淺談應急搶險中的滾水壩施工技術(shù)

孫 士 國， 陳 篤 簡

(1．中國人民武裝警察部隊水電第九支隊，四川溫江 611130;2．中國人民武裝警察部隊水電第三總隊，四川成都 610036)

1 概述

2013年7月，四川盆地西部和西北部遭遇連續(xù)強降雨，什邡市石亭江爆發(fā)特大洪水，石亭江的流量達到2710m3/s。洪水對石亭江河床的沖刷加上非法采沙造成的河床下降導致成綿高速公路復線石亭江大橋和成鐵高速大橋橋樁基大部分外露，樁基外露高度最高達到11m，樁基承載力降低，嚴重危及大橋運行安全(圖1)。

圖1 石亭江大橋與成鐵高速大橋

2 搶險設計方案

2．1 方案制定的原則

鑒于國內(nèi)外既無大橋應急處置的規(guī)范可供遵循，也無成熟的經(jīng)驗可以借鑒，石亭江大橋搶險方案制訂的總原則是安全、科學、快速，用工程措施最大限度地減少水流對大橋樁基的影響，確保第二次洪峰來臨時橋梁結(jié)構(gòu)不再進一步惡化，用進度規(guī)避惡劣工況的出現(xiàn)，達到既除險、又無人員傷亡的最佳效果。

2．2 方案的制定

2．2．1地形資料

由于河床變化較大，石亭江無完整的、滿足精度要求的資料可供使用，故應用遙感技術(shù)快速獲取大橋上、下游200m范圍的地形資料。

2．2．2 工期要求

為確保大橋安全，必須在第二次洪峰來臨之前完成滾水壩的施工任務，工期為3d。

2．3 應急處置總體方案

2．3．1 方案的構(gòu)想

為保護大橋樁基安全，計劃在樁基下游建一座滾水壩，以抬高上游水位，促進河床淤沙，從而使樁基埋深達到設計要求，確保大橋的安全。

2．3．2 壩體結(jié)構(gòu)

壩頂高程546．5m，頂寬6m，上游坡比為1∶1．5，下游坡比為 1∶2．5，上游面、頂部和下游面采用大卵石主動防護網(wǎng)(4m×4m)防護，在距河床2m高的位置埋設涵管，壩后20m段設大卵石主動防護網(wǎng)護坦，護坦頂高程為542．5m，護坦下游坡比為 1∶2．5(圖2)。

圖2 滾水壩橫斷面圖

3 搶險施工方案

首先從料場轉(zhuǎn)運塊石料到施工現(xiàn)場，采用吊機和人工配合進行主動防護網(wǎng)石籠的制作。自卸車運輸主動防護網(wǎng)石籠雙向戧堤進占合龍，截斷河流，戧堤頂部高程為542．5m。戧堤中部順水流鋪設35排、直徑為1m的混凝土預制涵管，最后用防護網(wǎng)石籠分層填筑滾水壩至設計高程。

4 搶險的特點與難點

(1)搶險目標要求高、有效處置時間極其緊迫。

時間是大橋搶險最珍貴的資源，大橋附近無料場，大的塊石必須從20km之外的地方運輸，在3d內(nèi)要完成25000m3的填筑任務，難度極大。

(2)水文氣象無法準確預測，施工工期難以準確擬定，對除險方案的應變適應性要求高。

受當時氣象預報水平所限和高山峽谷地區(qū)小氣候影響，對施工區(qū)域的天氣條件不能進行可靠的預報。時值汛期，隨時可能發(fā)生強降雨，對工程方案、實施進度、施工工期等構(gòu)成嚴重影響，甚至可能導致?lián)岆U目標無法實現(xiàn)。

(3)施工強度高。從施工準備到完成任務的時間只有3d，要求在3d內(nèi)完成25000m3的填筑任務，難度極大。

(4)設備材料保障困難，壩體填筑必須采用大塊石，混凝土預制塊制作在時間上不允許，只能在20km以外的料場選取大卵石，從而給塊石料的運輸帶來了極大的困難，要求必須投入足夠多的設備。由于當時四川各地搶險任務異常艱巨，設備組織較為困難。而滾水壩共需100000m2主動防護網(wǎng)，當時主動防護網(wǎng)在四川境內(nèi)已無現(xiàn)貨，從而給搶險任務帶來了極大的困難。

(5)交通非常困難。

由于壩區(qū)的主流在左岸，而左岸河床大部分由細砂組成，含有少量的礫石，極易受沖刷，因此，填筑必須從左、右岸同時進行，而左岸交通路況極差，重車根本無法通過。

5 搶險組織的實施

5．1 搶險施工

5．1．1 截流方式

結(jié)合壩址處的地形地質(zhì)條件、料源及施工交通狀況，選用從左右兩岸向河中心進占雙戧堤立堵截流方式，截流戧堤作為壩體的一部分，填筑高程距水面高度約50cm。

