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水電站改造工程施工方案范文1
Abstract： Based on the construction characteristics of the Underwater cofferdam in the geological area of the large-grained pebble soil in Sichuan area， this paper analyzes and compares the different construction technologies of the railway bridge cofferdam on the seasonal river， mainly on the clay sandwich cofferdam， single wall Steel cofferdam and double-wall steel cofferdam， analyzes the various unfavorable factors and solutions in the construction process， and sums up the advantages and applicability of various construction techniques of cofferdam construction in pebble soil area， which provide reference for the similar construction.
關鍵詞：卵石土；基坑；承臺；圍堰
Key words： pebble soil；foundation pit；bearing platform；cofferdam
中圖分類號：U445.55 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）18-0128-03
0 引言
在四川地區的鐵路大型橋梁施工中，經常需要跨越河床地質情況復雜的大型河流，河床表面多為大粒徑卵石且強度大、數量極多、夾雜砂質黏土。由于地處西南地區的四川盆地，每年汛期早且持續時間極長，同時河道上下游均有梯級開發建設的水電站，因此造成水文條件極為復雜，每年的施工時間僅為枯水季節的短短幾個月，工期壓力極大，未知因素極多。在以往工程案例中多采用雙壁鋼圍堰法施工水中承臺，需要大型加工場制造圍堰、利用拖船運輸至橋位、船吊組拼、下放、抽水下沉。但此種施工方法卻因受有效時間、地形條件、水上交通條件等因素限制，存在施工組織復雜、施工資源投入大、安全風險高等不利因素。
1 工程概況
新青衣江特大橋為單線橋，設計起點里程DK138+073.93至終點ZDK140+176.69，中心里程為DK139+409.4，橋梁全長2102.76m。上部橋跨結構為7-32+3-24+16-32+（32+48+32）m連續梁+5-32+1-24+1-32+（40+4×64+40）m連續梁+18-32，其中26#-29#墩之間為一聯跨堤（32+48+32）m連續梁；36#-42#墩之間為一聯跨江（40+4×64+40）m連續梁。全橋共計285根鉆孔樁，61個墩臺身及兩聯連續梁。本橋為新建成昆鐵路成都至峨眉段擴能改造工程跨越青衣江的重點控制性工程。
其中37#-40#墩位于深水區，承臺施工是本橋的難點及控制性工程，承臺施工時受水文條件控制，最佳施工時間為枯水期，時間短、工程任務量大。青衣江河道在橋位處上下游均有大型水利發電設施，人為增加了流量、流速、水位的不確定性，無法根據降雨、升溫融雪等氣象條件對水文條件進行預測及預判。
