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沉井技术在水电站埋藏式压力管道工程施工中的应用
作者：王葵华
来源：《科技创新导报》2012年第20期
摘 要:本文介绍西里水电站埋藏式压力管道施工过程中,采取沉井施工技术进行施工,确保了工程安全和施工安全。
关键词:沉井 水电站 埋藏式 压力管道
中图分类号:TV7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(b)-0121-02引言
西里水电站位于四川省阿坝州黑水县境内,是黑水河左岸一级支流毛尔盖河水电梯级规划的最末一级电站。电站为引水式开发,电站闸址位于俄多沟与毛尔盖河汇口下游,厂址位于西里村毛尔盖河右岸,电站装机容量为3×26MW,多年平均年发电量3.634亿kW·h。
电站由首部枢纽、引水系统和地面发电厂房等组成。电站从闸址右岸侧向取水,引水隧洞沿毛尔盖河右岸布置,全长12556.52m。隧洞断面型式平底马蹄型。
厂址为三叠系上统侏倭组(T3zh)深灰～灰色变质砂岩夹砂质板岩及炭质片岩,岩体结构类型为层状,岩层产状N10～30°E/SE∠40～60°,为外倾坡,岩层走向与河流流向呈小～中等角度相交,倾向左岸偏下游。第四系松散堆积层主要分布于河床、阶地和谷坡及坡脚,为冲积、冲洪积、崩坡积及冰水堆积层,谷坡上部及坡顶还分布有残积土。厂址覆盖层厚度44.9～57.6m。厂址区位于占提克至工段倒转向斜东南翼,区内无区域性断裂通过,次级小断层随机分布。据现场调查,物理地质现象主要表现为较强烈的风化卸荷,推测强卸荷水平深度15～25m,弱卸荷水平深度35～55m。
压力管道为地下埋藏式,采用一条主管,经二个卜形岔管分为两条支管分别向厂房内两台机组供水的联合供水布置方式。压力管道内径4.5m,总长375.96m。压力管道与厂房连接段覆盖层埋深为16m。沉井施工技术介绍
沉井是修筑深基础和地下构筑物的一种新型施工工艺。施工时先在地面或基坑内制作开口的钢筋混凝土井身,待其达到规定强度后,在井身内部分层挖土运出,随着挖土和土面的降低,沉井井身靠其自重或在其他工程措施协助下克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力,不断下沉,直至设计标高就位,然后进行封底。
沉井施工工艺的优点是:可在场地狭窄情况下施工较深(可达50m以上)的地下工程,且对周围环境影响较小;可在地质、水文条件复杂地区施工;施工不需复杂的机具设备;与大开挖相比,可减少挖、运和回填工程量。沉井工艺一般适用于工业建筑的深坑(料坑、铁皮坑、翻车机室等)、设备基础、水泵房、桥墩、顶管的工作井、深地下室、取水口等工程施工。
西里水电站沉井位于埋藏式压力管道与地面厂房连接处,压力管道从其中间穿过。该沉井平面形状为矩形,断面形式为8m×8.2m,井壁钢筋混凝土厚60cm,顶面设计标高为2135.30m,刃脚底部设计标高为2119.00m,沉井总深度为16.3m。该沉井根据地质和现场实际情况,采用“井中人工干挖取土法”施工,排水下沉,干封底。设计下沉起始标高为2134.8m。沉井制作
3.1 基础
沉井刃脚范围以外30cm基础要夯实,夯实后满铺50cm砂石垫层,整平后用平板振捣器振捣密实。在刃脚基础范围以外30cm做15cm的C10混凝土垫层。
3.2 钢筋制安
a钢筋加工
(1)钢筋现场钢筋制作场加工。
(2)钢筋的表面洁净无损伤,油漆污染和铁锈等在使用前清除干净。带有颗粒或片状老锈的钢筋不得使用。
(3)钢筋平直,无局部弯折,钢筋的调直遵守以下规定:
