復雜施工條件下地下連續墻施工技術

林能文

廣東省水利水電第三工程局有限公司 廣東 東莞 523710

1 工程概況

北江（曲江烏石至三水河口）航道擴能升級工程白石窯樞紐船閘工程位于廣東省英德市白石窯水電樞紐左岸，工程內容包括新建二線船閘及重建一線船閘，二線船閘全年縱向圍堰結構形式為地下連續墻基礎+上部連梁、擋墻結構。二線船閘縱向圍堰沿水流方向穿過白石窯樞紐舊船閘的檢修門庫和連接土壩，相交部位為S12結構段。

S12結構段臨近舊船閘檢修門庫，且橫穿樞紐土壩，土壩壩頂高程47m，頂寬7m。土壩段與上游40m平臺、下游35m平臺存在較大高程差，土壩上下游面坡度1∶1，內排主墻穿過舊船閘門庫基礎。根據地質資料該區域巖層厚、硬度大，且巖溶發育。壩頂為連接舊樞紐左右兩岸對外交通道路。由于地處位置特殊、地質條件復雜，該結構段是本圍堰工程最為復雜的結構和關鍵節點之一，施工技術難度大

根據設計圖紙，計劃施工順序如下：

第一，對土壩上、下游側填土加寬，填筑施工平臺，以滿足S12結構段地連墻施工要求。

第二，施工土壩下游側地連墻17槽，土壩道路上游側作為交通道路。

第三，施工土壩上游側地連墻6槽，土壩道路下游側作為交通道路。

原設計方案看似實現施工過程交通不中斷，但在施工安全和壩頂交通安全上的考慮欠缺，實際實施起來困難很大，施工干擾非常大，安全風險高，主要存在以下問題：

第一，S12結構段內排地連墻臨近舊船閘門庫，且內排主墻穿過舊船閘門庫基礎。如果強行施工勢必對門庫造成損壞，而舊船閘正在通航，如果造成了損壞，經濟和社會影響均會很大。

第二，按原設計施工組織S12結構段總體要分為2期施工，工期會拖延2到3個月，由于土壩高程為47m，上游地連墻施工平臺為40.0高程，下游施工平臺為35.0高程，因此加寬道路的邊坡會壓住上下游地連墻的一部分槽段，這樣又將加長工期和施工難度[1]。

第三，分期施工時，臨近對外交通，安全風險大，組織難度大。

圖1 S12平面布置圖及原計劃施工順序

2 技術難點及解決方案

2.1 技術難點總結

為上述問題，我司開展技術研究，總結技術難點如下。

2.1.1 S12結構段內排地連墻臨近舊船閘門庫且內排主墻穿過舊船閘門庫基礎。舊船閘運行單位要求減小施工對舊船閘造成的損壞。

2.1.2 S12結構段橫穿壩頂公路，該公路為白石窯樞紐方圓20km兩岸通行的唯一通道，施工期間不能中斷交通。

2.1.3 地質條件復雜，巖溶發育強烈，巖層厚且強度大（強度約120MPA）。傳統沖樁機成槽速度慢。

2.1.4 原設計采用的分段施工方案，施工區域狹窄，施工設備不能有序展開，導致施工進度慢，且臨近交通道路，安全風險大。

2.1.5 地連墻施工平臺不統一，上游地連墻施工平臺高程為40m，下游地連墻施工平臺高程為35m，而S12結構段地連墻施工平臺高程為47m，地連墻施工分期多，空槽大、施工場地狹小，鋼筋籠吊裝難度大，實際難于實施。

2.2 主要解決方案

針對各項技術難點，我司開展技術研究，對工程難題進行攻關，主要解決方案如下。

2.2.1 增加超前鉆探，優化地連墻結構設計，避開舊船閘基礎。

2.2.2 架設貝雷橋，保證樞紐兩岸交通不中斷。

2.2.3 降低施工平臺，擴大施工區域，增設工作面。

2.2.4 優化地連墻成槽工藝。

2.2.5 解決貝雷橋所在區域地連墻鋼筋籠吊裝。

3 關鍵技術研究

3.1 增加超前鉆探，優化地連墻結構設計，避開舊船閘基礎

沿地連墻槽段按一槽兩孔進行超前鉆探，進一步摸清S12結構段地連墻的地質情況，提交設計單位進行優化設計，對巖溶發育地層的地連墻進行加深處理，對巖層完整性較好的地連墻采取抬高墻底標高或取消進行處理。經綜合分析，將下游側的雙排格型地連墻布置型式調整為單排地連墻型式，地連墻的槽段數量由原來的23槽減少到15槽。槽段減少后上報設計經設計驗算滿足地連墻的結構整體穩定性[2]。

圖2 S12設計結構優化圖

3.2 架設貝雷橋，保證樞紐兩岸交通不中斷

在門庫和左岸土壩之前架設貝雷橋，橋上通行車輛，橋下布置沖孔樁機施工地連墻。項目部委托貝雷橋專業廠家進行設計與施工，根據地連墻施工特點及荷載要求，貝雷橋選用321型雙層單排結構型式，凈寬3.5m，共兩跨總長度54m，其中靠近門庫側（英紅鎮）為36m（汽20-雙排單層上下加強型），靠近山邊側（望埠鎮）為18m（汽20-雙排單層不加強型）。貝雷橋設計限載30t，施工期間實行交通管制，只允許小型中巴車和小型機動車通行，允許最大通行荷載為15t。

