面向防洪排澇的閘站施工質量和進度保障措施研究

秦興鋒,周 易

(江蘇省工程勘測研究院有限責任公司,江蘇 揚州 225000)

0 引 言

我國地處亞洲東部及太平洋西岸,大陸性季風氣候顯著。每到夏季,我國秦嶺-淮河以南地區多發生洪澇災害,洪澇災害對當地的經濟發展及人民群眾的生命財產安全,都會造成嚴重的危害[1]。洪澇災害固然可怕,但若能針對汛期各區域的降雨特征及河流情況,修建一定數量的防洪排澇閘口,提前預防汛期河流量暴增的情況,就可以保護當地經濟發展和人民群眾的生命財產安全,使其免受洪澇災害的影響。因此,防洪排澇閘口的修建具有重要意義。在工程具體實施中,不僅需要保證閘口的修建質量,還需要保證閘口的修建進度[2]。江蘇省地處淮河流域,多平原洼地,易受洪澇災害的影響,當地相關水利工程較多。因此,本文對蘇州地區金山浜閘口進行分析研究,并提出施工質量及進度的保障措施。

1 防洪閘口施工質量及進度保障研究

1.1 項目關鍵線路質量保障研究

金山浜閘站位于獅山橫塘街道金山浜連接京杭大運河的河口,距離大運河80m,現狀高新區航道管理處位置。金山浜閘站為新建閘站,工程布置為節制閘口門凈寬16m,泵站設計排澇流量10m3/s,總流量15m3/s(2用1備),采用閘站合建的布置方式。

堤防的修建質量決定了防洪閘口的使用壽命。因此,閘口修建中,堤防的質量保障是重中之重。堤防的修建需要考慮河底高程、河底寬度、河道邊坡等因素的影響,這些重要因素基本都可以在河道斷面截圖中獲取,在河流的斷面截圖中,可以清晰地了解到河流除流量以外的所有信息[3]。防洪閘口的修建過程中,質量保障主要包括施工圍堰安全質量、降排水質量、基坑圍封防滲體系質量以及基礎工程質量4個方面。閘口修建時,圍堰建筑需要修建在內河側及外河側,其中內河側的圍堰設計見圖1。

圖1 內河側圍堰設計圖

內河側圍堰建筑設計較為簡單,圍堰整體高5.00m,在高4.30m的位置需要使用鋼絲繩對拉,對堰體進行加固,在圍堰右側需要進行黏土填筑,填筑高度約3.50m,圍堰的整體樁長約9m,其水下部分長4.00m。內河側圍堰修筑完成后,還需要修筑外河側圍堰,外河側圍堰較內河側圍堰更為復雜。外河側圍堰的黏土填筑在圍堰左側,填筑高度也為3.50m,外河側圍堰需在堰頂位置進行鋼絲繩對拉,且需要在堰頂修筑一個子堰,子堰堰頂寬度不小于50cm。外河側圍堰的兩側樁長是不一致的,其左側樁長為9m,水下部分長3.50m;右側樁長為12m,水下部分長6.5m,具體結構設計見圖2[4]。

圖2 外河側圍堰設計圖

研究采用瑞典條分法,對圍堰安全系數進行計算,計算公式如下[5]:

(1)

式中:Fs為安全系數;Ci為圍堰滑面上土的黏聚力;φi為圍堰滑面內摩擦角;αi為土條傾角;Wi為土條體積質量。

圍堰施工通常采用流水作業法,主要施工流程為測量放樣、清淤、打樁、安放土工格柵及防滲膜、安裝對拉螺紋鋼、建筑壩體等。施工期的降排水也是非常重要的,降排水主要包括河道明水排除、建筑降排水、工場區排水等,排水方案的設計需要根據雨水特點及降雨對工程的影響來進行。主體建筑排水采用井點降水技術,井點管的埋設深度計算公式如下:

HA≥H1+h+iL

(2)

式中:HA為埋設深度;H1為總管平臺面至基坑底面的距離;h為基坑底面2到降低后水位線的距離;i為水力坡度;L為井點管到基坑中心的水平距離。

基坑圍封防滲是施工區安全保障及工程質量的重中之重。大多數工程的基坑圍封防滲都采用雙排雙軸水泥攪拌樁,施工前需要對防滲材料進行滲透試驗,確保材料的滲透系數低于4.0[6]。閘口的基礎工程中,主要包括灌注打樁和地下連續墻施工,其中灌注打樁是關鍵,因此樁體質量檢驗需要在施工過程中分批次進行。樁體質量檢測主要檢測狀態完整性及單樁的豎向承載力,其中完整性檢測方法采用低應變動力檢測法;豎向承載力的檢測方法則采用高應變動力檢測法[7]。

