第5章船闸工程施工第12节(编辑).doc

第五章船闸工程施工第一节施工导流与基坑排水在水运工程中，必须为施工创造必要的工作环境，使建筑物能处在不受水流干扰的情况下进行施工，为此采取工程措施在建筑区域外将原河水引向下游，使工程施工与河水渲泄互不干扰，这就叫做施工导流。施工导流的实施，首先需要解决选择导流方式、确定导流流量、设计导流建筑物、制定截流措施以及解决基坑排水等。如果不能很好地解决施工全过程的施工与导流及基坑排水之间的矛盾，整个工程的施工安全、施工质量、施工进度和工程成本均会受到严重影响。因此对施工导流和基坑排水必须予以足够的重视。一、导流方式的选择常用的导流方式有全段围堰法和分段围堰法两大类。其中全段围堰法又分为明渠、隧洞、涵洞、倒虹吸、渡槽导流等。 (一)全段围堰法1明渠导流明渠导流可有多种方式，例如在河岸或河滩上开挖渠道(图5-1)，用于渲泄河水，并在施工河段的上下游筑两道围堰以拦断河流，使河水经渠道流向下游。上下游围堰内的水抽干后，即成为基坑，可进行基坑开挖、地基处理和工程施工。在建筑物施工结束后或在建筑物的水下部分完工后，即可拆除围堰，堵塞明渠使河水由建筑物的输水孔道流向下游。明渠导流适用于河流两岸地势平坦或有可利用滩地的河道，以便开挖明渠。此外，若河道有弯道，则可以裁弯取直，在裁弯的直线段上修建船闸，将原河流用作导流(图5-2)。在船闸的上下游，以人工运河与河道相接。施工结束后，将弯道堵塞。2隧洞导流这种导流方式(图5-3)一般用于山区河道。在河道的凸岸山坡内开凿隧洞，用于渲泄河水，在河流上筑两道围堰截断河流，使河水经隧洞流向下游。然后在围堰的基坑内进行排水、清基和建筑物的施工。隧洞导流适用于河谷狭窄、岸坡陡、岩石坚固、有适合于布置隧洞的地形和地质条件的河道。3渡槽导流这种导流方式(图5-4)是在河流上筑两道围堰将河水拦断，然后在围堰上顺水流架设渡槽，使河水经渡槽流向下游。渡槽导流适用于流量较小的山区河道，且河床并不太窄。由于渡槽通过基坑，对工程施工有一定的干扰。若渡槽漏水，将增加基坑排水的工作量，甚至影响工程施工。渡槽导流大多用于施工初期。在围堰内主体工程的输水建筑物完工后，即可拆除渡槽利用输水建筑物渲泄河水。渡槽一般采用装配式钢筋混凝土结构，甚至木渡槽。 (二)河床分段围堰导流这种导流方式(图5-5)是将河床分作左、右两部分(或左、中、右，甚至更多部分)，先在河床的一侧修建纵横围堰，在围堰内进行第一期工程的施工，这时河床的另一侧作为导流通道。第一期工程完工后，拆除横向围堰，利用第一期工程的输水建筑物进行导流。然后在河床的另一侧修建围堰，在围堰内进行第二期工程。河床分段导流适用于河床较宽、水深较浅的河流，或河流中有浅滩、小岛的情况，这样可利用有利地形在河床中修建纵向围堰，从而可达到节省工程量降低工程造价的目的。采用河床分段导流，通常把枢纽中的输水建筑物，如冲沙闸，泄水闸、船闸、涵洞或底孔等安排在第一期工程中先行施工。当第二期工程施工时，即可利用第一期工程中的输水建筑物作为导流通道。河床分段围堰不需另加导流建筑物，对原河道的通航影响较小。但由于河床被围堰束窄，流速加大，围堰临水面易被水流冲刷，同时上游水位壅高，相应地要增加围堰高程。选择导流方式时，应按照枢纽工程所在地的地形、地质、水文条件以及建筑物的布置结构形式、施工力量、材料供应等因素统一考虑。二、围堰工程围堰按其所使用的材料不同，可分为土围堰、土石围堰、木(竹)笼围堰、混凝土围堰及钢板桩围堰等多种类型。