移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻在沙那水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工中的應(yīng)用

(中國(guó)水電基礎(chǔ)有限公司，天津 301700)

水利水電工程防滲墻施工中，導(dǎo)墻施工是防滲墻施工的第一步,是防滲墻施工之前修建的臨時(shí)構(gòu)筑物，是防滲墻施工必不可少的部分[1]，對(duì)確定防滲墻平面位置、混凝土澆筑高程的控制、儲(chǔ)存泥漿和槽口穩(wěn)定起著重要作用。通常情況下，防滲墻施工采用的導(dǎo)墻為現(xiàn)澆混凝土導(dǎo)墻。混凝土導(dǎo)墻具有易于施工、堅(jiān)固牢靠等優(yōu)點(diǎn)[2]。但是也存在施工周期長(zhǎng)、造價(jià)較高等缺點(diǎn)，尤其在工期要求緊張、地質(zhì)情況良好且槽孔深度較淺的情況下，這種缺點(diǎn)尤為突出。而移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻則很好地彌補(bǔ)了這些不足。本文通過移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻在實(shí)際施工中的應(yīng)用，分析移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻優(yōu)缺點(diǎn)，為其今后在工程施工中的使用提供借鑒。

1 工程概述

沙那水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工第一標(biāo)段位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市巴林左旗北部浩爾吐河與烏爾吉沐淪河匯合處，在地形上除各主要支流有部分河川平地外，其余均屬于大興安嶺山脈南麓高山丘陵區(qū)，地處中溫帶，屬干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明。春季風(fēng)大、干旱少雨；夏季炎熱而短促、多雨且集中；秋季涼爽、少雨；冬季寒冷漫長(zhǎng)。水庫(kù)大壩為均質(zhì)土壩，大壩防滲工程防滲墻軸線位于上游壩坡，軸線長(zhǎng)942m,其地層情況由上到下分別為黏土層、砂礫石層、漂石混合土層。設(shè)計(jì)要求墻底深入漂石混合土層1m。防滲墻成墻面積2.2萬(wàn)m2。

2 方案的確定

2.1 氣候因素

由于該項(xiàng)目的地理位置處于內(nèi)蒙古東北地區(qū)，10月中旬即入冬，4月入春，冬季寒冷漫長(zhǎng)，項(xiàng)目部10月底入場(chǎng)后，由于平均氣溫低于-15℃，大部分臨建工作都無(wú)法正常開展，只能進(jìn)行施工平臺(tái)土方填筑，且進(jìn)度緩慢。如果使用鋼筋混凝土導(dǎo)墻，必須等到第二年4月以后，才能具備進(jìn)行導(dǎo)墻混凝土澆筑作業(yè)施工條件。而如果采用移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻，在低溫條件下不影響焊接、安裝工作，可以保證第二年4月平均氣溫高于-5℃，達(dá)到防滲墻施工條件時(shí)，立刻投入使用。故采用移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻要優(yōu)于鋼筋混凝土導(dǎo)墻方案。

2.2 地層因素

沙那水庫(kù)大壩建于20世紀(jì)70年代，為以黏土為主，夾雜砂礫石的均質(zhì)土壩。該次除險(xiǎn)加固防滲墻軸線位于上游壩坡，由于上部黏土層中夾雜砂礫石，土質(zhì)過于松散，在防滲墻造孔過程中極易導(dǎo)致導(dǎo)墻下部塌孔漏漿，為降低施工的風(fēng)險(xiǎn)性，需對(duì)軸線位置的上部土體采用黏土進(jìn)行換填，換填范圍為4m×4m。換填后的土體穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。在這種地層條件下，采用鋼筋混凝土導(dǎo)墻或者移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻均可行。

