逆作法在曹妃甸華潤電廠二期工程取水箱涵施工中的應用

◎ 任思光 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概述

曹妃甸華潤電廠二期工程取水箱涵施工B標段，設計箱涵地下埋深10m，采用地連墻結構作為箱涵直立側壁，拱形板做箱涵頂板，底部設置支撐梁及底板。

地連墻平均高度23.235m，底標高-29m，墻厚1.0m。地連墻底部沿水平方向每隔4m設1道鋼筋混凝土支撐梁（斷面b×h=1.0×1.0m）。拱形現澆鋼筋混凝土頂板拱凈高1.5m，板厚1.0m，箱涵設計結構斷面圖見圖1。

2.逆作法應用的提出

取排水箱涵、地下綜合管廊等施工一般采用明挖法。但是，對于地下空間開發難度較大的工程，明挖法不再滿足工程的要求。將逆作法應用于取排水箱涵、綜合管廊的施工能解決實際工程問題，合理的施工方法能保證工程的安全。

本標段取水箱涵需要在地連墻施工完成后進行深基坑開挖，其中下穿唐曹路和華潤電廠鐵路兩個施工段，均需在公路和鐵路拆除后施工，但考慮到目前公路和鐵路均為正運營設施，斷路工期越短，華潤電廠的煤炭、曹港集團的疏港貨物運輸成本就越低，政府和業主也要求盡早恢復通車。

因此經過方案對比，在此提出了借鑒逆作法進行下穿兩路段箱涵施工的想法，即地連墻施工完成后，先開挖施工箱涵頂板，待頂板混凝土達到設計強度后，再同步進行箱涵內部和頂部構筑物恢復施工，如此可大大縮短上部結構施工周期，實現兩路早日恢復運營。

3.取水箱涵的逆作法施工工藝

3.1 主要施工工藝流程

地連墻施工→頂板以上部分土方開挖及土釘噴錨→拱形頂板施工→箱涵內及頂板上部結構同步施工（箱涵內土方開挖→支撐梁→底板施工，頂板上部土方回填碾壓→兩路恢復）

3.2 地連墻施工

本工程地連墻共114段，槽深34.5m，空槽部分深10.7m，采用液壓抓斗成槽，人工后臺焊接鋼筋籠，成槽后由兩臺150t履帶吊起吊鋼筋籠，起吊后由主吊吊裝安放至設計位置，混凝土澆筑采用可升降式澆筑架澆筑。施工中通過一些細節處理保證了混凝土實體質量，具體如下。

3.2.1 防塌槽措施

地連墻施工之前在導墻外側打設降水井降低成槽部位的地下水位，減少成槽過程中兩側土壓力，防止塌槽。并在兩側滿鋪30mm厚鋼板，使成槽設備及吊車在施工時對兩側地基形成均勻的面荷載，避免局部荷載過大導致塌槽。

由于地連墻上部為10.7m空槽，為防止澆筑后該部分因長時間擱置而塌槽，且不影響后續槽段施工，采取插入特制型鋼進行空槽部分防護。型鋼長度較空槽深度富裕1.3m（即12m），寬度為導墻寬度1.2m，厚度40cm。施工時將型鋼吊放至已澆筑地連墻空槽部位兩側，依靠在鋼筋籠吊筋位置，之后對空槽進行回填。

3.2.2 可視化驗槽

每段地連墻成槽后，均使用KODEN-DM604測槽儀進行測槽，形成可視化的圖像留存，通過測槽儀測出的圖像來判斷地連墻成槽效果，若垂直度或槽深不符合要求，立即安排抓斗進行修槽，若檢測結果顯示槽壁坍塌嚴重，則進行回填處理。3.2.3 地連墻接頭刷壁處理

地連墻相鄰單元槽段順序施工時會形成連接縫，為保證在連接縫位置，后期澆筑的混凝土和前期澆筑的混凝土較好的結合，避免漏水，增加墻體的整體性，在后續槽段成槽結束后需對前一個槽段混凝土表面進行刷壁處理，清除附著在混凝土表面的土體和槽段內護壁泥漿形成的泥皮，以保證相鄰槽段混凝土的有效接觸，增加地連墻墻體的整體性。

