汪洪泉

(遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110166)

1 工程概況

遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程于燈塔市西馬峰鎮(zhèn)后方干堡村穿越西馬峰河，穿越處共設(shè)4條輸水管道，分一步工程和二步工程兩期建設(shè)完成，由西馬峰河下游至上游分別為一步工程B線、一步工程A線、二步工程D線、二步工程C線。一步工程是2根直徑2420mm鋼管，二步工程是2根直徑3220mm鋼管。穿越處距下游西馬峰匯入北沙河河口約350m，距下游北沙河匯入太子河河口約5km，距上游后方干堡漫水橋約200m，工程位置見(jiàn)圖1。穿越處平均河寬200m，其中主河槽平均寬35m，左側(cè)灘地平均寬115m，右側(cè)灘地平均寬50m，河床質(zhì)多為黏土、粉質(zhì)黏土，局部含軟弱夾層。

圖1 輸水工程穿越西馬峰河位置

由于下游太子河干流采砂問(wèn)題嚴(yán)重，引起溯源沖刷造成北沙河口至西馬峰河口段河道下切嚴(yán)重，近10年內(nèi)下游太子河段最大下切深度達(dá)10.0m，北沙河平均下切深度為3.6m，西馬峰河平均下切深度為3.0m，一步輸水管道管頂原采用厚0.6m的格柵石籠壓頂防護(hù)，位于河道下游的B線石籠頂高程10.65m，經(jīng)水流沖刷后河底管道位置地面高程約10.2m，下游河床高程約8.4m，石籠和管道位置地面均已高出下游河床，B線下游側(cè)石籠局部出現(xiàn)斷裂、石料流失破壞，河道左岸也出現(xiàn)深度約8m的岸坡塌滑，若不采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?，岸坡坍塌情況將愈發(fā)嚴(yán)重，耕地侵蝕面積將越來(lái)越大，水土流失情況將越來(lái)越惡劣，管道上部石籠鋪蓋失去依托，整體穩(wěn)定性將急劇下降，對(duì)沿河耕地、河道正常行洪、管道自身安全構(gòu)成了極大的威脅，故對(duì)該河段實(shí)施應(yīng)急防護(hù)工程是非常必要的。

2 輸水管線防護(hù)工程目標(biāo)要求

a.恢復(fù)一步管道的覆土深度，表面鋪設(shè)抗沖石籠，使管頂?shù)孛娓叱袒謴?fù)至11.6m，保證管道滿(mǎn)足抗浮、抗沖、抗凍要求，同時(shí)使上游河床回淤。

b.為保障管道的覆土深度滿(mǎn)足要求，在管線下游處打設(shè)一道樁墻。樁墻實(shí)施后，即使下游河床繼續(xù)下切、護(hù)底石籠發(fā)生坍塌沉降，仍可依靠樁墻對(duì)管周覆土進(jìn)行有效保護(hù)，同時(shí)為下游河道的治理提供便利。

c.恢復(fù)覆土深度后，一步管道上、下游河床存在落差，下游需增設(shè)消能設(shè)施，達(dá)到水流不沖下游的目的。

d.對(duì)管道穿河段附近不穩(wěn)定岸坡進(jìn)行護(hù)砌，保證管道附近岸坡穩(wěn)定。

3 防護(hù)方案比選

根據(jù)當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件、建筑材料供應(yīng)情況和施工單位技術(shù)能力等條件，初選以下3個(gè)方案進(jìn)行比選。