(1)涵管的安裝。

由于當時石亭江流量為50m3/s，流速約3 m/s，安裝35排涵管即可滿足過流要求。當龍口寬度為20m左右時，停上進占，開始進行涵管的安裝。由測量人員放樣邊線并用白灰線標識，安裝涵管的部分基礎(chǔ)用推土機整平，基底鋪一層30 cm厚的砂礫料，用25t吊車、人工配合進行涵管的吊裝作業(yè)。安裝時，注意涵管節(jié)接頭接縫的銜接處理，要求其平順均勻。涵管安裝完畢，在其上鋪一層30cm厚的砂礫料，然后再填1m厚的大卵石，均采用進占法進行填筑，在壩體上形成一條進占龍口的道路。

(2)龍口合攏。

合攏前，觀測河道流量、龍口上下游水位差、龍口流速，并對上游水情提前預報，以正確指導合攏施工。為保證龍口順利合攏，截流前在左右岸的平臺上按龍口填筑量的兩倍準備主動防護網(wǎng)石籠。

戧堤龍口合攏時，左右岸兩側(cè)各安排10輛自卸車、2臺推土機(其中1臺備用)、2臺裝載機和2臺25t汽車吊，所有車輛預先裝好料，按指定的行走路線從左右兩岸同時快速填筑。龍口填筑量約3000m3，按 15m3/車，共 200車，每側(cè) 2min填1車(15m3/車)、填筑連續(xù)作業(yè)，4h完成龍口合攏。

(3)壩體填筑。

龍口合攏后，立即進行壩體剩余部分的填筑，采用進占法，25t自卸汽車運輸，推土機推平。由于技術(shù)方案的優(yōu)化，壩體內(nèi)填筑大卵石，壩體表面1m范圍內(nèi)采用主動防護石籠覆蓋，并用卡子把石籠連在一起，確保壩體的穩(wěn)定性。

(4)涵管封堵。

滾水壩填筑完成后，采用主動防護網(wǎng)石籠對涵管進口進行覆蓋，封堵從中間向兩邊進行，封堵完成后水從壩頂漫過，抬高了上游水位，起到了濾水淤沙的作用。

5．1．2 搶險過程

滾水壩搶險施工任務重，時間緊。為確保左、右岸搶險工作有序進行，對每個工作面設專門的領(lǐng)導小組和專職技術(shù)負責人，以達到各司其職、戰(zhàn)而不亂、快速有效的作戰(zhàn)狀態(tài)。組織了74臺(套)設備，采取2～3人負責1臺設備運行，人停機不停的施工方法晝夜24h施工。

按照預定的施工方案，部隊迅速展開施工。搶險過程中，全部人員分成兩班，24h不間斷作業(yè)。

5．2 搶險戰(zhàn)果

5．2．1 滾水壩面貌及工程量

成綿復線石亭江大橋搶險工程共投入兵力383人，各類設備80臺(套)。鏖戰(zhàn)3個晝夜，滾水壩的形象面貌為:滾水壩全長150m，壩頂高程546．5m，頂寬6m，上游面、頂部和下游面采用大卵石主動防護網(wǎng)(4m×4m)防護;壩體中部高程542．5m，埋設35排φ100混凝土預制涵管;壩后20m段設大卵石主動防護網(wǎng)護坦，護坦頂高程為542．5m，護坦下游坡比為 1∶2．5(圖3)。

圖3 滾水壩實景照片

5．2．2 主要施工強度指標

壩體填筑:日平均強度為8000m3/d，日最大強度為10000m3/d。

5．3 資源投入

5．3．1 資源配置特點

搶險工程的資料配置有別于常規(guī)工程施工的資源配置。(1)工期只能提前;(2)資料缺乏，情況不明，不可預見的因素多;(3)工期非常短，調(diào)整余地小;(4)運到現(xiàn)場的設備沒有時間調(diào)試就要投入高強度施工，現(xiàn)場條件差，交通不便，不具備設備維修條件，設備備用量要比常規(guī)施工多;(5)主動防護網(wǎng)石籠只能由人工裝填。

5．3．2 主要設備的配置

(1)大塊石運輸。

滾水壩共計25000m3，料場距現(xiàn)場距離為20 km，配50臺25t自卸車，6臺反鏟方能完成石料的運輸。

(2)主動防護網(wǎng)石籠。

根據(jù)最初施工方案要求，主動防護網(wǎng)石籠為25000m3，根據(jù)上述特點，主要設備計劃配置了4臺25t汽車吊，2臺裝載機。

(3)滾水壩填筑。

現(xiàn)場共投入反鏟挖掘機4臺，推土機3臺，裝載機4臺，自卸車20臺，汽車吊4臺。

5．3．3 人員配置

人員按照兩班制作業(yè)，每班按工作12h進行配置。主要配備了設備操作手、設備維修人員、主動防護網(wǎng)石籠制作與吊運人員、測量工及管理人員。根據(jù)搶險情況，部隊先后投入總兵力383人進行搶險。

6 處理效果評價

什邡市成綿復線石亭江大橋滾水壩工程從7月17日開始施工，在第二次洪峰來臨之前，于7月19日圓滿完成了壩體填筑工作，確保了石亭江大橋樁基的安全，為大橋下一步的防護工作奠定了良好的基礎(chǔ)。