2.3 工期因素

沙那水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程合同工期為2015年10月29日—2016年9月30日，包含了防滲墻、前壩和后壩坡重建、上壩搶險(xiǎn)路、交通橋、草皮護(hù)坡、橋閘聯(lián)建等施工內(nèi)容，工期相當(dāng)緊張。特別是根據(jù)本地歷年的氣候記錄，每年6月底進(jìn)入主汛期。由于本地1—3月為極寒氣候，無(wú)法進(jìn)行臨建及主體施工，直到4月10日才完成軸線土體換填施工任務(wù)，而此時(shí)由于考慮到汛期及業(yè)主的蓄水需求，項(xiàng)目部將防滲墻工期定為2016年4月12日—6月30日。根據(jù)工期安排，若采用鋼筋混凝土導(dǎo)墻，導(dǎo)墻施工就需要60工作日左右，時(shí)間上已經(jīng)不允許。而移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻的制作不受氣溫影響，在低溫情況下也可以正常制作，制作正常施工所需的7套導(dǎo)墻僅需20個(gè)工作日左右。

2.4 成本因素

在前期方案選擇階段，項(xiàng)目部對(duì)兩種結(jié)構(gòu)形式的導(dǎo)墻制作成本進(jìn)行了測(cè)算。

a.鋼筋混凝土導(dǎo)墻制作成本見表1。

表1 鋼筋混凝土導(dǎo)墻制作成本統(tǒng)計(jì)

b.移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻制作成本見表2。

表2 移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻制作成本統(tǒng)計(jì)

從成本方面考慮，采用移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻可節(jié)約成本：593983.53-153710=440273.53元。

根據(jù)以上四個(gè)因素的綜合分析，采用移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻用于該工程防滲墻施工要優(yōu)于采用鋼筋混凝土導(dǎo)墻，故導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定采用移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻。

3 移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻的制作

3.1 導(dǎo)墻尺寸

移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻為雙倒L形結(jié)構(gòu)，頂寬0.36～0.5m，高0.6m，混凝土防滲墻墻體設(shè)計(jì)厚度為60cm，為便于下放成槽鉆具，導(dǎo)向槽設(shè)計(jì)凈寬74cm，允許偏差為±10mm[2]。由于槽段長(zhǎng)度為7.6m，導(dǎo)墻長(zhǎng)度尺寸定為10m。導(dǎo)墻平行于混凝土防滲墻軸線，且對(duì)稱布置，其允許偏差為±1.5cm；導(dǎo)墻頂面高程允許偏差±20mm。四角設(shè)掛環(huán)用來固定鋼絲繩，便于吊裝、下設(shè)、起拔導(dǎo)墻。導(dǎo)墻兩側(cè)端頭設(shè)固定樁孔，用于穿入方木，增加導(dǎo)墻與土體的接觸面積，防止遇到塌孔情況時(shí)導(dǎo)致導(dǎo)墻下陷。

3.2 導(dǎo)墻制作

鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻采用焊接拼裝。按照導(dǎo)墻尺寸，由物資部采購(gòu)20mm厚的鋼板運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，由現(xiàn)場(chǎng)加工人員使用手動(dòng)氬弧焊焊接拼裝。由于導(dǎo)墻長(zhǎng)度達(dá)10m，為了保證導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免在吊裝、下設(shè)、起拔過程中導(dǎo)致導(dǎo)墻彎曲、變形甚至斷裂，在墻身背面每隔2.0m加設(shè)一道三角形鋼板強(qiáng)肋，保證鋼板導(dǎo)墻的整體剛度。

移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)如圖1所示。移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻外觀如圖2所示。

圖1 移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)

圖2 移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻外觀

4 施工工藝及應(yīng)用效果

4.1 施工工藝

工藝流程圖如圖3所示。

圖3 移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻施工工藝流程

4.2 效果分析

根據(jù)投標(biāo)文件、設(shè)計(jì)要求、工程工期和對(duì)地質(zhì)資料的研究，項(xiàng)目部配備3臺(tái)液壓抓斗及2臺(tái)套CZ-6A沖擊鉆機(jī)進(jìn)行施工，根據(jù)成槽機(jī)械數(shù)量，項(xiàng)目部制作7個(gè)鋼導(dǎo)墻，滿足施工需求。工程主要采用液壓抓斗進(jìn)行造孔施工，在遇到堅(jiān)硬地層抓斗無(wú)法滿足進(jìn)度要求的情況下使用沖擊鉆機(jī)配合液壓抓斗造孔。通過實(shí)際施工檢驗(yàn)，移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻完全能夠滿足工程正常造孔施工要求，可以承受沖擊鉆機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)荷載、靜荷載。在澆筑過程中，也能夠滿足接頭管的下設(shè)、起拔所需要的荷載承載力要求。成槽質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