小型船闸工程的建筑物规模较小，常采用的围堰形式有土围堰、土石围堰和草土围堰等。(一)土围堰土围堰(见图5-6)是常用的不过水围堰形式，其特点是，构造简单、可就地取材、施工方便、造价较低，适用于各种地基，条件允许时应尽可能利用弃土填筑堰体。但土围堰抗冲性能差、底宽大，一般适用于横向围堰，很少用于纵向围堰。一般认为当水头低于3m，流速小于0.70m/s时，就有条件采用土围堰。由于围堰迎水面坡经常受到水流冲刷和波浪的作用，因此常用草袋防护。又因为土围堰是用土抛入水中填筑的水下部分不可能加以压实，渗透曲线位置较高，为避免背面滑坡，常用草袋或堆石填筑排水棱体。 (二)土石围堰与土围堰比较，土石围堰(图5-7)抗冲能力较强，易于在流速较大的河流中进行水下填筑。但这种围堰修筑和拆除均较困难，在工地有大量清基石渣可以利用，而围堰又无需拆除的情况下，土石围堰较为合理。(三)草土围堰草土围堰(图5-8)是我国劳动人民千百年来与洪水作斗争所积累和流传下来的经验。这种围堰的特点是施工简单、就地取材、速度快、造价低、拆除方便、堰体体积小，适用于软土地基，且具有一定的抗冲和抗渗透能力，可在深达6m、流速为1.53.0m/s时进行填筑。但其缺点是柴草容易腐烂，一般堰顶高程应有高于l/10堰高的富余高度：只能用于12年的短期施工。它适合于小型船闸的基坑围护。(四)土工织物围堰随着土工织物在工程中的广泛应用，土工织物围堰(图5-9)也得到了迅速的发展。土工织物具有很好的强度和倒滤作用，可用其作为围堰的材料。施工时先在要修建围堰的地方铺一层土工织物，再在其上铺一层土后，将土工织物两边向上卷起；然后又在上面铺一层土工织物，又在其上加土，如此重复直至设计高度。这种围堰可用于软土地基或淤泥质地区。 (五)板桩围堰板桩的材料有木板、钢筋混凝土和型钢等，其结构形式有单排、双排和格形围堰等形式。、双排钢板桩围堰(图5-10)挡水高度可达1020m，堰顶加混凝土顶盖后可作为过水堰。格形钢板桩围堰(图5-11)有单圆柱型格形围堰、隔板型格形围堰和花瓣型格形围堰三种。钢板桩围堰具有坚固、抗冲、断面小，修建和拆除均比较方便的特点。且可重复使用，又可作为过水围堰用。 (六)钢筋混凝土围堰钢筋混凝土围堰的形式有重力式、支墩式、拱式、框格式等。其优点是挡水水头高、底宽小、抗冲能力强、堰顶可以溢流等。其缺点是当遇到有在施工水位以下混凝土施工时还需另建临时施工围堰，以保证混凝土围堰的施工和质量。围堰的形式很多，但它们的适用条件不同。选择围堰形式必须根据当地的自然条件、材料来源、枢纽布置、施工方法、设备条件及施工总体布置等因素综合分析研究，经过必要的工程及经济分析，在可行的方案中进行技术经济比较，才能选定合理的围堰形式，达到经济、适用的效果。第二节基坑开挖及地基处理一、基坑开挖建筑物施工的第一道工序就是开挖基坑。决定基坑开挖线的依据是船闸的轮廓尺寸，开挖线需在船闸平面布置图上绘制出来。它与船闸底面的轮廓、排水方式、施工条件及边坡坡度等因素有关。在任何情况下，基坑开挖和基础施工都应该在最短的时间内连续抓紧完成。以免边坡坍方和坑底部的承载能力遭到破坏并可减少基坑的排水费用和加快进度。(一)基坑轮廓尺寸的确定基坑排水由于要考虑布置排水沟以及模板的架立、支撑和施工机具的运转等的需要，船闸底平面外侧要留有一定的富余尺寸，一般取35m，砂土地基或有承压水者，每侧可留58m。由于船闸闸首比闸室宽且深，为节省开挖和回填的土方，基坑的形状一般为多边形；而基坑的横断面，随施工现场客观条件的不同而有倒梯形或多级变坡倒梯形等。