①采用冷拉方法调直钢筋时,Ⅰ级钢筋的冷拉率不宜大于4％;Ⅱ、Ⅲ级钢筋的冷拉率不宜大于1％;
②冷拔低炭钢丝在调直机上调直后,其表面不得有明显擦伤,抗拉强度不得低于施工图纸的要求。
(4)钢筋加工的尺寸符合施工图纸的要求,加工后钢筋的允许偏差不得超过表1和表2的数值。
钢筋的安装位置、间距、保护层及各部分钢筋大小、尺寸均按照施工图纸的规定进行,其允许偏差控制在《水工混凝土施工规范》(DL/T5144－2001)要求的范围内。为确保混凝土保护层的必要厚度,在钢筋和模板之间设置强度不小于结构设计强度的混凝土垫块,垫块中埋设铁丝与钢筋扎紧,垫块位置互相错开,分散布置。各排钢筋之间用短钢筋支撑,以保证位置准确。
c钢筋连接
现场钢筋的连接采用手工电弧焊焊接或机械连接,为提高工效,节约材料,对于能够采用机械连接的部位,优先考虑机械连接。钢筋接头分散布置,并符合设计及相关规范要求。现场所有焊接接头均由持有相电焊合格证件的电焊工进行焊接,以确保质量。
焊接方法包括:现场竖向或斜向(1∶0.5范围内)钢筋焊接:直径在22mm以下,主要采用搭接手工电弧焊;直径在22mm以上,主要采用接触帮条焊,单面焊10d,双面焊5d,钢筋中心线必须尽量保持一致;直径22mm以下考虑采用搭接接头,同一断面处的钢筋接头数量刃脚处不超过25%,其余区域不超过50%。
3.3 模板施工
首先在垫层上画出刃脚的外围尺寸线,并用木模支模,为保证砼成型质量,木模必须要经过挑选,表面毛糙或不平的不得使用且尽量使用大板的木模以减少接缝。筒内用钢管架做四壁支撑,四周搭设钢管架做外壁支撑,并做环形钢管箍固定木模防止爆模,墙内采用直径12mm的钢筋做间距500×500mm的对拉杆。刃脚模板在砼强度达到75%后方可进行拆除,其余在砼强度达到50%后进行拆除。模板拆除后要分类堆码,方便下次使用。
3.4 混凝土施工
此沉井分三节浇筑,第一节高5.55m,第二节高5.30,第三节高5.45m。混凝土强度:井壁、横梁、拱墙为C25,封底砼垫层为C15,找平层为C20。混凝土总方量为363.93m3。第一节为
112.2m3,第二节为107.74m3,第三节为144.02m3。混凝土采用现场搅拌,砼强度严格按设计挂牌施工,用塔吊吊运至仓位下料。
(1)混凝土分层
由于每节沉井较高,为了避免因下料高度过大造成砼离析,混凝土浇筑采用分层浇筑,每层厚度控制在30～50cm,用窜筒下料。
(2)混凝土振捣
由于沉井井壁较长,为了保证混凝土浇筑质量,混凝土振捣采用2～3台高频率插入式φ50电动振捣器振捣,振动棒各插点的间距均匀,中间不超过振动棒有效作用半径的1.5倍,为保证分层间的结合紧密振捣器插入下一层的深度不得小于50cm;振捣时,振捣器尽量避免接触模板,以防止模板变位。
(3)施工缝面处理
施工缝面处理方法为:在混凝土初凝后至终凝前,使用4～6kg/cm2压力水冲或人工去乳皮和灰浆,直到混凝土表面积水由浑变清,露出粗砂粒或小石为止。冲毛后,清冼干净,保持清洁、湿润,在浇筑上层混凝土前,层面松动物及积水清除干净后均匀铺设一层2～3cm厚的水泥砂浆,砂浆标号比同部位混凝土标号高一级,以铺设砂浆后30min内被覆盖为限,确保新老混凝土结合良好。
(4)砼养护:砼养护采用铺麻袋或薄膜覆盖养护28d。
(5)低温季节浇筑混凝土温控措施。
由于很快就进入冬季浇筑混凝土要采取保温措施,确保混凝土不被冻坏,措施如下:
对骨料设顶棚防雨、防雪和防霜,防止骨料结冰,提高骨料入机口温度,混凝土拌和时用热水拌和,提高混凝土出机口温度;
掺用早强剂,提高混凝土早期强度,增强抗冻能力;
运输过程中用保温薄膜覆盖,防止热量损失;拆模后立即用保温薄膜覆盖表面。并临时封堵孔洞,间歇层面保温至上层混凝土覆盖前为止。沉井下沉施工工艺