為了確保灌注樁質量,研究提出以下措施:①降低樁口排水工作,使施工位置水位滿足樁機打孔需求;②打孔時,不斷置換泥漿,保持漿液面的穩定;③灌注樁砼時,對孔洞進行第二次清洗,并檢測洞內泥漿性能;④砼澆筑至設計高度以下4m時,使用振搗器進行振搗密實;⑤技術人員全程跟隨施工現場,并做好現場原始記錄。

為了保證施工人員的安全,地下連續墻需要在該部位的方樁施工結束后進行,避免在施工過程中出現擠土效應。地下連續墻施工是在泥漿護壁的保護下,挖出一條狹長深槽,在深槽中澆筑混凝土,形成一道連續的墻壁。為了保障地下連續墻的質量,研究提出以下措施:①施工前,結合相關建筑結構的外墻定位圖進行位置校驗,校驗無誤后,方可挖導槽施工筑墻;②成槽機的軌道標高需要保持一致,并由技術人員隨時校驗成槽機的垂直度,若有傾斜,即刻調整;③連續墻澆筑使用的鋼筋架,應在專用平臺搭建,并且鋼筋架中需要桁架其他附屬鋼筋架,以保證其剛度;④混凝土連續澆灌時,間隔不超過1h。

1.2 項目總工期進度保障研究

枯水期來臨時,河流水位下降、河道變窄、大片的河床及石頭裸露在外,此時有利于開展修建閘口工程的前期準備工作,可以大幅縮短項目完成修建所需時間[8],閘口的整個修建過程大約耗時一年零四個月。在枯水期時,河道的排水清淤工作開展較為簡單,因此在河流枯水期來臨時,應當首先開展圍堰修筑工作,圍堰修筑完成之后,就可較為安穩快速地開展工程的其他項目,所以防洪排澇工程應當在淮河流域的枯水期來臨時開始施工。

由于防洪排澇閘口工程是閘口結合建筑物的工程,因此工程的關鍵線路為臨時工程、圍堰、基坑支護及基礎工程、閘站土建施工、設備安裝、資料整理及掃尾。為了進一步對項目工期進行優化,研究將整個工程分為兩個工序:第一工序為泵室工程施工工序;第二工序為閘室工程施工工序。第一工序包括圍堰填筑、基坑支護、土方開挖、閘站底板結構、泵室墩墻及進出水流道結構施工,高程1.0以上的結構、設備安裝及房屋建筑;第二工序與第一工序較為相似,具體結構見圖3[9]。

圖3 工序流程圖

為了保障項目的整體進度,研究將整個項目工期分為工期計劃及進度計劃,其中進度計劃又分為技術保障措施、資源保障措施和施工環境及條件保障措施。工期計劃主要是管理組織的保障措施,該保障措施分為3點:①精干人員統一管理;②強化責任制的建立與考核;③加強員工的精神文明建設。第一項措施是指選調具有類似工程施工經驗、責任心強的各類專業管理人員,組成項目經理部;第二項措施是指構建健全的項目管理機構,明確各部門及各崗位的基本職責,保證項目工程的施工進度得到控制及調整,使各階段的工期滿足總進度工期的要求;第三項措施是指項目進行時,定期開展員工文化、娛樂活動,提高員工的生活質量,改善工作環境,開展比速度、比質量、比安全的勞動競賽活動,調動員工的工作熱情及工作積極性。

進度計劃控制的技術保障措施主要是加強員工的技術培訓,提高作業人員的工作效率,詳細調查并研究工程地質和氣象資料,依據技術管理程序,制定切合本工程特點的各階段施工技術方案及應急措施,并在施工進行過程中結合實際情況,不斷地對技術方案及施工參數進行優化。進度計劃控制的施工環境及條件保障措施是指在連續施工、全天候施工時,要加強施工的降排水工作,提高土方工程的施工作業效率,改善基礎工程施工作業條件,并在施工開始后,加強與當地村政府、鎮政府的溝通及協調,確保施工材料等資源順利進入施工現場,削減不必要的停工現象,保證項目的順利進行。除上述措施外,研究還制定了趕工措施,提升整個項目工期的容錯率。若某個施工階段未能如期完成,可在確保安全的情況下,采取雨季施工或增加勞動力的投入[10]。