5 優(yōu)缺點(diǎn)分析

5.1 優(yōu)點(diǎn)及可操作性

移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻在實(shí)際使用過程中優(yōu)點(diǎn)明顯，尤其在惡劣氣候條件及良好地質(zhì)條件下使用相對(duì)于現(xiàn)澆混凝土導(dǎo)墻優(yōu)勢(shì)明顯，主要有以下幾個(gè)方面：

a.節(jié)約工期。正常氣候條件下，制作能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需求的移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻所需要的時(shí)間僅為現(xiàn)澆混凝土導(dǎo)墻施工時(shí)間的1/3。如果在北方高寒地區(qū)，現(xiàn)澆混凝土導(dǎo)墻的施工及養(yǎng)護(hù)受氣溫影響極大，而移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻的制作所受氣候影響微乎其微。使用鋼導(dǎo)墻可大大節(jié)約工期，保證防滲墻主體施工不受影響。

b.經(jīng)濟(jì)環(huán)保?，F(xiàn)澆混凝土導(dǎo)墻在施工過程中需要進(jìn)行鋼筋綁扎、立模、澆筑工序，占用大量的人力、設(shè)備和原材料，且造價(jià)高昂。防滲墻施工完成后，還需對(duì)鋼筋混凝土導(dǎo)墻進(jìn)行拆除，不光需要人員及機(jī)械設(shè)備的配合，拆除后的墻體還不能重復(fù)投入使用，拆除后的廢料只能廢棄處理，不光造成資金浪費(fèi)，還對(duì)環(huán)境造成污染。而鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻則避免了以上種種弊端，鋼導(dǎo)墻原材料進(jìn)場(chǎng)后，只需安排專人進(jìn)行制作，無(wú)需大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行配合。鋼導(dǎo)墻可重復(fù)使用，在防滲墻主體施工完畢以后，還可周轉(zhuǎn)至其他項(xiàng)目繼續(xù)使用，大大減少了材料及資金的浪費(fèi)，對(duì)周邊環(huán)境影響甚微。人員、設(shè)備投入對(duì)比見表3。

5.2 缺點(diǎn)及限制性

a.施工工藝繁瑣。相比于鋼筋混凝土導(dǎo)墻，鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻在實(shí)際施工過程中，工藝要繁瑣很多。

?需要在槽孔開挖前和開挖后對(duì)軸線位置進(jìn)行反復(fù)校核，以確?？卓谄钤谠O(shè)計(jì)、規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

?鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻下設(shè)及起拔需要眾多機(jī)械設(shè)備配合。

測(cè)量放樣后，需要反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行槽孔開挖。校核無(wú)誤后，需要吊車和裝載機(jī)配合下設(shè)導(dǎo)墻，反鏟挖掘機(jī)進(jìn)行加固。而澆筑完成后，還需要吊車和裝載機(jī)配合起拔導(dǎo)墻。

b.多次測(cè)量造成誤差累積。鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻在實(shí)際使用過程具有可移動(dòng)性、重復(fù)使用性等優(yōu)點(diǎn)。但是需要頻繁地測(cè)量放樣，每個(gè)槽孔都需進(jìn)行放樣、復(fù)核。工程共劃分133個(gè)槽段，其中一期槽孔67個(gè)，二期槽孔66個(gè)。而且該地區(qū)全年多風(fēng)，對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確性造成很大影響。在如此條件下進(jìn)行反復(fù)測(cè)量放樣，難免會(huì)造成誤差。實(shí)際測(cè)量情況見表4～表6。