在选择基坑开挖断面形式时，通常要考虑土壤的性质、地下水情况、施工场地大小、施工方法和开挖深度等。当土壤较松软、挖深较大时，坡度应放缓，反之则可较陡。当基坑处于不同性质的土层时，则应根据各层土壤的不同性质确定每一层的边坡坡度采用变坡的形式，即各段坡度不一的曲折边坡(图5-12)。当基坑较深时，一般挖成复式断面槽，以减少土方量，通常1520m左右深度可在中间留出35m宽的马道，以便于施工布置及增加边坡稳定，同时，上部的边坡可适当陡些，如图5-13所示。总之，各种开挖断面形式的选择，应以节省土方、施工简便、工期短以及保证工程质量和施工安全为前提。基坑的边坡，一般须通过圆弧滑动法等计算确定，在初步估算时可参考下列经验数值：用明沟排水时，对坚实粘土为1:1.51:2；砂壤土为l:2l:3。粉砂土为1:5l:7；用人工降低地下水位时，对粘土为l:l1:1.5，砂性土为1:1.51:2。岩石基坑的边坡约为1:0.5，风化岩及软岩石为1:1左右。基坑开挖的顺序应依照船闸建筑物施工的先后来决定。基础土层挖好后不能扰动。如果开挖完毕至浇筑要相隔几天或遇天气阴雨时，均应预留厚约1520cm的保护层不挖，待浇筑前再开挖至设计标高。基坑开挖高程应控制准确，以免超挖。个别地方如确因施工错误或其他原因而使挖深超过设计高程时，应用砂、砾石或碎石填补，并仔细夯实。在重要的结构部位偶然超挖时，应用石砌或低标号混凝土填补并应取得监理和设计单位的同意(二)基坑开挖方法基坑开挖的基本方法有：人工开挖、机械开挖、爆破开挖和水力机械开挖。如果有水下开挖的土方工程则需要挖泥船或能进行水下挖掘的机械进行施工。机械难以施工的局部地方采用人工开挖。二、基础处理(一)基础防渗措施为了保证围堰和基坑边坡的稳定性，达到减少渗流量和降低渗透压力的目的，一般均要采取一定的防渗措施。常用的防渗措施有打钢板桩、浇筑地下连续墙、基坑帷幕灌浆和防渗板桩墙等。钢板桩的防渗效果好，施工速度快，而且可起挡土墙的作用，能减少开挖和回填土方量。帷幕灌浆是工程中常用的防渗措施。灌浆材料有粘土浆和水泥浆等(图5-14)。(二)基坑排水在有承压水的地区，当为建筑物基础开挖基坑时，如果塘底覆盖土层自重小于承压水头上托力(图5-15)，则塘底部有可能被顶穿而大量涌水或形成泉眼，使施工作业被迫中止；当含水层的土层发生渗流变形(管涌或流砂等)，地基整体性将被破坏，因此，在开挖基坑时应该使上覆土重远大于浮托力。施工中采取的有效办法是降低承压水头H托，使之下降到满足下列关系式： （5-1）式中：hw基坑内水深(m)；w, s单位体积水及土的重度(N/m)； hs承压水层以上的覆盖土层厚度(m)。降低H托的措施很多，最常用的是用深井泵或深井点排水，或打自流排水井降压(图5-16)。如果由于措施不力或其他原因，造成地下水穿过薄弱土层向外流出形成泉眼，会影响施工。工程中常根据泉眼产生的位置不同，采用不同的方法处置。当泉眼位于建筑物的底部，则在泉眼处先挖一小坑铺填砂石滤层(滤层的作用是使水流出但不带走土粒，防止泉眼进一步扩大)，并预埋灌浆管和排水管，用抽水泵不断抽水，先浇筑好混凝土，再向灌浆管内压注水泥砂浆，予以堵塞。如果在其他部位则采取引流方法，使泉眼不致影响施工即可。处理的方法通常是在泉眼上抛一层粗砂(滤层)，再在其上铺一层小石子，并将泉水引流至排水沟即可。砂性土地基(尤其是粉砂土地基)，在受到渗透水压力的作用下，基坑底部及边坡处极易发生流砂，对施工造成不利影响