防洪排澇的閘站施工質(zhì)量和進(jìn)度保障措施研究

秦興鋒,周 易

(江蘇省工程勘測(cè)研究院有限責(zé)任公司,江蘇 揚(yáng)州 225000)

0 引 言

我國(guó)地處亞洲東部及太平洋西岸,大陸性季風(fēng)氣候顯著。每到夏季,我國(guó)秦嶺-淮河以南地區(qū)多發(fā)生洪澇災(zāi)害,洪澇災(zāi)害對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全,都會(huì)造成嚴(yán)重的危害[1]。洪澇災(zāi)害固然可怕,但若能針對(duì)汛期各區(qū)域的降雨特征及河流情況,修建一定數(shù)量的防洪排澇閘口,提前預(yù)防汛期河流量暴增的情況,就可以保護(hù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全,使其免受洪澇災(zāi)害的影響。因此,防洪排澇閘口的修建具有重要意義。在工程具體實(shí)施中,不僅需要保證閘口的修建質(zhì)量,還需要保證閘口的修建進(jìn)度[2]。江蘇省地處淮河流域,多平原洼地,易受洪澇災(zāi)害的影響,當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)水利工程較多。因此,本文對(duì)蘇州地區(qū)金山浜閘口進(jìn)行分析研究,并提出施工質(zhì)量及進(jìn)度的保障措施。

1 防洪閘口施工質(zhì)量及進(jìn)度保障研究

1.1 項(xiàng)目關(guān)鍵線路質(zhì)量保障研究

金山浜閘站位于獅山橫塘街道金山浜連接京杭大運(yùn)河的河口,距離大運(yùn)河80m,現(xiàn)狀高新區(qū)航道管理處位置。金山浜閘站為新建閘站,工程布置為節(jié)制閘口門凈寬16m,泵站設(shè)計(jì)排澇流量10m3/s,總流量15m3/s(2用1備),采用閘站合建的布置方式。

堤防的修建質(zhì)量決定了防洪閘口的使用壽命。因此,閘口修建中,堤防的質(zhì)量保障是重中之重。堤防的修建需要考慮河底高程、河底寬度、河道邊坡等因素的影響,這些重要因素基本都可以在河道斷面截圖中獲取,在河流的斷面截圖中,可以清晰地了解到河流除流量以外的所有信息[3]。防洪閘口的修建過(guò)程中,質(zhì)量保障主要包括施工圍堰安全質(zhì)量、降排水質(zhì)量、基坑圍封防滲體系質(zhì)量以及基礎(chǔ)工程質(zhì)量4個(gè)方面。閘口修建時(shí),圍堰建筑需要修建在內(nèi)河側(cè)及外河側(cè),其中內(nèi)河側(cè)的圍堰設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 內(nèi)河側(cè)圍堰設(shè)計(jì)圖

內(nèi)河側(cè)圍堰建筑設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單,圍堰整體高5.00m,在高4.30m的位置需要使用鋼絲繩對(duì)拉,對(duì)堰體進(jìn)行加固,在圍堰右側(cè)需要進(jìn)行黏土填筑,填筑高度約3.50m,圍堰的整體樁長(zhǎng)約9m,其水下部分長(zhǎng)4.00m。內(nèi)河側(cè)圍堰修筑完成后,還需要修筑外河側(cè)圍堰,外河側(cè)圍堰較內(nèi)河側(cè)圍堰更為復(fù)雜。外河側(cè)圍堰的黏土填筑在圍堰左側(cè),填筑高度也為3.50m,外河側(cè)圍堰需在堰頂位置進(jìn)行鋼絲繩對(duì)拉,且需要在堰頂修筑一個(gè)子堰,子堰堰頂寬度不小于50cm。外河側(cè)圍堰的兩側(cè)樁長(zhǎng)是不一致的,其左側(cè)樁長(zhǎng)為9m,水下部分長(zhǎng)3.50m;右側(cè)樁長(zhǎng)為12m,水下部分長(zhǎng)6.5m,具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2[4]。

圖2 外河側(cè)圍堰設(shè)計(jì)圖

研究采用瑞典條分法,對(duì)圍堰安全系數(shù)進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式如下[5]:

(1)

式中:Fs為安全系數(shù);Ci為圍堰滑面上土的黏聚力;φi為圍堰滑面內(nèi)摩擦角;αi為土條傾角;Wi為土條體積質(zhì)量。

圍堰施工通常采用流水作業(yè)法,主要施工流程為測(cè)量放樣、清淤、打樁、安放土工格柵及防滲膜、安裝對(duì)拉螺紋鋼、建筑壩體等。施工期的降排水也是非常重要的,降排水主要包括河道明水排除、建筑降排水、工場(chǎng)區(qū)排水等,排水方案的設(shè)計(jì)需要根據(jù)雨水特點(diǎn)及降雨對(duì)工程的影響來(lái)進(jìn)行。主體建筑排水采用井點(diǎn)降水技術(shù),井點(diǎn)管的埋設(shè)深度計(jì)算公式如下:

HA≥H1+h+iL

(2)

式中:HA為埋設(shè)深度;H1為總管平臺(tái)面至基坑底面的距離;h為基坑底面2到降低后水位線的距離;i為水力坡度;L為井點(diǎn)管到基坑中心的水平距離。

基坑圍封防滲是施工區(qū)安全保障及工程質(zhì)量的重中之重。大多數(shù)工程的基坑圍封防滲都采用雙排雙軸水泥攪拌樁,施工前需要對(duì)防滲材料進(jìn)行滲透試驗(yàn),確保材料的滲透系數(shù)低于4.0[6]。閘口的基礎(chǔ)工程中,主要包括灌注打樁和地下連續(xù)墻施工,其中灌注打樁是關(guān)鍵,因此樁體質(zhì)量檢驗(yàn)需要在施工過(guò)程中分批次進(jìn)行。樁體質(zhì)量檢測(cè)主要檢測(cè)狀態(tài)完整性及單樁的豎向承載力,其中完整性檢測(cè)方法采用低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法;豎向承載力的檢測(cè)方法則采用高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)法[7]。

為了確保灌注樁質(zhì)量,研究提出以下措施:①降低樁口排水工作,使施工位置水位滿足樁機(jī)打孔需求;②打孔時(shí),不斷置換泥漿,保持漿液面的穩(wěn)定;③灌注樁砼時(shí),對(duì)孔洞進(jìn)行第二次清洗,并檢測(cè)洞內(nèi)泥漿性能;④砼澆筑至設(shè)計(jì)高度以下4m時(shí),使用振搗器進(jìn)行振搗密實(shí);⑤技術(shù)人員全程跟隨施工現(xiàn)場(chǎng),并做好現(xiàn)場(chǎng)原始記錄。

為了保證施工人員的安全,地下連續(xù)墻需要在該部位的方樁施工結(jié)束后進(jìn)行,避免在施工過(guò)程中出現(xiàn)擠土效應(yīng)。地下連續(xù)墻施工是在泥漿護(hù)壁的保護(hù)下,挖出一條狹長(zhǎng)深槽,在深槽中澆筑混凝土,形成一道連續(xù)的墻壁。為了保障地下連續(xù)墻的質(zhì)量,研究提出以下措施:①施工前,結(jié)合相關(guān)建筑結(jié)構(gòu)的外墻定位圖進(jìn)行位置校驗(yàn),校驗(yàn)無(wú)誤后,方可挖導(dǎo)槽施工筑墻;②成槽機(jī)的軌道標(biāo)高需要保持一致,并由技術(shù)人員隨時(shí)校驗(yàn)成槽機(jī)的垂直度,若有傾斜,即刻調(diào)整;③連續(xù)墻澆筑使用的鋼筋架,應(yīng)在專用平臺(tái)搭建,并且鋼筋架中需要桁架其他附屬鋼筋架,以保證其剛度;④混凝土連續(xù)澆灌時(shí),間隔不超過(guò)1h。

1.2 項(xiàng)目總工期進(jìn)度保障研究

枯水期來(lái)臨時(shí),河流水位下降、河道變窄、大片的河床及石頭裸露在外,此時(shí)有利于開(kāi)展修建閘口工程的前期準(zhǔn)備工作,可以大幅縮短項(xiàng)目完成修建所需時(shí)間[8],閘口的整個(gè)修建過(guò)程大約耗時(shí)一年零四個(gè)月。在枯水期時(shí),河道的排水清淤工作開(kāi)展較為簡(jiǎn)單,因此在河流枯水期來(lái)臨時(shí),應(yīng)當(dāng)首先開(kāi)展圍堰修筑工作,圍堰修筑完成之后,就可較為安穩(wěn)快速地開(kāi)展工程的其他項(xiàng)目,所以防洪排澇工程應(yīng)當(dāng)在淮河流域的枯水期來(lái)臨時(shí)開(kāi)始施工。