此沉井分三节第一节高5.55m,第二节高5.30,第三节高5.45m,分多次下沉到位。
4.1 下沉施工前的准备工作
(1)沉井下沉须对沉井办完验收工作,砼强度应达到设计强度的100%方可就位下沉。
(2)下沉前,先将沉井壁内外底部的模板拆除,保证沉井内外壁平整光滑,无影响下沉的障碍物。
(3)搭设钢质手扶梯,布设照明系统。
(4)沉井四周外测设标高控制点的轴线控制线,按序编号,以便于沉井下沉时进行观测。
(5)沉井下沉所需设备完好到位。
(6)劳动组织分工安排。
(7)测量水准点,技术复核确。
(8)下沉前安全检查,确认无隐患。
4.2 沉井下沉施工
(1)沉井就位后首先在井壁四角设置高程控制点,在井壁中心线内外壁对称设置中线及垂线控制线,便于在下沉过程中及时观测、测量控制。
(2)第一节下沉前先挖去刃脚下方的垫层,四周均匀掏空,中间留1～2m(视地质情况而定)的台,挖土顺序为先中间后四周,待大部分的土都挖完后才挖去台,要均匀的挖,不能一次把一个挖完否则会导致井偏斜,直至井下沉到开挖位置。每次开挖深度及下沉深度控制在20～30cm。后照此循环下沉到设计标高。如发现沉井下沉太慢则可以采取在井壁顶部增加荷载的方法使之下沉。
(3)此沉井土方开挖量为1070m3。沉井下沉中挖土必须均匀对称,挖土主要采用人工开挖,松散部分采用十字镐、钢钎等工具,如遇比较坚硬的基岩或大的孤石即采用钻孔爆破的方法开挖,爆破采用人工钻孔,用YT-28手风钻,造孔直径32mm,药卷直径25mm,为了爆破对沉井产生影响和破坏,爆破采取浅孔松动爆破。采用塔吊或搭设井架提升出土,运至指定地点或临时堆场,沉井周围严禁堆土。
(4)沉井下沉过程中必须严密检测,发现沉井倾偏及时纠正,每次下沉前和下沉后都要做观测记录和施工记录,记录下沉深度,偏移情况,开挖面地质情况。高程观测可用水准仪,垂直度和位移情况可用经纬仪或全站仪观测。及时分析观测记录,便于随时掌握沉井下沉情况,如发现问题便于及时采取措施。
(5)当沉井接近设计标高时须做稳定观测,观测24小时下沉量小于10cm即可。沉井至设计标高时偏差不超过下列值:
(a)水平位移与下沉深度之比不大于1/100,且不大于100mm;
(b)沉井刃脚平均标高与设计标高的偏差不大于80mm。
(6)施工排水
施工排水采用离心式水泵抽水,水排至施工区域外。坑内采用挖集水坑(初步计划
1.5m×1.5m×1m,视渗水情况而定)。
(7)对沉井偏移的控制及补救措施
在下沉过程中对沉井要及时观测,发现沉井偏移要采取补救措施。
在下沉过程中要使沉井均匀的下沉,防止因为多次下沉不均匀而沉井倾偏从而导致轴线偏移。当发现某一方下沉过慢时即沉井沉井有倾偏现象时则开挖时先挖那一侧,使之保持垂直下
沉。当发现轴线已经偏移则在开挖过程中有意识的把偏移轴线一侧多挖,使之倾偏再校正,反复多次使之回到原来的轴线上。沉井封底施工
待沉井下沉稳定后,将底部挖成锅盖形状,将刃脚部位填实。填铺15cm的砂石垫层并夯实后浇筑20cm厚C20砼。在浇筑砼之前底部要保持干燥,不能有积水。封底施工前在基坑底部打入钢管接离心泵抽水,随后将集水坑填实后进行封底施工。待封底砼达到一定强度后用快硬性砼将钢管封堵后填土。土方回填及拱墙施工
封底后,待砼达到一定强度后开始土方回填,填至标高2125m时开始进行拱墙的施工,拱墙施工后砼达到100%强度后开始2125m以上的土方回填。回填土要随填随夯实。每层厚度控制在30～40cm。结语
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