本橋位于青衣江夾江段，橋位上游為既有成昆線上的青衣江特大橋，河流受上游橋梁基礎影響，具有較大河岸沖刷現象，造成該處河水較為湍急且流量大。37-40#墩處河床沉積物松散～稍密，地質條件為表層1-3m卵石層，下部3-40m為泥巖夾砂巖。
本橋跨越青衣江，受通航控制設計，通航等級為Ⅶ級。
水文資料：Q1/100=18200m3/s；H1/100=414.35m；V1/100=3.65m/s；H最高通航水位=410.7m；Q1/300=20300m3/s；H1/300=415.03m。
2 圍堰施工條件
根據現場實際水文、地質情況，考慮施工周期及橋梁結構特點和節點工期安排，前期選定水上搭設棧橋、利用施工平臺施工鉆孔樁的方案，承臺施工選用雙壁鋼圍堰方案，為先平臺后圍堰法。在雙壁圍堰施工時遇到以下不利條件：
①青衣江通航等級為Ⅶ級，河道上下游均有水電站，大型拖船、船吊等設備無法進場施工。
②由于上游為既有成昆線的青衣江特大橋，施工時增加了鄰近既有線施工的諸多不利因素影響，增加了大量安全風險源。
③由于雙壁鋼圍堰設計時考慮的施工水位為十年一遇，根節點工期需要在主汛期前完成承臺施工，加大了施工組織難度和需要增加大量的機械、材料等施工資源。
有利條件為前期鉆孔樁施工順利，承臺開始施工時間較預定工期提前，此時正值枯水期且水位處于較低值。由于青衣江主要水文特點是季節性河流，枯水期的河床地貌與設計期（常水位）地貌相比主河道急劇變窄，大量河床，水位很低，流速較慢。
3 圍堰施工方案
根據現場的實際情況，深水區的4個承臺的圍堰采取了4套不同的施工方案。37#墩采用黏土夾心圍堰；38#、40#墩采用單壁鋼圍堰；39#墩采用雙壁鋼圍堰（高9m）配合真空射水吸泥下沉。
3.1 黏土夾心圍堰施工方案
由于處于枯水期，施工水位極低，37#承臺本就位于淺灘處，河床已全部，施工時已不需要采用雙壁鋼圍堰。根據現場實際情況及時調整了施工方案。采取利用路基挖方外棄黏土與卵石同填筑黏土夾心圍堰止水方案，此種方案的優點為實施速度快、機械設備投入少、經濟性強。
施工工藝為：2臺挖掘機開挖基坑，同時在基坑外側填筑黏土圍堰，圍堰主體材料為路基挖方的外棄黏土，土圍堰內部鋪設2層厚度0.12mm的塑料布作為隔水材料。基坑開挖到位后，開始采用6臺500m3/h水泵抽水作業，隨著水位下降及時堵漏，初期抽水耗時約3天，待降水至基坑底部時H存少量流水點，采用單臺水泵在基坑內集水坑處連續運轉即可滿足施工降水要求。基坑內壁存在薄弱點可采用堆碼裝滿黏土的編織袋進行加固處理，經過降水與加固后，基坑內具備承臺施工的條件可轉為類似陸地承臺正常施工。
3.2 單壁鋼圍堰方案（岸上組拼、整體吊裝）
38#承臺位于河道靠近主河道部分，但由于施工時間在枯水期，水位不高采用單壁鋼圍堰即可滿足止水、擋水條件，38#墩鋼圍堰采用陸地拼裝成型，300T吊機一次整體吊裝就位。
單壁鋼圍堰高度為6m，整體尺寸為13.5m*9m，圍堰面板為10mm厚鋼板，背肋為I16工字鋼，中間加設∠75*75角鋼加強。圍堰采用分層、分塊在加工廠制作，運送至現場，首先拼裝成單側整體即圍堰的四周面板。第二步為在預先選定的圍堰拼裝場地內將四塊圍堰面板拼裝成整體圍堰，同期進行承臺基坑的開挖和圍堰下放位置的清理；第三步為300T吊機一次整體吊裝就位；第四步為圍堰內混凝土封底，封底完成后分層抽水、堵漏、安裝圍堰內支撐。以上步驟完成后承臺施工進入與陸上承臺施工相同工藝流程。
3.3 單壁鋼圍堰方案（鋼護筒上組拼、導鏈下放）
