消能防沖樁板聯合施工技術

冷珍華 張吉順

中國葛洲壩集團市政工程有限公司 湖北 宜昌 443002

1 工程概況

江坪河水電站為一等大（1）型工程,工程下游河道消能防沖設計方案為“大口徑防沖板（樁）+邊坡面板”，防沖板（樁）分為三種型式：Ⅰ型為板樁聯合結構，上部板厚2m深度為12～28m，下部樁徑2.0m樁長7～23m；Ⅱ型樁樁徑1.5m，樁長12～20m；Ⅲ型防沖板厚1.5m,板深度為7～16m。沖刷重點防護區采用Ⅰ型板樁聯合結構，上部布置混凝土防沖板，下部設置防沖樁，板（樁）頂布置混凝土連梁，提高防沖板樁的整體性[1]。

2 板樁聯合結構施工方案優化及比選

2.1 原設計方案分析

防沖樁板的原設計方案是“樁+板”間隔布置，即沿著防沖軸線，每隔（樁心間距）4m布置Φ2m的鋼筋混凝土樁，然后在樁與樁之間設置寬度為2m的混凝土板，與樁連接起來形成一個整體。樁和板的施工均采用人工挖孔法。

采用該方案，在實際施工中主要存在以下不利施工的因素：

2.1.1 工期無法保障。因防沖樁板軸線較長，按此方案來分割的施工單元過小，為保證工程進度，需同時安排多個作業面施工。根據相關安全規范要求，相鄰作業的挖孔樁，其作業面必須預留不小于5m的安全距離。本工程中挖孔樁的直徑僅為2m，以此來劃分，同一部位的樁板要劃分為四序來間隔施工，大大延長了施工周期，無法滿足電站下閘蓄水的節點目標。

2.1.2 施工安全無法保障。防沖樁板均采用人工挖孔法施工，板和樁的直徑只有2m，作業空間狹小，作業人員的避讓空間嚴重受限。同時挖孔樁的最大樁深達32m，此環境下作業安全風險極高，作業人員人身安全無法得到保障。

2.2 優化后方案分析

結合水布埡工程防淘墻施工成功經驗，將防沖樁板結構進行優化，采用“上部寬豎井+下部圓形樁”相結合的樁板聯合施工方案，即上部防沖板采用長×寬=8×2m的混凝土板，板的深度為7～28m，板下部設置Φ2m的防沖樁，樁的深度為6.2～20m。

相比原設計方案，此方案施工工序由最少四序施工變為了兩序施工，加快了施工進度，減少了同時施工的作業面數量，加大了單個作業面的空間，施工安全風險有效降低，并且進一步增強了防沖樁板結構的整體性，有效保障工程質量。

3 板樁聯合結構施工

3.1 施工布置

“上部寬豎井+下部圓形樁”的聯合布置和施工方案，采用Ⅰ序、Ⅱ序間隔施工。先施工Ⅰ序樁板，樁板開挖完成并進行鋼筋制安和混凝土澆筑，澆筑完成7d后，再進行相鄰部位的Ⅱ序樁板施工。樁板聯合施工部位的主要設施有井口防護及提升系統、卷揚機、空壓機、臨時存渣堆等。

3.2 施工方法及工藝流程

工藝流程步驟如下。

3.2.1 首先完成樁（板）上方邊坡的開挖和支護工作，并布置測量監測點。

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3.2.2 然后開挖或回填修筑防護工程樁頂平臺至設計高程。測量放樣，完成Ⅰ、Ⅱ序樁板井的鎖口襯砌施工。周邊采用“高壓旋噴灌漿+帷幕灌漿”防滲處理。

3.2.3 完成防滲后，做好截排水溝和井口安全防護措施，安裝調試好開挖提升系統，進行樁板井的開挖與支護工作。樁板聯合分Ⅰ、Ⅱ序相間施工，先施工Ⅰ序樁板，后施工Ⅱ序樁板。

3.2.4 樁板井內采取自上而下人工分層開挖，覆蓋層內分層厚根據土質情況按0.6～1.5m控制，每開挖一層襯砌砼支護一層；進入基巖采用手風鉆造孔，密孔小藥量弱松動爆破，層厚按1.5～2m控制，巖層地質較差部位采用襯砌砼支護，完整性較好的弱風化基巖采用噴錨支護。

