沉井技術(shù)在水電站埋藏式壓力管道工程施工中的應(yīng)用

摘 要:本文介紹西里水電站埋藏式壓力管道施工過程中，采取沉井施工技術(shù)進行施工，確保了工程安全和施工安全。

關(guān)鍵詞:沉井 水電站 埋藏式 壓力管道

中圖分類號:TV7文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2012)07(b)-0121-02

1 引言

西里水電站位于四川省阿壩州黑水縣境內(nèi)，是黑水河左岸一級支流毛爾蓋河水電梯級規(guī)劃的最末一級電站。電站為引水式開發(fā)，電站閘址位于俄多溝與毛爾蓋河匯口下游，廠址位于西里村毛爾蓋河右岸，電站裝機容量為3×26MW，多年平均年發(fā)電量3.634億kW·h。

電站由首部樞紐、引水系統(tǒng)和地面發(fā)電廠房等組成。電站從閘址右岸側(cè)向取水，引水隧洞沿毛爾蓋河右岸布置，全長12556.52m。隧洞斷面型式平底馬蹄型。

廠址為三疊系上統(tǒng)侏倭組(T3zh)深灰～灰色變質(zhì)砂巖夾砂質(zhì)板巖及炭質(zhì)片巖，巖體結(jié)構(gòu)類型為層狀，巖層產(chǎn)狀N10～30°E/SE∠40～60°，為外傾坡，巖層走向與河流流向呈小～中等角度相交，傾向左岸偏下游。第四系松散堆積層主要分布于河床、階地和谷坡及坡腳，為沖積、沖洪積、崩坡積及冰水堆積層，谷坡上部及坡頂還分布有殘積土。廠址覆蓋層厚度44.9～57.6m。廠址區(qū)位于占提克至工段倒轉(zhuǎn)向斜東南翼，區(qū)內(nèi)無區(qū)域性斷裂通過，次級小斷層隨機分布。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為較強烈的風(fēng)化卸荷，推測強卸荷水平深度15～25m，弱卸荷水平深度35～55m。

壓力管道為地下埋藏式，采用一條主管，經(jīng)二個卜形岔管分為兩條支管分別向廠房內(nèi)兩臺機組供水的聯(lián)合供水布置方式。壓力管道內(nèi)徑4.5m，總長375.96m。壓力管道與廠房連接段覆蓋層埋深為16m。

2 沉井施工技術(shù)介紹

沉井是修筑深基礎(chǔ)和地下構(gòu)筑物的一種新型施工工藝。施工時先在地面或基坑內(nèi)制作開口的鋼筋混凝土井身，待其達到規(guī)定強度后，在井身內(nèi)部分層挖土運出，隨著挖土和土面的降低，沉井井身靠其自重或在其他工程措施協(xié)助下克服與土壁間的摩阻力和刃腳反力，不斷下沉，直至設(shè)計標(biāo)高就位，然后進行封底。

沉井施工工藝的優(yōu)點是:可在場地狹窄情況下施工較深(可達50m以上)的地下工程，且對周圍環(huán)境影響較小;可在地質(zhì)、水文條件復(fù)雜地區(qū)施工;施工不需復(fù)雜的機具設(shè)備;與大開挖相比，可減少挖、運和回填工程量。沉井工藝一般適用于工業(yè)建筑的深坑(料坑、鐵皮坑、翻車機室等)、設(shè)備基礎(chǔ)、水泵房、橋墩、頂管的工作井、深地下室、取水口等工程施工。

西里水電站沉井位于埋藏式壓力管道與地面廠房連接處，壓力管道從其中間穿過。該沉井平面形狀為矩形，斷面形式為8m×8.2m，井壁鋼筋混凝土厚60cm，頂面設(shè)計標(biāo)高為2135.30m，刃腳底部設(shè)計標(biāo)高為2119.00m，沉井總深度為16.3m。該沉井根據(jù)地質(zhì)和現(xiàn)場實際情況，采用“井中人工干挖取土法”施工，排水下沉，干封底。設(shè)計下沉起始標(biāo)高為2134.8m。