40#承臺位于河道靠近主河道部分，但由于施工時間在枯水期，水位不高采用單壁鋼圍堰即可滿足止水、擋水條件。40#墩單壁鋼圍堰利用既有鋼護筒搭建拼裝平臺，拼裝成型后利用4個20T導鏈下放。
單壁鋼圍堰高度為5m，整體尺寸為13.5m*10m，圍堰面板為10mm厚鋼板，背肋為I16工字鋼，中間加設∠75*75角鋼加強。圍堰采用分層、分塊在加工廠制作。加工圍堰同時進行承臺基坑的開挖和圍堰下放位置的河床清理，利用鉆孔樁施工時1#、4#、9#、12#四根鋼護筒作為圍堰下放的平臺。首先在鋼護筒下部焊接牛腿并安裝工字鋼作為拼裝的下平臺，在鋼護筒頂部安裝四根I36工字鋼作為下放平臺，平臺四角安裝四個20T倒鏈作為下放裝置。圍堰單片運送到位后直接吊裝下放在拼裝平臺上，四片均組拼完成后，利用倒鏈下放至設計位置。采取導管法灌注圍堰內混凝土封底，封底完成后分層抽水、堵漏、安裝圍堰內支撐。以上步驟完成后承臺施工進入與陸上承臺施工相同工藝流程。
3.4 雙壁圍堰施工方案（鋼護筒上組拼、導鏈下放、射水吸泥下沉）
39#墩承臺為雙壁鋼圍堰方案，經過優化總高度有由19.4m變為9m，減少10.4m。采用2臺大功率真空泵射水抽砂及潛水員水下撈石作業下沉圍堰。
施工工藝流程：
安裝下放系統導鏈將底節雙壁鋼圍堰吊離拼裝平臺拆除底節拼裝平臺導鏈下放圍堰將雙壁鋼圍堰下沉至設計位置雙壁鋼圍堰自浮，拆除起吊系統，將雙壁鋼圍堰固定在鋼管樁牛腿上射水吸泥（潛水員撈石）雙壁鋼圍堰下沉到位固定雙壁鋼圍堰。
雙壁鋼圍堰壁厚1.2m，圍堰尺寸為14.7m*10.2m，采取分層、分塊加工制作，現場拼裝下放的施工方案。由于采取了合理的施工分塊，降低了每塊構件的重量，使用50T履帶吊即可滿足施工需要。雙壁鋼圍堰施工要點：下放前利用24m長臂挖掘機對圍堰下放位置挖槽并清理整個基坑內的卵石；圍堰初次下放后由于水中大塊卵石的影響，必須采用射水抽砂及潛水員水下撈石作業逐步下沉圍堰至設計標高；大面積圍堰內導管法水下混凝土圍堰封底；圍堰內分層抽水、安裝內支撐體系，抽水到位轉換為陸上施工模式。
4 圍堰施工方案分析、比對
青衣江特大橋的四個主墩承臺采取了四種不同圍堰施工方案，四種方案各具有優點和缺點，施工時均遇到不同的問題，也有共性的問題。
4.1 各種圍堰的優缺點
4.1.1 黏土夾心圍堰
優點：方案簡單宜行、操作簡便可行、使用大型施工機械少、可利用路基挖方外棄土、節約鋼圍堰材料。
缺點：圍堰填筑耗時較長、初期抽水量大、時間長、由于圍堰結構簡單且卵石土的透水性強施工工程中始終需要抽水。圍堰四壁的穩定性較差，存在落石、塌方等風險，需要人員盯控和及時加固。
4.1.2 單壁鋼圍堰方案（岸上組拼、整體吊裝）
優點：圍堰可以在工廠內加工制作，制作精度、質量有保證，同時在現場挖槽、清基兩條施工主線同時進行節約時間。圍堰整體拼裝、一次下放，快速、便捷。圍堰受力性能好、止水、擋水能力強，可以為后續施工創造良好、安全的施工環境。
缺點：由于圍堰較高、尺寸偏大，陸上組拼和一次吊裝難度很大，施工風險很高。圍堰在施工完成后不能全部拆除，只可局部切割回收，在河道中將會剩余部分圍堰對通航有一定影響。
4.1.3 單壁鋼圍堰方案（鋼護筒上組拼、導鏈下放）
優點：廠內加工制作與現場施工準備同期進行，可節約施工時間。分塊組拼風險小、易操作、50T吊機即可滿足施工需要。下放機具簡單、操作性強、全程可控。圍堰受力性能好、止水、擋水能力強，可以為后續施工創造良好、安全、穩定的施工環境。
缺點：組拼時全部為水上高空作業，現場焊接質量難以保證，多數焊縫均為立焊，雖然在下放前每條焊縫均經過檢測，但由于焊縫太多且檢測條件受限，局部焊縫還是有漏水問題出現。圍堰在施工完成后不能全部拆除，只可局部切割回收，在河道中將會剩余部分圍堰對通航有一定影響。