由于防洪排澇閘口工程是閘口結(jié)合建筑物的工程,因此工程的關(guān)鍵線路為臨時(shí)工程、圍堰、基坑支護(hù)及基礎(chǔ)工程、閘站土建施工、設(shè)備安裝、資料整理及掃尾。為了進(jìn)一步對(duì)項(xiàng)目工期進(jìn)行優(yōu)化,研究將整個(gè)工程分為兩個(gè)工序:第一工序?yàn)楸檬夜こ淌┕すば?第二工序?yàn)殚l室工程施工工序。第一工序包括圍堰填筑、基坑支護(hù)、土方開(kāi)挖、閘站底板結(jié)構(gòu)、泵室墩墻及進(jìn)出水流道結(jié)構(gòu)施工,高程1.0以上的結(jié)構(gòu)、設(shè)備安裝及房屋建筑;第二工序與第一工序較為相似,具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3[9]。

圖3 工序流程圖

為了保障項(xiàng)目的整體進(jìn)度,研究將整個(gè)項(xiàng)目工期分為工期計(jì)劃及進(jìn)度計(jì)劃,其中進(jìn)度計(jì)劃又分為技術(shù)保障措施、資源保障措施和施工環(huán)境及條件保障措施。工期計(jì)劃主要是管理組織的保障措施,該保障措施分為3點(diǎn):①精干人員統(tǒng)一管理;②強(qiáng)化責(zé)任制的建立與考核;③加強(qiáng)員工的精神文明建設(shè)。第一項(xiàng)措施是指選調(diào)具有類似工程施工經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任心強(qiáng)的各類專業(yè)管理人員,組成項(xiàng)目經(jīng)理部;第二項(xiàng)措施是指構(gòu)建健全的項(xiàng)目管理機(jī)構(gòu),明確各部門及各崗位的基本職責(zé),保證項(xiàng)目工程的施工進(jìn)度得到控制及調(diào)整,使各階段的工期滿足總進(jìn)度工期的要求;第三項(xiàng)措施是指項(xiàng)目進(jìn)行時(shí),定期開(kāi)展員工文化、娛樂(lè)活動(dòng),提高員工的生活質(zhì)量,改善工作環(huán)境,開(kāi)展比速度、比質(zhì)量、比安全的勞動(dòng)競(jìng)賽活動(dòng),調(diào)動(dòng)員工的工作熱情及工作積極性。

進(jìn)度計(jì)劃控制的技術(shù)保障措施主要是加強(qiáng)員工的技術(shù)培訓(xùn),提高作業(yè)人員的工作效率,詳細(xì)調(diào)查并研究工程地質(zhì)和氣象資料,依據(jù)技術(shù)管理程序,制定切合本工程特點(diǎn)的各階段施工技術(shù)方案及應(yīng)急措施,并在施工進(jìn)行過(guò)程中結(jié)合實(shí)際情況,不斷地對(duì)技術(shù)方案及施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。進(jìn)度計(jì)劃控制的施工環(huán)境及條件保障措施是指在連續(xù)施工、全天候施工時(shí),要加強(qiáng)施工的降排水工作,提高土方工程的施工作業(yè)效率,改善基礎(chǔ)工程施工作業(yè)條件,并在施工開(kāi)始后,加強(qiáng)與當(dāng)?shù)卮逭?、?zhèn)政府的溝通及協(xié)調(diào),確保施工材料等資源順利進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng),削減不必要的停工現(xiàn)象,保證項(xiàng)目的順利進(jìn)行。除上述措施外,研究還制定了趕工措施,提升整個(gè)項(xiàng)目工期的容錯(cuò)率。若某個(gè)施工階段未能如期完成,可在確保安全的情況下,采取雨季施工或增加勞動(dòng)力的投入[10]。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

研究在設(shè)計(jì)構(gòu)建上述措施后,為了確定改進(jìn)措施是否有效,隨機(jī)抽查部分基樁,確定未使用改進(jìn)措施的基樁承載力以及使用改進(jìn)措施后的基樁承載力,結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 基樁承載力對(duì)比

由圖4(a)可知,隨機(jī)抽取的20個(gè)基樁,其承載力變化較小,極差為5kN,承載力最高為252kN,有3個(gè)基樁達(dá)到該水平;承載力最低為247kN,只有一個(gè)基樁的承載力為該水平。未采取改進(jìn)措施時(shí),基樁的平均承載力為249.55,此時(shí)最大承載力與平均承載力的差值為2.45kN,最小承載力與平均承載力的差值為2.55kN。由圖4(b)可知,隨機(jī)抽取的20個(gè)基樁,承載力變化幅度不大,極差為5kN,承載力最高為303kN,僅有一個(gè)樁達(dá)到該水平;承載力最低為298kN,有3個(gè)樁為該水平。采取改進(jìn)措施后,基樁的平均承載力為302.2kN,此時(shí)最大承載力與平均承載力的差值為0.8kN,最小承載力與平均承載力的差值為4.2kN。采用改進(jìn)措施后,基樁承載力平均提升52.65kN,提升率為21.1%?？梢钥闯?采用研究提出的改進(jìn)措施后,基樁質(zhì)量提升較為明顯,表明研究提出的質(zhì)量保障措施切實(shí)有效。