2 試驗結果分析

研究在設計構建上述措施后,為了確定改進措施是否有效,隨機抽查部分基樁,確定未使用改進措施的基樁承載力以及使用改進措施后的基樁承載力,結果見圖4。

圖4 基樁承載力對比

由圖4(a)可知,隨機抽取的20個基樁,其承載力變化較小,極差為5kN,承載力最高為252kN,有3個基樁達到該水平;承載力最低為247kN,只有一個基樁的承載力為該水平。未采取改進措施時,基樁的平均承載力為249.55,此時最大承載力與平均承載力的差值為2.45kN,最小承載力與平均承載力的差值為2.55kN。由圖4(b)可知,隨機抽取的20個基樁,承載力變化幅度不大,極差為5kN,承載力最高為303kN,僅有一個樁達到該水平;承載力最低為298kN,有3個樁為該水平。采取改進措施后,基樁的平均承載力為302.2kN,此時最大承載力與平均承載力的差值為0.8kN,最小承載力與平均承載力的差值為4.2kN。采用改進措施后,基樁承載力平均提升52.65kN,提升率為21.1%。可以看出,采用研究提出的改進措施后,基樁質量提升較為明顯,表明研究提出的質量保障措施切實有效。

除基樁承載力的對比之外,研究還進行了地下連續墻的沉降量對比試驗,結果見圖5。

圖5 地下連續墻沉降量對比

由圖5(a)可知,沉降量隨著距坑邊距離的增加而增加,當距坑邊距離為10～12m時,沉降量達到最大,且此時墻體沉降量增加最少;距坑邊10m時,沉降量為19.66mm;距坑邊12m時,沉降量為19.84mm,沉降量增加0.18mm。當距坑邊距離由0增至2m時,墻體沉降量增加較大,此時墻體沉降量增加4.78mm。采用改進措施后,整個連續墻的平均沉降量為14.67mm。

由圖5(b)可知,地下連續墻的沉降量變化與圖5(a)一致,均在距坑邊距離為10～12m時,沉降量達到最大,且沉降量增加最小;距坑邊距離為10m時,沉降量為19.52mm;距坑邊距離為12m時,沉降量為19.28mm,墻體沉降量增加0.24mm。當距坑邊距離由0增至2m時,墻體沉降量增加較為迅速,此時墻體沉降量增加4.92mm。未采用改進措施后時,整個連續墻的平均沉降量為14.06mm。

可以看到,在使用改進措施后,連續墻的沉降量增大了。研究認為,連續墻的質量保障措施會導致墻體整體密度增加,導致墻體變重,因此在使用改進措施后,連續墻會出現沉降量增加的問題。研究在驗證了質量措施后,將采用進度保障措施的施工工期與未采用進度保障措施的施工工期進行對比,結果見圖6。

由圖6(a)可知,工期最長的項目是上下游高程平臺的施工,該項目需要兩個月的施工時間;其次是灌注打樁施工,該項目的施工時間為48天;工期最短的項目是施工準備、搭建臨時建筑及臨時建筑拆除,這3個項目的工期均為10天;其余工程項目的施工時間均在三者之間。由圖6(b)可知,在采用進度保障措施后,工期最長的項目仍是上下游平臺施工,但其工期由60天縮減至40天,減少20天的工期,效率提升約30%;除上下游平臺施工外,較長的項目為灌注打樁施工,但其工期縮短至35天,減少13天,效率提升約27%;工期最短的項目為臨時建筑拆除,其工期僅為5天;其他大部分項目的工期在采用改進措施后,均有所縮減。從工程整體來看,采用進度保障措施后,工期共縮短53天,效率提升約22%。因此,研究提出的工期進度保障措施,僅適用于工期較長的項目,工期較短的項目基本不受影響。

3 結 論

針對防洪排澇閘口修建工程的質量及進度保障,本文提出了部分改進措施。結果顯示,研究提出的質量改進措施,將工程中的基樁承載力提升約21.1%,原基樁的平均承載力為249.55kN,采用質量改進措施后,基樁承載力為302.2kN。地連墻的強度有所提升,經質量保障措施改進后,地連墻的沉降量增加0.61mm,而墻體寬度及高度無變化。工程效率獲得提升,未采用進度保障措施的情況下,工程主要項目工期共238天;若采用進度保障措施,工程主要項目工期為185天,工程的整體效率提升約22%。