3.1 預(yù)制混凝土方板樁攔河樁墻方案

在一步B線下游28.5m處打設(shè)預(yù)制400mm×400mm混凝土方板樁連續(xù)墻，樁長(zhǎng)9m，樁頂由冠梁連接，由樁墻攔沙對(duì)上游河道回淤，攔河樁墻伸入兩岸岸坡，樁平面長(zhǎng)度32.8m。河底鋪設(shè)0.6m格賓石籠+0.3m砂礫石墊層+350g/m2土工布[1]；起點(diǎn)距一步A線上游10m，全長(zhǎng)92.5m。樁墻下游河床跌水處修建突坎式消力池，池長(zhǎng)25m，池后鋪設(shè)15m長(zhǎng)石籠海漫。左岸坍塌部位根部用塊石鋪地，并用砂礫料充填密實(shí)，上部回填土。兩岸邊坡進(jìn)行回填修坡，坡比1∶2，坡面采用400mm厚格賓石籠+0.1m砂礫石墊層+350g/m2土工布，攔河樁墻上游坡腳高程11.6m，下游坡腳高程8.6～8.3m。新建護(hù)坡與原干砌石護(hù)坡平順銜接，原干砌石護(hù)坡坡腳損毀部位予以修復(fù)。該方案施工方便，樁體質(zhì)量容易得到保證；不用修建圍堰，工期較短，總投資最少[2]。

3.2 攔河連續(xù)樁墻方案

在一步B線下游28.5m處打設(shè)φ1.0m@1.4m鋼筋混凝土樁+φ1.0m@1.4m素混凝土連續(xù)樁墻，樁身混凝土C30F200，樁深9m，由樁墻攔沙對(duì)上游回淤，攔河樁墻伸入兩岸岸坡，樁墻軸線長(zhǎng)32.8m。護(hù)底石籠及護(hù)岸工程措施同預(yù)制混凝土方樁攔河樁墻方案。該方案中鋼筋混凝土樁需要現(xiàn)場(chǎng)澆筑，施工質(zhì)量控制較難；河道中有水時(shí)，需修建圍堰，工期較長(zhǎng)，總投資略多[3]。

3.3 鎖腳連續(xù)樁墻方案

在一步B線下游28.5m處打設(shè)φ1.0m@1.4m鋼筋混凝土樁+φ1.0m@1.4m素混凝土連續(xù)樁墻，樁身混凝土C30F200，樁深9m，由樁墻攔沙對(duì)上游回淤。下游樁墻沿兩岸坡腳打設(shè)，樁深10m，末端插入兩岸岸坡。攔河樁墻軸線長(zhǎng)12.6m，右岸樁墻軸線長(zhǎng)41.6m，左岸樁墻軸線長(zhǎng)40.0m。護(hù)底石籠及護(hù)岸工程措施同預(yù)制混凝土方樁攔河樁墻方案。該方案使用鋼筋混凝土樁數(shù)量較多，施工質(zhì)量控制較難；河道中有水時(shí)，需修建圍堰，工期較長(zhǎng)，工程投資最多。

綜合以上分析，選用預(yù)制混凝土方板樁攔河樁墻方案投資最少，且施工容易，質(zhì)量管控簡(jiǎn)單，工期短。

4 混凝預(yù)制土方板樁主要設(shè)計(jì)指標(biāo)

大伙房水庫(kù)輸水(二期)工程的工程等別為Ⅰ等，穿河管線為主要輸水建筑物，建筑物級(jí)別為1級(jí)。輸水管線的防護(hù)工程其樁墻因維修困難，是管道防護(hù)工程的主要結(jié)構(gòu)，按1級(jí)建筑物設(shè)計(jì)；其余建筑物檢修較易，按次要建筑物設(shè)計(jì)，級(jí)別為3級(jí)。

管道穿越處的西馬峰河堤防其防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，根據(jù)相關(guān)規(guī)范確定防護(hù)工程次要建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)20年一遇。

連續(xù)樁墻按排樁計(jì)算懸臂長(zhǎng)度，采用“理正深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件”進(jìn)行計(jì)算，連續(xù)樁穿透土層參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 樁墻嵌固土層參數(shù)

樁墻上游側(cè)回填土采用黏性土?；靥钔羶?nèi)摩擦角不小于15°，黏聚力不小于15kPa。

預(yù)制壁體樁嵌固深度按懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算，經(jīng)計(jì)算樁體懸臂4.0m時(shí)，樁深嵌固深度不小于5.0m[4]。

