某工程防沖趾墻設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

童富業(yè)

(中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

擬建管道全線敷設(shè)于雷壇河河道內(nèi)，雷壇河近似南北向帶狀分布，總的地勢(shì)為北高南低，地面高程為1528.62～2086.36m，地貌形態(tài)上主要分為構(gòu)造剝蝕低中山區(qū)和侵蝕堆積河谷區(qū)。河道內(nèi)地表水水量大，河床地質(zhì)條件以沖積砂礫石為主，局部地段為夾淤泥質(zhì)土及生活垃圾。為避免管頂回填土因水流沖刷流失，最終致管道露出、造成工程再次損毀，設(shè)計(jì)采用防沖趾墻結(jié)構(gòu)作為防洪防沖刷措施，順河流方向平均每50m滿河道寬度布設(shè)埋深為3.5～4m的防沖趾墻固定管道及河床。阿干鎮(zhèn)至峴口子段采用20a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，沖刷深度約3.26m，防沖趾墻高3.5m；峴口子至南繞城高速段采用50a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，沖刷深度為4.41m，防沖趾墻高4.5m；南繞城高速段至黃河段采用100a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，沖刷深度為4.57m，防沖趾墻高4.5m。防沖趾墻為鋼筋混凝土矩形斷面形式：墻厚0.5m、全斷面布設(shè)，間距為河道橫斷面寬的3倍，并在防沖趾墻下游設(shè)置厚度為0.5m的電焊石籠鋪蓋，寬度為河道橫斷面寬，沿河流方向長(zhǎng)度5m。起點(diǎn)位于阿干鎮(zhèn)，終點(diǎn)接孫家臺(tái)，管道主要用于污水收集，干管全長(zhǎng)26.233km。

2 項(xiàng)目存在的問(wèn)題

開(kāi)工后進(jìn)入具體施工階段，根據(jù)前期制定的施工方案，固定主管道的防沖趾墻為鋼筋混凝土現(xiàn)澆形式。第一，因地質(zhì)條件差，河道狹窄，結(jié)構(gòu)埋深達(dá)4m，基坑透水嚴(yán)重，如采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，鋼筋安裝、模板安裝等工序施工作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，滿足不了現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工條件。其次，采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工，基坑內(nèi)施工持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，極易塌方，不具備支護(hù)條件，安全隱患大。第三，采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工，受工作面狹小、施工導(dǎo)流條件限制，工期無(wú)法滿足要求。

3 問(wèn)題分析和解決方案

根據(jù)防沖趾墻的使用功能及對(duì)原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析，將防沖趾墻下部1/2～2/3段埋設(shè)至河床1.5～2m以下，下部采用預(yù)制結(jié)構(gòu)與上部現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)結(jié)合成整體，既能滿足施工條件又能達(dá)到原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)安全與使用功能。建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位共同組織專家論證，一致認(rèn)為方案可行。通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，具體方案如下。

3.1 有效解決場(chǎng)地受限及縮短基坑暴露和抽排水時(shí)間

采取的板塊預(yù)制及施工總體工藝：根據(jù)防沖趾墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)深度，K0～K12段防沖趾墻高度為4m，K12～K26+233段防沖趾墻高度為4.5m。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、施工安全、模板配制模數(shù)、施工吊裝條件，下部高度2.4m采用預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)塊和調(diào)節(jié)塊2種板塊，標(biāo)準(zhǔn)塊橫向分段寬度1.2m，用于墻體大面積施工部位，調(diào)節(jié)塊分段寬度0.6m，用于長(zhǎng)度不能滿足標(biāo)準(zhǔn)塊安裝部位的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)及原有自來(lái)水管道下方安裝空間受限處。上部現(xiàn)澆高度分別為1.6m(墻高4m)和2.1m(墻高4.5m)。標(biāo)準(zhǔn)塊單塊重量約3.5t，調(diào)節(jié)塊單塊重量約1.8t，采取現(xiàn)場(chǎng)空余場(chǎng)地預(yù)制，微型隨車(chē)吊和挖掘機(jī)配合安裝，減小了因工作面狹小混凝土二次倒運(yùn)的難題，如圖1所示。

圖1 防沖趾墻預(yù)制改現(xiàn)澆示意圖(單位:mm)

(1)鋼筋配筋。鋼筋直徑及間距按原設(shè)計(jì)(如圖2所示)不變，豎向筋采用預(yù)制板塊頂部外伸搭接錨固長(zhǎng)度布置(35d，d為鋼筋直徑,同一截面接頭數(shù)量不大于50%)，橫向筋按閉口箍筋配置，便于加工及安裝。

圖2 防沖趾墻設(shè)計(jì)配筋(單位:mm)

(2)吊環(huán)鋼筋。采用HPB235鋼筋制作，標(biāo)準(zhǔn)塊采用2個(gè)φ16吊環(huán)，調(diào)節(jié)塊采用1個(gè)φ16吊環(huán)，吊環(huán)筋布設(shè)在預(yù)制塊頂部，沿墻板厚度方向居中布置，標(biāo)準(zhǔn)塊沿橫向布設(shè)于距兩端各0.2m處，調(diào)節(jié)塊沿橫向居中布置，吊環(huán)筋錨固長(zhǎng)度≥30d(d為鋼筋直徑,不包含彎鉤)。