圖2刷壁器是萬向型刷壁器，可以將接縫處各個方向的沉渣和泥皮刷掉，每次刷壁器下放前必須將其上的泥皮沖洗干凈，以便確定最終刷壁效果。

3.3 頂板以上土方開挖及土釘噴錨

3.3.1 基坑開挖支護方案

頂板以上開挖深度9.8～10.3m，開挖邊坡采用土釘墻支護，采取二級放坡形式，坡比均為1：1，在深度5.0m處預留平臺寬度2.0m，共設計7排土釘，自上而下長度分別為：2道6.0m、4道18.0m，臨近一期取水箱涵一側第4道和第5道縮短為12.0m。每道土釘水平間距為1.5m，豎直間距為1.5m，第一排位于自然地面下1.5m，土釘主筋均采用Φ25的III級螺紋鋼筋。

基坑坡面采用Φ8@200×200鋼筋網，各排土釘主筋外加橫向壓筋Φ18，并與主筋端頭相連，土釘墻面層噴射混凝土厚度80mm，混凝土強度等級為C20，坡頂泛水面寬度2.0m。

在基坑中部設置Φ300疏干降水井（預制無砂混凝土管），降水井深度25m，間距12m；基坑兩側設置Φ400降水井（預制無砂混凝土管），降水井深度25m，間距7m，降水深度可至少低于開挖面以下1.0m。

3.3.2 基坑開挖及土釘噴錨施工

取水箱涵基坑開挖采用PC220反鏟開挖、20t自卸汽車運土。土釘墻噴錨由上而下邊開挖邊分段施工，分層開挖、分層穩定、坡腳預加固，采用先錨后噴工藝。

噴射混凝土2小時后，采取灑淡水覆蓋土工布養護7天。每層土釘噴錨養護期結束后，方可進行下一層土方開挖，以確保基坑邊坡土體穩定。

3.4 高壓旋噴樁施工

根據設計圖紙（如圖3），地連墻連接處，為防止接頭處漏沙、涌水，在每個接頭處設8根長8m直徑400mm的高壓旋噴樁，雙排布置。待土方大開挖至地連墻頂標高后開始施工高壓旋噴樁。

3.5 拱形頂板施工

3.5.1 拱形頂板施工工藝

本工程頂板全長324m，頂板厚1m，上弧長13.21m，下弧長10.96m。兩側冠梁高1.3m，寬1.2m。頂板與冠梁及地連墻連接（地連墻兼做結構側壁），形成拱頂直墻結構，混凝土設計強度等級C45W10，配合比編號Cm2017-0054。

為保證箱涵整體受力，冠梁與頂板同時澆筑。在施工之前進行地連墻樁頭鑿除，測量放線，人工采用手提鋸切縫后風鎬鑿除。

拱形頂板施工前，綁扎冠梁鋼筋，隨后支立冠梁內側模板，再將兩側冠梁間的原狀土整平成設計拱形并夯實，采用電動平板夯夯實后澆筑拱形頂板底胎膜，鋪設一層塑料布+一層原紙后綁扎頂板鋼筋，人工支立模板后采用56m泵車澆筑混凝土，鋼筋及模板采用70t汽車吊吊運至基坑內。

3.5.2 主要控制點

考慮到拱形頂板鋼筋為Φ32的III級螺紋鋼筋，間距80mm，為保證拱形頂板混凝土強度，與設計溝通，鋼筋間距每5根調整為100mm，鋼筋凈距68mm，該處作為振搗棒振搗位置并在模板頂口做好標記，施工時要重點進行混凝土振搗質量控制，以保證頂板混凝土密實。

混凝土澆筑時預留3組同條件試塊，待混凝土澆筑后放置在拱形頂板上，做好養護，公路段頂板采取覆蓋土工布灑淡水養護，鐵路段頂板采取覆蓋塑料布+棉被保溫養護，并做好3d、7d、14d的同條件試塊強度檢測，統計數據見表1，分析其強度增長情況，為箱涵內部土方開挖時間提供依據。

通過表1可看出，拱形頂板在7d后即可達到設計強度，具備后續頂部回填及內部開挖條件。

3.6 土方回填及上部結構恢復

3.6.1 土方回填施工

取水箱涵頂板達到設計強度后，進行頂部土方回填及碾壓施工，采用PC220反鏟裝車，20t自卸汽車運輸至基坑邊，反鏟配合TY160型推土機每30cm分層推平，20t壓路機振動碾壓密實，壓實度達到95%。