3 沉井制作

3.1 基礎(chǔ)

沉井刃腳范圍以外30cm基礎(chǔ)要夯實，夯實后滿鋪50cm砂石墊層，整平后用平板振搗器振搗密實。在刃腳基礎(chǔ)范圍以外30cm做15cm的C10混凝土墊層。

3.2 鋼筋制安

a鋼筋加工

(1)鋼筋現(xiàn)場鋼筋制作場加工。

(2)鋼筋的表面潔凈無損傷，油漆污染和鐵銹等在使用前清除干凈。帶有顆粒或片狀老銹的鋼筋不得使用。

(3)鋼筋平直，無局部彎折，鋼筋的調(diào)直遵守以下規(guī)定:

①采用冷拉方法調(diào)直鋼筋時，Ⅰ級鋼筋的冷拉率不宜大于4％;Ⅱ、Ⅲ級鋼筋的冷拉率不宜大于1％;

②冷拔低炭鋼絲在調(diào)直機上調(diào)直后，其表面不得有明顯擦傷，抗拉強度不得低于施工圖紙的要求。

(4)鋼筋加工的尺寸符合施工圖紙的要求，加工后鋼筋的允許偏差不得超過表1和表2的數(shù)值。

鋼筋的安裝位置、間距、保護層及各部分鋼筋大小、尺寸均按照施工圖紙的規(guī)定進行，其允許偏差控制在《水工混凝土施工規(guī)范》(DL/T5144－2001)要求的范圍內(nèi)。為確保混凝土保護層的必要厚度，在鋼筋和模板之間設(shè)置強度不小于結(jié)構(gòu)設(shè)計強度的混凝土墊塊，墊塊中埋設(shè)鐵絲與鋼筋扎緊，墊塊位置互相錯開，分散布置。各排鋼筋之間用短鋼筋支撐，以保證位置準(zhǔn)確。

c鋼筋連接

現(xiàn)場鋼筋的連接采用手工電弧焊焊接或機械連接，為提高工效，節(jié)約材料，對于能夠采用機械連接的部位，優(yōu)先考慮機械連接。鋼筋接頭分散布置，并符合設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求。現(xiàn)場所有焊接接頭均由持有相電焊合格證件的電焊工進行焊接，以確保質(zhì)量。

焊接方法包括:現(xiàn)場豎向或斜向(1∶0.5范圍內(nèi))鋼筋焊接:直徑在22mm以下，主要采用搭接手工電弧焊;直徑在22mm以上，主要采用接觸幫條焊，單面焊10d，雙面焊5d，鋼筋中心線必須盡量保持一致;直徑22mm以下考慮采用搭接接頭，同一斷面處的鋼筋接頭數(shù)量刃腳處不超過25%，其余區(qū)域不超過50%。

3.3 模板施工

首先在墊層上畫出刃腳的外圍尺寸線，并用木模支模，為保證砼成型質(zhì)量，木模必須要經(jīng)過挑選，表面毛糙或不平的不得使用且盡量使用大板的木模以減少接縫。筒內(nèi)用鋼管架做四壁支撐，四周搭設(shè)鋼管架做外壁支撐，并做環(huán)形鋼管箍固定木模防止爆模，墻內(nèi)采用直徑12mm的鋼筋做間距500×500mm的對拉桿。刃腳模板在砼強度達到75%后方可進行拆除，其余在砼強度達到50%后進行拆除。模板拆除后要分類堆碼，方便下次使用。

3.4 混凝土施工

此沉井分三節(jié)澆筑，第一節(jié)高5.55m，第二節(jié)高5.30，第三節(jié)高5.45m。混凝土強度:井壁、橫梁、拱墻為C25，封底砼墊層為C15，找平層為C20。混凝土總方量為363.93m3。第一節(jié)為112.2m3，第二節(jié)為107.74m3，第三節(jié)為144.02m3。混凝土采用現(xiàn)場攪拌，砼強度嚴(yán)格按設(shè)計掛牌施工，用塔吊吊運至倉位下料。