除基樁承載力的對(duì)比之外,研究還進(jìn)行了地下連續(xù)墻的沉降量對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 地下連續(xù)墻沉降量對(duì)比

由圖5(a)可知,沉降量隨著距坑邊距離的增加而增加,當(dāng)距坑邊距離為10～12m時(shí),沉降量達(dá)到最大,且此時(shí)墻體沉降量增加最少;距坑邊10m時(shí),沉降量為19.66mm;距坑邊12m時(shí),沉降量為19.84mm,沉降量增加0.18mm。當(dāng)距坑邊距離由0增至2m時(shí),墻體沉降量增加較大,此時(shí)墻體沉降量增加4.78mm。采用改進(jìn)措施后,整個(gè)連續(xù)墻的平均沉降量為14.67mm。

由圖5(b)可知,地下連續(xù)墻的沉降量變化與圖5(a)一致,均在距坑邊距離為10～12m時(shí),沉降量達(dá)到最大,且沉降量增加最小;距坑邊距離為10m時(shí),沉降量為19.52mm;距坑邊距離為12m時(shí),沉降量為19.28mm,墻體沉降量增加0.24mm。當(dāng)距坑邊距離由0增至2m時(shí),墻體沉降量增加較為迅速,此時(shí)墻體沉降量增加4.92mm。未采用改進(jìn)措施后時(shí),整個(gè)連續(xù)墻的平均沉降量為14.06mm。

可以看到,在使用改進(jìn)措施后,連續(xù)墻的沉降量增大了。研究認(rèn)為,連續(xù)墻的質(zhì)量保障措施會(huì)導(dǎo)致墻體整體密度增加,導(dǎo)致墻體變重,因此在使用改進(jìn)措施后,連續(xù)墻會(huì)出現(xiàn)沉降量增加的問(wèn)題。研究在驗(yàn)證了質(zhì)量措施后,將采用進(jìn)度保障措施的施工工期與未采用進(jìn)度保障措施的施工工期進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果見(jiàn)圖6。

由圖6(a)可知,工期最長(zhǎng)的項(xiàng)目是上下游高程平臺(tái)的施工,該項(xiàng)目需要兩個(gè)月的施工時(shí)間;其次是灌注打樁施工,該項(xiàng)目的施工時(shí)間為48天;工期最短的項(xiàng)目是施工準(zhǔn)備、搭建臨時(shí)建筑及臨時(shí)建筑拆除,這3個(gè)項(xiàng)目的工期均為10天;其余工程項(xiàng)目的施工時(shí)間均在三者之間。由圖6(b)可知,在采用進(jìn)度保障措施后,工期最長(zhǎng)的項(xiàng)目仍是上下游平臺(tái)施工,但其工期由60天縮減至40天,減少20天的工期,效率提升約30%;除上下游平臺(tái)施工外,較長(zhǎng)的項(xiàng)目為灌注打樁施工,但其工期縮短至35天,減少13天,效率提升約27%;工期最短的項(xiàng)目為臨時(shí)建筑拆除,其工期僅為5天;其他大部分項(xiàng)目的工期在采用改進(jìn)措施后,均有所縮減。從工程整體來(lái)看,采用進(jìn)度保障措施后,工期共縮短53天,效率提升約22%。因此,研究提出的工期進(jìn)度保障措施,僅適用于工期較長(zhǎng)的項(xiàng)目,工期較短的項(xiàng)目基本不受影響。

3 結(jié) 論

針對(duì)防洪排澇閘口修建工程的質(zhì)量及進(jìn)度保障,本文提出了部分改進(jìn)措施。結(jié)果顯示,研究提出的質(zhì)量改進(jìn)措施,將工程中的基樁承載力提升約21.1%,原基樁的平均承載力為249.55kN,采用質(zhì)量改進(jìn)措施后,基樁承載力為302.2kN。地連墻的強(qiáng)度有所提升,經(jīng)質(zhì)量保障措施改進(jìn)后,地連墻的沉降量增加0.61mm,而墻體寬度及高度無(wú)變化。工程效率獲得提升,未采用進(jìn)度保障措施的情況下,工程主要項(xiàng)目工期共238天;若采用進(jìn)度保障措施,工程主要項(xiàng)目工期為185天,工程的整體效率提升約22%。