表3 人員、設(shè)備投入對(duì)比

表4 不同氣候條件測(cè)量精度對(duì)比

表5 一期、二期槽段測(cè)量精度對(duì)比

表6 誤差累積情況

良好氣候條件下，測(cè)量誤差范圍為3～9mm；不良?xì)夂驐l件下(5級(jí)以上大風(fēng)天氣)，測(cè)量誤差范圍為15～29mm；同樣，在良好的氣候條件下，由于誤差累積，一期槽段與二期槽段的測(cè)量誤差范圍也不同：一期槽段誤差范圍為0～9mm；二期槽段誤差范圍為16～19mm；一期槽孔與二期槽孔在放樣過程中累積誤差情況，平行軸線方向?yàn)?0～14mm，垂直軸線方向?yàn)?1～16mm。

所以在實(shí)際施工過程中，需要在測(cè)量過程中進(jìn)行極為精密地控制，對(duì)測(cè)量人員的工作提出了較高要求。

c.在遇到特殊情況時(shí)穩(wěn)定性欠佳。根據(jù)工程地質(zhì)情況，防滲墻造孔深度在10m以下后，便進(jìn)入砂礫石層，該地層較為松散，顆粒間隙大，施工過程中，在17～22m位置經(jīng)常會(huì)遇到塌孔、漏漿等情況。由于鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻不像鋼筋混凝土導(dǎo)墻一樣整體性強(qiáng)，其長(zhǎng)度僅有10m，且導(dǎo)墻主要靠下部黏土層支撐，一旦遇到塌孔情況，會(huì)導(dǎo)致下部支撐黏土塌陷，導(dǎo)墻懸空，導(dǎo)墻的穩(wěn)定性及承載力受到極大影響，這時(shí)往往需要進(jìn)行加固后才能繼續(xù)開始施工。

6 施工中需要注意的問題

由于移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻的優(yōu)缺點(diǎn)都相當(dāng)明顯，在實(shí)際使用過程中需要注意以下幾點(diǎn)才能最大程度地發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，改善其缺陷。

a.測(cè)量精度控制。如果條件允許，通過合理制定測(cè)量方案，測(cè)量放樣盡量選擇在氣候條件好的情況下進(jìn)行，避免因?yàn)樘鞖庠蛴绊憸y(cè)量精度。同時(shí)，在測(cè)量放樣過程中要反復(fù)多次校核，盡量減小誤差累積值。

b.使用高質(zhì)量高等級(jí)膨潤(rùn)土。要想提高鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻的穩(wěn)定性，首先其下部支撐土的穩(wěn)定性必須要得到保證。使用高質(zhì)量等級(jí)膨潤(rùn)土，可以增加對(duì)下部大裂隙、松散土體的支撐力，提高泥漿的固壁效果，保證槽孔的穩(wěn)定性，降低塌孔風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)造孔過程中，泥漿對(duì)鋼導(dǎo)墻下部的支撐土?xí)a(chǎn)生沖刷，容易導(dǎo)致土體失穩(wěn)塌陷。所以這就要求導(dǎo)墻液面必須出在導(dǎo)墻范圍內(nèi)，將沖刷產(chǎn)生的危害降到最小。

7 結(jié) 論

通過對(duì)比分析移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻和現(xiàn)澆鋼筋混凝土導(dǎo)墻在本工程實(shí)際施工中的使用，可知在良好地質(zhì)條件下，采取合理措施，揚(yáng)長(zhǎng)避短，可最大限度地發(fā)揮移動(dòng)式鋼板結(jié)構(gòu)導(dǎo)墻在制造成本低、使用方便、便于安裝及拆除、能多次流轉(zhuǎn)使用等方面的優(yōu)勢(shì)，極大地縮短工期、節(jié)約成本。同時(shí)，減少鋼筋、水泥及砂石骨料的使用量，也為節(jié)能減排及環(huán)境保護(hù)做出了貢獻(xiàn)。

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