(3)預(yù)制要求。標(biāo)準(zhǔn)塊采用集中預(yù)制，在各防沖趾墻施工部位就近選擇預(yù)制場(chǎng)地，避開(kāi)溝槽開(kāi)挖面、堆土區(qū)、吊裝、導(dǎo)流河水施工工作面，調(diào)節(jié)塊根據(jù)各標(biāo)段實(shí)際情況采用現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制或集中預(yù)制，在達(dá)到設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度90%以上進(jìn)行安裝。

(4)溝槽開(kāi)挖。根據(jù)各防沖趾墻現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、地形條件、施工導(dǎo)流條件，合理確定開(kāi)挖及預(yù)制塊安裝順序，槽底厚度為10cm采用人工清底，保證槽底地基不受擾動(dòng)，及槽底標(biāo)高和平整度滿足要求，同時(shí)做好降排水。

(5)板塊安裝。采用挖掘機(jī)配合微型隨車(chē)吊安裝，根據(jù)每道防沖趾墻沿河道橫斷面方向逐塊安裝，安裝以使用標(biāo)準(zhǔn)塊為主，由污水主管道位置，沿管道外壁向兩側(cè)逐塊安裝，全部使用標(biāo)準(zhǔn)塊不能滿足安裝寬度要求部位，采用調(diào)節(jié)塊補(bǔ)充；安裝過(guò)程中使用直徑10cm以上圓木對(duì)撐臨時(shí)固定。

(6)回填。防沖趾墻板兩側(cè)分層對(duì)稱回填，防止墻板受不對(duì)稱土壓力發(fā)生傾斜，邊回填，邊夯實(shí)，回填高度距板頂與現(xiàn)澆結(jié)合部位約20cm。

(7)板塊拼縫及透水孔布設(shè)。上部1.6m(2.1m)現(xiàn)澆部分，按原設(shè)計(jì)位置、間距設(shè)置透水孔及反濾包，下部2.4m預(yù)制部分，取消透水孔，墻板間豎向拼縫，在防沖墻上游側(cè)設(shè)置級(jí)配砂礫石反濾層。

(8)現(xiàn)澆部分施工。結(jié)合預(yù)制安裝分段、施工導(dǎo)流條件分段多工點(diǎn)平行流水作業(yè)。

3.2 有效解決河水導(dǎo)流問(wèn)題

河道狹窄地段直接采用長(zhǎng)12m直徑800mm壁厚8mm的導(dǎo)流鋼管，上下游管口位置設(shè)土圍堰，管底標(biāo)高控制在防沖趾墻頂上方10cm處；河道較寬處采用左右分幅施工，左(右)幅施工時(shí)河水導(dǎo)流至右(左)幅。

因此，可考慮將防沖趾墻原位現(xiàn)澆方案改為現(xiàn)澆加預(yù)制安裝方案即不改變?cè)桨阜罌_效果，同時(shí)也能滿足河道狹窄無(wú)法大開(kāi)挖的要求，還可以將現(xiàn)澆部分和預(yù)制部分錯(cuò)位平行施工。經(jīng)過(guò)調(diào)整，原現(xiàn)澆混凝土數(shù)量減少近2/3，預(yù)制部分和現(xiàn)澆部分錯(cuò)位同時(shí)施工，可大大壓縮工期，降低施工難度，減小施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 方案實(shí)施及取得的成果

調(diào)整后的方案經(jīng)建設(shè)、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位共同論證，一致認(rèn)為方案可行。因此最終的施工方案由原來(lái)的原位現(xiàn)澆改為現(xiàn)澆加預(yù)制方案平行施工作業(yè)(如圖3所示)，現(xiàn)場(chǎng)僅用了55d即完成了所有的防沖趾墻施工，大大節(jié)省了工期，同時(shí)極大地減少了流入黃河的污水，受到沿線人民群眾一致好評(píng)。后經(jīng)成本核算，此次方案調(diào)整共計(jì)節(jié)省成本約388萬(wàn)元。項(xiàng)目于2020年6月底如期竣工，未發(fā)生任何等級(jí)質(zhì)量、安全和環(huán)境事故。

圖3 防沖趾墻下部為預(yù)制上部現(xiàn)澆施工

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目以在狹窄常流水河道埋設(shè)污水管線，為在短時(shí)間內(nèi)治理污水污染黃河問(wèn)題，確保污水管線穩(wěn)定，對(duì)在以往工程案例中鮮有采用的防沖趾墻設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，原設(shè)計(jì)現(xiàn)澆方案在現(xiàn)場(chǎng)客觀條件限制下很難在短時(shí)間內(nèi)完成，且河道上游隨著天氣變化冰雪融水形成的洪水時(shí)有發(fā)生，夏季防洪應(yīng)急能力面臨巨大挑戰(zhàn)。項(xiàng)目部臨危受命，通過(guò)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，因地制宜，優(yōu)化調(diào)整設(shè)計(jì)及施工方案，才使得項(xiàng)目能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。本案例可以對(duì)其他相似類型黑臭水體治理工程管道沿河道埋設(shè)施工的設(shè)計(jì)方案優(yōu)化提供借鑒。