(1)混凝土分層

由于每節(jié)沉井較高，為了避免因下料高度過大造成砼離析，混凝土澆筑采用分層澆筑，每層厚度控制在30～50cm，用竄筒下料。

(2)混凝土振搗

由于沉井井壁較長，為了保證混凝土澆筑質(zhì)量，混凝土振搗采用2～3臺高頻率插入式φ50電動振搗器振搗，振動棒各插點的間距均勻，中間不超過振動棒有效作用半徑的1.5倍，為保證分層間的結(jié)合緊密振搗器插入下一層的深度不得小于50cm;振搗時，振搗器盡量避免接觸模板，以防止模板變位。

(3)施工縫面處理

施工縫面處理方法為:在混凝土初凝后至終凝前，使用4～6kg/cm2壓力水沖或人工去乳皮和灰漿，直到混凝土表面積水由渾變清，露出粗砂粒或小石為止。沖毛后，清冼干凈，保持清潔、濕潤，在澆筑上層混凝土前，層面松動物及積水清除干凈后均勻鋪設(shè)一層2～3cm厚的水泥砂漿，砂漿標(biāo)號比同部位混凝土標(biāo)號高一級，以鋪設(shè)砂漿后30min內(nèi)被覆蓋為限，確保新老混凝土結(jié)合良好。

(4)砼養(yǎng)護:砼養(yǎng)護采用鋪麻袋或薄膜覆蓋養(yǎng)護28d。

(5)低溫季節(jié)澆筑混凝土溫控措施。

由于很快就進入冬季澆筑混凝土要采取保溫措施，確保混凝土不被凍壞，措施如下:

對骨料設(shè)頂棚防雨、防雪和防霜，防止骨料結(jié)冰，提高骨料入機口溫度，混凝土拌和時用熱水拌和，提高混凝土出機口溫度;

摻用早強劑，提高混凝土早期強度，增強抗凍能力;

運輸過程中用保溫薄膜覆蓋，防止熱量損失;拆模后立即用保溫薄膜覆蓋表面。并臨時封堵孔洞，間歇層面保溫至上層混凝土覆蓋前為止。

4 沉井下沉施工工藝

此沉井分三節(jié)第一節(jié)高5.55m，第二節(jié)高5.30，第三節(jié)高5.45m，分多次下沉到位。

4.1 下沉施工前的準(zhǔn)備工作

(1)沉井下沉須對沉井辦完驗收工作，砼強度應(yīng)達到設(shè)計強度的100%方可就位下沉。

(2)下沉前，先將沉井壁內(nèi)外底部的模板拆除，保證沉井內(nèi)外壁平整光滑，無影響下沉的障礙物。

(3)搭設(shè)鋼質(zhì)手扶梯，布設(shè)照明系統(tǒng)。

(4)沉井四周外測設(shè)標(biāo)高控制點的軸線控制線，按序編號，以便于沉井下沉?xí)r進行觀測。

(5)沉井下沉所需設(shè)備完好到位。

(6)勞動組織分工安排。

(7)測量水準(zhǔn)點，技術(shù)復(fù)核確。

(8)下沉前安全檢查，確認(rèn)無隱患。

4.2 沉井下沉施工

(1)沉井就位后首先在井壁四角設(shè)置高程控制點，在井壁中心線內(nèi)外壁對稱設(shè)置中線及垂線控制線，便于在下沉過程中及時觀測、測量控制。

(2)第一節(jié)下沉前先挖去刃腳下方的墊層，四周均勻掏空，中間留1～2m(視地質(zhì)情況而定)的臺，挖土順序為先中間后四周，待大部分的土都挖完后才挖去臺，要均勻的挖，不能一次把一個挖完否則會導(dǎo)致井偏斜，直至井下沉到開挖位置。每次開挖深度及下沉深度控制在20～30cm。后照此循環(huán)下沉到設(shè)計標(biāo)高。如發(fā)現(xiàn)沉井下沉太慢則可以采取在井壁頂部增加荷載的方法使之下沉。