圖3 貝雷橋平面布置圖

圖4 貝雷橋立面圖

圖5 貝雷橋斷面圖

3.3 降低施工平臺，擴大施工區域，增設工作面

根據現場地形條件，對于土壩上游側的地連墻，由47m高程開挖至40m高程，與上游地連墻施工平臺相接；對于土壩下游側的地連墻，由47m高程開挖至35m高程，與下游連墻施工平臺相接，均在橋下施工，橋下有12m施工凈高，可滿足沖孔樁機8m施工凈高的布置要求。由于統一了施工平臺高程，大大增加了施工工作面，可增設沖孔樁機數量，加快施工進度；施工期間可同時利用上、下游地連墻工作面的鋼筋加工廠、泥漿池等臨時設施以及履帶吊等機械設備，附圖6[3]。

圖6 門庫段地連墻施工平臺調整平面圖

3.4 優化復雜地質成槽工藝

由于地層的特殊性，本圍堰工程地下連續墻采用傳統的沖孔樁機成槽工藝。由于沖擊錘頭能量限制，在遇高硬度巖層時進尺效率低下，成槽速度慢，大大制約了工程進度。

為了解決沖孔樁機在高強度巖層碎巖效率低的問題，成槽前增加巖層預破碎工藝。預破碎采用潛孔鉆機在槽段內鉆取蜂窩孔，蜂窩孔梅花型布置，間距30cm，孔徑110mm。成槽前巖層預破碎大大加快了沖孔樁機成槽時進尺速度，大大縮短成槽時間。

3.5 貝雷橋所在區域地連墻鋼筋籠吊裝

橫跨S12結構段地連墻施工區域的貝雷橋最大凈高為12m，無法滿足鋼筋籠吊裝施工，因此，貝雷橋需要吊離以滿足地連墻施工需求（圖7）。而貝雷橋的主梁、次梁連接方式為鉸接，直接吊裝會造成連接部位易磨損，影響結構安全。因此項目部提出了一種36m跨度貝雷橋整體吊裝施工技術。

圖7 S12地連墻施工平臺剖面圖

為了減小吊裝施工對交通的影響，鋼筋籠吊裝安排在夜間10時至次日6時，吊裝前先封閉貝雷橋左右側，中斷左右岸交通；然后利用上游地連墻工作面的350t履帶吊將貝雷橋整體吊起升高，并往上游移動離開地連墻槽位10m并凌空放置；接著利用下游地連墻工作面的260t履帶吊（主吊）和160t履帶吊（副吊）雙機抬吊法下放鋼筋籠；待鋼筋籠下放完畢后，再利用350t吊機將貝雷橋吊回橋位[4]。

圖8 吊裝平面圖

圖9 吊點布置圖

圖10 吊裝剖面圖

4 工程實施情況

施工前編制詳細的專項施工方案，并組織專家進行評審。

施工貝雷橋灌注樁基礎和橋臺。貝雷橋共布置3個橋臺，橋臺1位于舊船閘結構門庫段，利用就門庫結構作為橋臺結構；兩跨貝雷橋連接處，布置橋臺2，采用鋼筋混凝土結構，橋臺2基礎為灌注樁基礎，樁徑為1200mm。

混凝土齡期達到設計強度后，進行貝雷橋安裝，安裝期間占用原有道路下游側半幅路面。

委托第三方檢測單位進行貝雷橋荷載試驗。

貝雷橋通車后，進行橋下土壩土方開挖，從47m高程開挖到35m高程。

S12結構段上游側地連墻位于貝雷橋上游，在40m施工平臺施工；S12結構段下游側地連墻位于貝雷橋橋下或下游，在35m施工平臺施工。

增加超前鉆，進一步摸清S12結構段地連墻的地質情況

潛孔鉆鉆蜂窩孔，對超硬地層進行預破碎處理。

吊裝作業人員將已加工好的吊裝裝置、貝雷橋穩定性加固件安裝到貝雷橋上。

選擇夜間11點進行施工。因為夜間11點通過貝雷橋的行人較少。能夠減少吊裝期間給左右兩岸出行帶來的影響。

采用260t履帶進行鋼筋籠吊裝入槽[5]。

圖11 貝雷橋施工方案專家評審

圖12 貝雷橋安裝

圖13 貝雷橋所在區域土方開挖

圖14 貝雷橋下地連墻施工

圖15 超前鉆施工

圖16 潛孔鉆預破碎施工

圖17 吊裝裝置貝雷橋穩定性加固件安裝

圖18 貝雷橋臨時吊離

圖19 貝雷橋吊離后進行地連墻鋼筋籠吊裝

5 結束語

工程通過技術研究采用了多種手段達成了復雜施工條件下地下連續墻的施工，避免了工程施工對舊船閘帶來破壞性影響，采用架設貝雷橋跨過地連墻施工區域的方式，有效地解決了施工區域與樞紐交通相鄰的安全問題，采用潛孔鉆對巖層預破碎技術，大大加快了成槽速度，節約了工期，貝雷橋整體吊裝技術有效得解決了鋼筋籠入槽問題，大大縮短對外交通中斷時間，減小施工對交通造成的影響，加快現場施工速度，可在類似工程施工中推廣應用。