3.6.2 上部結構恢復

唐曹路段，在土方回填完成后進行公路兩側管網恢復施工，再分層鋪設80cm山皮石，碾壓密實后進行公路路面結構層施工。

華潤電廠鐵路段，土方回填完成后交付鐵路恢復單位按設計要求恢復線路。

3.7 箱涵內土方開挖施工

待箱涵頂板強度達到設計強度的100%后，進行箱涵內土方開挖，開挖時將拱形頂板混凝土底胎膜一同挖除，由于采用塑料布+原紙隔開，比較容易挖除。考慮到箱涵凈空高度6.5m，寬度10.4m，采用1臺PC120小型反鏟進行開挖，20t自卸汽車運輸。

3.8 支撐梁及底板施工

箱涵內土方開挖貫通后，開始進行支撐梁及底板施工，支撐梁施工順序與開挖順序相反，倒退施工。

3.8.1 支撐梁施工

支撐梁施工前，先人工采用風鎬將地連墻預留的接駁器鑿出，并清理干凈，澆筑砼墊層后，進行鋼筋綁扎、模板支立和混凝土澆筑。支撐梁鋼筋一分為二，接頭采用搭接焊，模板采用竹膠板+木方、頂口及底口對拉工藝。鋼筋、模板均采用裝載機倒運至箱涵內，人工卸料，混凝土采用地泵澆筑，泵管長度150m。

3.8.2 底板施工

支撐梁間為箱涵底板，結構自下而上依次為40cm回填土+500g/m2土工布一層+10cm碎石墊層+10cm厚C20混凝土墊層+40cm厚C45鋼筋混凝土底板。

底板施工順序與支撐梁施工順序一致，待支撐梁全部澆筑完成后，在梁間回填土，鋪設2cm厚鋼板形成施工通道，然后依次倒退施工，直至成型。

4.逆作法工藝與明挖法施工比較

4.1 工期對比

取水箱涵B標段下穿唐曹路段（144米）自2017年5月20日斷交開始導墻換填施工，至9月20日恢復通車，歷時124日歷天，比原區政府批復明挖法方案的5個月工期提前26天恢復通車，向區政府交了一份滿意的答卷，為企業贏得社會效益。

表1 拱形頂板同條件試塊強度明細表

取水箱涵B標段過鐵路段（102米）參照唐曹路段施工經驗，采用逆作法施工，計劃80天交付鐵路恢復單位。施工時積極組織勞動力及優化施工工序，自2017年9月11日開挖至11月16日土方回填完成，歷時66天，在保證安全和質量的前提下，比計劃提前14天交付中鐵建工進行路軌的恢復工作，使業主鐵路恢復運營的節點得以提前實現，贏得了業主的高度信任和認可。由此可見，逆作法通過上下同步施工，可以大大縮短工期，體現了強有力的優勢。

4.2 安全性對比

明挖法搭設滿堂腳手架做模板支撐體系，屬于超過一定規模的危險性較大分項，涉及高空作業和模板支撐體系，安全風險大。施工過程中安全監督和過程驗收要求嚴格。

逆作法施工主要做好箱涵內通風和照明措施，安全風險低。

4.3 成本對比

明挖法搭設滿堂腳手架做模板支撐體系，由于腳手架開始搭設至拆除完成周期長，需租賃大量腳手架，采購大量木方、竹膠板等，搭設及拆除腳手架工序費用，經測算頂板混凝土澆筑（含模板）綜合施工單價310元/方。

逆作法施工，省去了腳手架、木方、竹膠板等材料費用，同時節省了模板支撐體系的施工費，根據實際施工投入測算，頂板混凝土澆筑綜合施工單價201元/方。

公路段及鐵路段頂板方量共計3100方，節省成本33.79萬元。

同時，公路段及鐵路段的提前恢復運營，為曹妃甸通用碼頭、京唐首鋼、華潤電廠等沿線單位疏港節省了大筆的運費，為業主創造了巨大的經濟效益。

通過逆作法與明挖法在工期、安全及成本三個方面的對比，可以看出逆作法的優勢是全方位的，說明華潤電廠二期工程取水箱涵施工B標段引入的很成功。

5.結束語

逆作法成功地引入到華潤電廠二期工程取水箱涵施工B標段上，體現出以下優勢：（1）快速恢復交通，對周圍環境影響降到較低水平。（2）解決了工期緊張問題，有效縮短工期。（3）降低安全風險，減少明挖法高空作業安全風險。（4）減少大量模板腳手架投入，節約成本。（5）同時節材、節地，完全符合綠色施工理念。

逆作法在華潤電廠二期工程取水箱涵施工B標段的成功應用，為今后類似地下大型箱涵的設計及施工提供了很好的參考價值。