連續(xù)樁墻抗傾覆安全系數(shù)計(jì)算公式為

(1)

式中Ks——連續(xù)樁墻抗傾覆安全系數(shù)；

Mp——被動(dòng)土壓力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩，kN·m；

Ma——主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩，kN·m。

經(jīng)計(jì)算Ks=1.34>1.25，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

上述計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，連續(xù)樁墻可承擔(dān)4m高差土體壓力，此時(shí)墻頂最大位移24.5mm。防護(hù)工程設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2。

圖2 防護(hù)工程設(shè)計(jì) (單位：mm)

5 混凝土板樁施工工藝

5.1 沉樁施工設(shè)備型號(hào)確定

選定Dll370LC履帶式液壓打樁機(jī)作為施工設(shè)備。施工前選擇合適的樁帽及送樁器。樁帽應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐打性，形狀為方筒形，套樁頭筒體深度40cm，內(nèi)徑比方樁外徑大3cm，可有效防止樁帽過(guò)淺樁頭易脫出和樁帽過(guò)深易損傷樁頭的問(wèn)題，同時(shí)防止了套筒與方樁間隙過(guò)大，打樁易發(fā)生偏心錘擊的現(xiàn)象[5]。樁帽墊層中的錘墊用盤(pán)圓層疊的鋼絲繩制作，厚度為10cm。

5.2 預(yù)制樁施工

預(yù)制樁施工工序流程如下：

a.混凝土方樁樁墻施工前依據(jù)定位控制點(diǎn)引測(cè)墻體定位軸線，經(jīng)驗(yàn)收后進(jìn)行連鎖樁樁位放線，放出的樁位經(jīng)檢查無(wú)誤后進(jìn)行壓樁施工。

b.混凝土方樁靜壓施工過(guò)程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整施工段長(zhǎng)度分段施工，壓樁按從施工段中間向兩側(cè)的順序進(jìn)行，先在施工段中間位置壓入第一根樁，然后以第一根樁為中心，左右對(duì)稱(chēng)施工。

c.為保證打樁垂直度，制作三套打樁導(dǎo)向模具，在模具內(nèi)打樁。

5.3 冠梁混凝土施工

冠梁混凝土施工的工藝流程為：施工準(zhǔn)備→支護(hù)模板→涂刷脫模劑→鋼筋綁扎→模板固定→混凝土澆筑→脫?！B(yǎng)護(hù)。

模板組裝完成后，對(duì)模板強(qiáng)度進(jìn)行檢查，清理內(nèi)部雜物和積水?；炷翝仓?yīng)連續(xù)進(jìn)行，振搗均勻密實(shí)?；炷翉?qiáng)度達(dá)到18.75MPa后，脫模，表面加以覆蓋，繼續(xù)澆水養(yǎng)護(hù)至28天齡期。

6 結(jié) 語(yǔ)

混凝土預(yù)制方板樁在大伙房水庫(kù)輸水工程穿越西馬峰河防護(hù)工程中應(yīng)用是可行的，既可滿(mǎn)足輸水管線運(yùn)行防護(hù)要求，又能適應(yīng)日后河床進(jìn)一步變化。施工過(guò)程中因樁體為工廠預(yù)制件，質(zhì)量易于控制，打樁施工機(jī)械選擇較多(如：靜壓機(jī)施工、中掘法施工、振動(dòng)打樁機(jī)施工等)，施工現(xiàn)場(chǎng)大型機(jī)械交叉作業(yè)較少，可減少作業(yè)面，有利于生產(chǎn)管理與安全管理?；炷令A(yù)制方板樁可在地質(zhì)條件相似(淤泥質(zhì)土、壤土等較松軟地質(zhì)條件)的輸水工程穿越河道防護(hù)工程中推廣應(yīng)用。