(3)此沉井土方開挖量為1070m3。沉井下沉中挖土必須均勻?qū)ΨQ，挖土主要采用人工開挖，松散部分采用十字鎬、鋼釬等工具，如遇比較堅硬的基巖或大的孤石即采用鉆孔爆破的方法開挖，爆破采用人工鉆孔，用YT-28手風(fēng)鉆，造孔直徑32mm，藥卷直徑25mm，為了爆破對沉井產(chǎn)生影響和破壞，爆破采取淺孔松動爆破。采用塔吊或搭設(shè)井架提升出土，運至指定地點或臨時堆場，沉井周圍嚴(yán)禁堆土。

(4)沉井下沉過程中必須嚴(yán)密檢測，發(fā)現(xiàn)沉井傾偏及時糾正，每次下沉前和下沉后都要做觀測記錄和施工記錄，記錄下沉深度，偏移情況，開挖面地質(zhì)情況。高程觀測可用水準(zhǔn)儀，垂直度和位移情況可用經(jīng)緯儀或全站儀觀測。及時分析觀測記錄，便于隨時掌握沉井下沉情況，如發(fā)現(xiàn)問題便于及時采取措施。

(5)當(dāng)沉井接近設(shè)計標(biāo)高時須做穩(wěn)定觀測，觀測24小時下沉量小于10cm即可。沉井至設(shè)計標(biāo)高時偏差不超過下列值:

(a)水平位移與下沉深度之比不大于1/100，且不大于100mm;

(b)沉井刃腳平均標(biāo)高與設(shè)計標(biāo)高的偏差不大于80mm。

(6)施工排水

施工排水采用離心式水泵抽水，水排至施工區(qū)域外。坑內(nèi)采用挖集水坑(初步計劃1.5m×1.5m×1m，視滲水情況而定)。

(7)對沉井偏移的控制及補救措施

在下沉過程中對沉井要及時觀測，發(fā)現(xiàn)沉井偏移要采取補救措施。

在下沉過程中要使沉井均勻的下沉，防止因為多次下沉不均勻而沉井傾偏從而導(dǎo)致軸線偏移。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一方下沉過慢時即沉井沉井有傾偏現(xiàn)象時則開挖時先挖那一側(cè)，使之保持垂直下沉。當(dāng)發(fā)現(xiàn)軸線已經(jīng)偏移則在開挖過程中有意識的把偏移軸線一側(cè)多挖，使之傾偏再校正，反復(fù)多次使之回到原來的軸線上。

5 沉井封底施工

待沉井下沉穩(wěn)定后，將底部挖成鍋蓋形狀，將刃腳部位填實。填鋪15cm的砂石墊層并夯實后澆筑20cm厚C20砼。在澆筑砼之前底部要保持干燥，不能有積水。封底施工前在基坑底部打入鋼管接離心泵抽水，隨后將集水坑填實后進行封底施工。待封底砼達到一定強度后用快硬性砼將鋼管封堵后填土。

6 土方回填及拱墻施工

封底后，待砼達到一定強度后開始土方回填，填至標(biāo)高2125m時開始進行拱墻的施工，拱墻施工后砼達到100%強度后開始2125m以上的土方回填。回填土要隨填隨夯實。每層厚度控制在30～40cm。

7 結(jié)語

2010年12月完成西里水電站埋藏式壓力管道沉井施工。經(jīng)檢測，該沉井中心偏差及沉井傾斜度均小于井高的1％，施工質(zhì)量滿足設(shè)計和相關(guān)規(guī)范要求。該技術(shù)的成功應(yīng)用，保證了西里水電站工程安全和施工安全，對水利水電工程在復(fù)雜地質(zhì)條件下應(yīng)用沉井技術(shù)有著重要意義。