4.1.4 雙壁鋼圍堰方案（鋼護筒上組拼、導鏈下放、射水吸泥下沉）
優點：廠內加工制作與現場施工準備同期進行，可節約施工時間。分塊尺寸、重量合理，組拼風險小、易操作、50T履帶吊即可滿足施工需要。下放機具簡單、操作性強、全程可控。圍堰受力性能好、止水、擋水能力強，可以為后續施工創造良好、安全、穩定的施工環境。充分利用前期施工時的鋼護筒，不增加額外的下放平臺，節約材料及施工費用。
缺點：圍堰整體尺寸大且四角為異形結構，挖槽時難以開挖到位。組拼時全部為水上高空作業，現場焊接質量難以保證，多數焊縫均為立焊，雖然在下放前每條焊縫均經過檢測，但由于焊縫太多且檢測條件受限，局部焊縫還是有漏水問題出現。圍堰采取射水吸泥法輔助下沉，吸泥設備復雜、耗電量大、效率慢圍堰在施工完成后不能全部拆除，只可局部切割回收，在河道中將會剩余部分圍堰對通航有一定影響。
4.2 圍堰施工中的共同點
四種圍堰方案差別極大，首先從材質上結構形式上區分有黏土圍堰、單壁鋼圍堰、雙壁鋼圍堰三種。即使是同一結構形式的圍堰在施工過程中又采用了不同下放方法，岸上組拼、整體吊裝和鋼護筒上組拼、導鏈下放。四種圍堰的共同目的就是止水與擋水，將水中承臺施工轉化為近似陸地化的施工條件，四種圍堰均達到了預期的施工效果，順利完成施工。
三種鋼結構的圍堰在施工時均需要水下混凝土封底，這是一個施工難點，同時也是一個共性問題點。由于卵石土的透水性極強，且卵石粒徑大小不一，剛性的圍堰在下放過程中很難完全與河床面契合。三種鋼圍堰水下混凝土封底完成后在抽水過程中均會出現局部漏水問題，根據圍堰的不同結構及河床地形差異，漏水點與漏水量差異較大，整個圍堰施工過程中圍堰內止水耗費了大量精力。
38#承臺的圍堰為第一個實施封底作業的，在抽水至封底面時出現四處較大的漏水點，水流量不大，經過分析槲а嚦ㄔ詿罌槁咽上造成空隙導致封底不密實，引起漏水。采取的解決方案為在內部漏水點附近加設鋼板將漏水點包圍，圍堰內局部二次封底，徹底解決漏水問題。
40#承臺圍堰與38#承臺圍堰結構相同、河床環境相似，根據38#圍堰的施工經驗提前采取在圍堰內部投放沙袋封堵圍堰與河床間的空隙，經過封堵圍堰封底效果明顯變好，在抽水完成狀態時雖仍有漏水點，但水量小不影響后續施工。
39#承臺圍堰在施工時同樣遇到圍堰與河床間不密貼且有大卵石影響圍堰下沉，采取真空泵射水吸泥結合潛水員人工撈石的方法將大塊卵石逐一取出。在封底前潛水員將沙袋放置在圍堰與河床間的空隙處封堵，經過綜合處理39#圍堰的封底效果最好。
5 圍堰施工方案總結
針對承臺施工的不同地質、水文情況區別對待，結合實際需要采取不同的圍堰施工方案，要敢于創新、勇于突破、抓住時機，根據天時科學配合地利科學的調整施工方案。經過在新青衣江特大橋圍堰施工過程中的一系列探索與實踐，總結出一套施工方案優化的科學、可行的操作模式，值得在今后的工程實踐中不斷改進探索。
6 結語
在新青衣江特大橋圍堰施工過程中，經過一系列的方案優化的探索和實施過程中的實踐，經過總結和提煉取得了卵石土地區深水圍堰施工的寶貴經驗，形成了一種理論結合實際、天時結合地利、工期結合資源的綜合分析方法用于解決工程施工中遇到的重難點問題。通過具體實踐中取得了不錯的成果，通過優化施工方案一舉多得，實現了經濟、工期、節能、科研創新、綠色環保等重大經濟、社會效益。
參考文獻：
[1]范玉烈.青州沙溪特大橋水中墩雙壁鋼圍堰施工技術[D].石家莊鐵道學院，2007.
[2]李金鳳.涌潮作用下雙壁鋼圍堰施工期受力分析[D].江蘇省交通科學研究院股份有限公司，2012.