3.2.5 樁板全部開挖支護完成后，進行鋼筋安裝綁扎。下部樁體鋼筋籠用25t汽車吊吊裝入井，防沖板的鋼筋由人工在井內安裝完成。鋼筋安裝完成后，排除積水清除浮渣，采取不分層連續澆筑至設計高程[2]。

完成Ⅰ序樁板砼澆筑達7d齡期后，按同樣方法進行Ⅱ序樁板施工。

3.3 樁板聯合鎖口及井口防護

開挖前需進行井口鎖口，并做好防護。鎖口施工時，Ⅰ、Ⅱ序樁板井統一施工，鎖口施工的高度范圍為自井口向下1.0～1.5m（視地質情況而定）。樁板井鎖口采用挖掘機開挖，再由人工修整成型，然后安裝鎖口鋼筋，澆筑鎖口襯砌混凝土，并設置高于地面18～20cm的護埂，防止地面集水、石子或雜物等落入樁內。在鎖口混凝土中布置Φ22鋼筋，以便固定提升系統和防護欄桿。

完成后再回填Ⅱ序樁板井，并進行Ⅰ序樁板井垂直運輸系統的安裝調試。提升系統主要包括鋼結構提升架、卷揚機及限位器、鋼絲繩、出渣料斗，作進出設備物資、出渣使用，每個樁板聯合井布置兩臺提升系統。使用專用載人吊籠上下，井口備用懸掛軟梯、保險繩，長度不小于開挖井深，以便發生突然停電等意外情況有關人員能順利上下。

清除井口雜物，同時在井口周圍設置截排水溝保證排水暢通，然后安裝安全防護欄桿，以保證井口的結構穩定和井內作業人員安全。為施工Ⅰ序樁板井作好一切準備，然后進行下一循環的開挖支護施工。

為加強井口的安全穩固性，一般可在井口周邊澆筑混凝土梗（寬度15～20cm、高度20cm為宜），作為攔水埂兼踢腳板。井口四周設置1高度1.2m的防護欄桿，因出渣側受作業活動的影響，可采用伸縮式防護欄，其它三面均采用固定欄桿。

3.4 樁板聯合開挖與支護施工

3.4.1 覆蓋層開挖支護。為保證防沖板結構的截面尺寸為8m×2m，經計算，防沖板井開挖中設置厚度為50cm的護壁襯砌混凝土，則防沖板開挖的凈尺寸為9m×3m。襯砌混凝土設置雙層鋼筋網片，并安裝20a型工字鋼支撐，間排距1.6m×1.2m，鋼支撐兩側支座處豎向設置16型槽鋼。

開挖過程中，堆積體、沖積體、松散地層采用人工開挖，局部輔以風鎬開挖，進入強風化層后用風鎬或爆破開挖，鐵撮萁裝土入渣斗，由2t卷揚機配0.2m3渣斗吊運出渣。每挖一層支護一層，保證施工安全。一般每層高度為0.6～1.5m，在流砂、流泥區段每節高度宜小于0.5m，特殊地質下挖孔速度應視護壁的安全情況而定，并加強支護。

圖1 樁板聯合覆蓋層內襯砌支護圖

樁板井自上而下分層開挖支護，完成一層開挖后進行護壁鋼筋制安，襯砌鋼筋為雙層鋼筋，然后立模。護壁模板采用加工制作的定型鋼模板，制作成鍵槽形狀，保證樁板聯合結構尺寸和樁板豎向施工縫結合的整體性（見圖1）。井內設Ⅰ20a工字鋼水平支撐，鋼支撐間距為1.6m，排距為1.2m，且在鋼支撐兩側支座處堅向設置I16槽鋼。施工過程中視地質情況在豎井周邊設Φ22隨機錨筋，防止豎井襯砌砼下滑和覆蓋層開挖時，周邊發生塌方、上部脫空。

3.4.2 巖石開挖及支護。為提高施工效率，對基巖層采用爆破開挖。采用自上而下分層爆破的方式，并配以人工出渣。分層厚度根據巖層的硬度一般控制為1.5～2.2m。為保證井壁安全，采用松動爆破方法，爆破原則為“小炮眼、密孔、小藥量、周邊光爆”，一方面盡量減少超挖量，同時也要保證不對支護混凝土結構造成損壞。

鉆孔爆破：采用手持式風鉆鉆孔，孔徑Φ40mm。樁板聯合部位掏槽孔孔深1.7～2.2m（楔形布置），爆破孔和周邊孔深1.5～2.0m。防沖板下部的單樁爆破開挖時，一次進尺不宜過大，掏槽孔孔深可按1.7m（直孔掏槽），爆破孔和周邊孔孔深按1.5m控制。

通風散煙：爆破后先灑水降塵，再利用風機通風散煙，并利用有害氣體監測儀監測確認無有害氣體后，作業人員方可下井。當開挖深度超過10.0m后，井內空氣自然流動速度急劇減慢，且因二氧化碳氣體的密度大于空氣密度，造成底部二氧化碳氣體含量大幅增加，氧氣含量大大減少，因此，為了保證安全施工，要用大功率風機連續向孔內送風。

出渣：通風降塵完畢后，首先進行安全檢查，清理井口及井壁周邊浮石，進行排險，確認安全后，人工裝渣入吊斗，再用卷揚機提升至井外臨時堆放集中，集料到一定量后用反鏟配10～15t自卸汽車及時轉運至水流溪棄渣場。

錨噴支護：視巖層情況，對圍巖破碎、穩定性差的部位采用錨桿、掛鋼絲網或素噴砼方式支護。

3.4.3 襯砌混凝土橫向側壁拆除。樁板施工中，要對Ⅰ序和Ⅱ序之間的橫向側壁襯砌混凝土進行拆除，以保證Ⅰ序和Ⅱ序樁板之間的緊密連接。Ⅱ序樁板井的開挖，在Ⅰ序樁板混凝土澆筑7d后進行，開挖中同步拆除Ⅰ序板井施工過程中的橫向襯砌混凝。拆除主要采用靜態爆破方法，局部輔以風鎬進行拆除[3]。

3.5 樁板結構混凝土施工

下部樁體鋼筋籠采用25t汽車吊吊裝入井內，防沖板的鋼筋，構件在加工場集中加工，運至現場采用人工現場綁扎。當需要進行焊接作業時，需連續采用風機向井內壓入空氣，保證通風和排煙，焊接作業結束后，需持續通風不少于10min，確保將有害氣體全部排出井外。

鋼筋、預埋件、監測設施全部安裝完成后，將井內浮渣、雜物等全部清理干凈，并將積水抽排干凈，再澆筑混凝土。混凝土澆筑中，盡量采用一次連續澆筑完成，減少施工縫。

在井口設置下料斗，接直徑200～250mm的串筒或溜管往豎井內下料，串筒或溜管制作成1.5m一節，便于安拆；串筒或溜管離孔底（澆砼面）不大于1.5m，隨砼澆筑增高逐節拆除。

3.6 防沖板結構銜接技術

防沖板Ⅰ序和Ⅱ序之間的銜接情況對工程的安全性能影響較大，良好的銜接技術，可有效保障工程防沖質量和可靠性。本工程中，采用在Ⅰ序和Ⅱ序樁板之間設置鍵槽來提高兩者之間的咬合度。

4 板樁聯合結構施工質量及應用效果

4.1 質量檢查情況

對防沖樁板C35混凝土強度檢測共168組，其中最大值47.4Mpa，最小值36.1Mpa，平均值41.8Mpa，合格率100%，抗滲和抗凍等級分別檢測4組，全部符合設計要求。

4.2 應用效果

針對防沖樁板聯合結構，采用“上部寬豎井+下部圓形樁”相結合的施工技術，在施工工期方面，使施工分序由四序變為兩序，節約工期約9個月。在施工安全方面，增加了人工挖孔作業面積，提高了安全保障。在工程質量方面，增強了防沖樁板的結構整體性，提升抗沖能力[4]。

5 結束語

在江坪河水電站下游河道防沖樁板聯合結構中采用“上部寬豎井+下部圓形樁”相結合的方式，使本工程在安全、質量上得到了保證，進度達到預期目標，證實了該施工工藝的可行性，形成了1套可復制、可推廣的防沖樁板施工工藝技術，對以后在高山峽谷之中，河道狹窄、河床覆蓋層深厚等條件下進行類似工程施工提供了借鑒和參考經驗。