取水工程水下施工工艺研究

蔡维松

摘 要：本文以合肥第七水厂原水泵站取水工程为背景，分别对水下基坑开挖、钢管安装、取水头部砼结构沉放等关键工序和工艺进行探讨和工程实践。结果表明，本文探讨的工艺合理、可行，可为今后同类型工程提供参考和指导。

关键词：取水头部 水下施工 施工工艺

中图分类号：TU991 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（c）-0043-01

1 工程背景

合肥第七水厂原水泵站位于合肥市蜀山区科学岛路东侧，施工水域的正常蓄水位为28 m，历史最低水位为21.5 m，取水头部顶部高程为24.5 m，比历史最低水位高3 m，头部进水管中心高程为18.00 m，取水泵房进水管中心高程为23.00 m。因取水部位水位较深，取水头部及进水管道采用岸上制作、水上沉放、水下安装的施工工艺。取水头部为预制钢筋砼结构，外形为长方形，长7.7 m、宽4 m、高7.55 m。进水管为两根DN1400的钢管，壁厚16 mm，进水管单线总长877 m，水下施工部分单线长为692.47×2 m。

2 施工流程

2.1 取水头部开挖安装施工流程

取水头部基坑开挖→基坑整平碎石垫层→头部浮运→头部精确定位下沉安装→头部四周砼浇筑→取水头部抛石稳固→头部格栅闸板安装。

2.2 管道开挖安装施工流程

管槽开挖整平→管槽碎石垫层→管道焊接拼装→管道浮运定位→管道灌水下沉→管道水下连接→管槽回填→管槽沿线抛石整平。

3 水下沟（管）槽开挖施工工艺

管槽开挖前，采用全站仪岸边测量轴线法，利用交通船每隔50 m设置浮标显示开挖边线，并在岸边设置水面标尺一把，显示水面标高，使用测绳控制开挖深度、宽度。

开挖期间，指定专人利用GPS测量观测开挖宽度及浮标位置是否准确，派遣经验丰富的技术人员，在开挖船上进行作业指导和验收开挖深度及开挖宽度。

施工中工作船通过两端浮漂开挖定位，利用工作船上的三个导向转扬机调节工作船的船头方向以及轴线位置。

管槽开挖采用依次开挖，按“之”字型路线进行，开挖过程中应精心施工，勤测量，勤复核。沟槽挖好后，应测量槽底高程和沟槽横断面，测量间距按水下可视度控制，对不符合施工质量的按“往复开挖法”进行操作，保质保量地完成沟槽开挖施工。

沟槽开挖的弃土由各运泥船运至顺风方向100 m以上距离，尽量降低沟槽成型后回淤比例。

沟槽开挖后，对沟槽底部进行水下平整，保证水下沟槽的深度、平整度达到设计要求。沟槽平整完成后抛碎石垫层，再由潜水员水下找平，使管道在库床受力更趋合理，找平垫层碎石粒径为20～40 mm。

4 管道沉放及水下连接施工工艺

进水管道在岸上拼装焊接、防腐合格后，利用加工台上钢轨人工推滑至水库里，在管道入水前应将两端管口用堵板封堵，管道浮运工作由机动艇完成。

管道浮运至管道轴线前，将工作船抛锚固定在轴线一边1 m左右位置，长边与管道轴线平行，然后将浮运过来的管道慢慢靠近吊装船边，先将吊装船吊钩系挂在管道吊耳上，再同时松开管道两边盲板引水进管，直到管道灌水的重量等于浮力即处于“失重”状态时，管道开始慢慢下沉，此时通过GPS测量仪器测量，及时调整管道中心线使之符合设计要求，由于每根管材重约27 t，利用GPS测量仪器控制好轴线后，缓慢下沉钢管，待沉管到位后，再利用测尺防止管道中心线偏移，利用GPS测量仪器复测，保证管材偏离不超过20 mm，超过20 mm则重新起吊纠偏，直至管材到位，然后由潜水员在水下管道两边用石块进行稳固，防止管道跑偏，最后将吊钩从钢管吊耳上摘除。

管道水下连接采用哈夫接头、法兰接头交错连接。管道沉放就位后，水面上将吊装船中心轴线与管道中心轴线重合，起吊钢管慢慢挪动管道与前根钢管对接，然后由潜水员安装哈夫接头（或法兰接头）并紧固螺栓，完成管道对接。

5 取水头部基坑平整及水下垫层施工工艺

取水头部基坑形成之后，应对其底部及边坡进行水下修坡及平整，基坑整平完成后，由浮船装运石料抵达施工面，在水面测设浮标控制线，由挖机船（反铲式挖泥船）投料，边投边测量，抛填剩30公分左右时，利用挖机稍做整平，然后由潜水员在水下利用DN80钢管铺设取水头部样架，钢管采用石袋固定，之后利用浮漂定位，采用测绳控制标高，待样架完成后，人工抛碎石回填至上部30公分。最后潜水员利用刮尺（长7 m10a工字钢）将基底再次精平，达到设计要求的标高，从而完成整个基坑的铺垫工作。

6 取水头部浮运安装施工工艺

取水头部预制位置靠近岸边，位于原水管道轴线上，通过吊装浮运至设计位置，然后吊装下沉就位。

根据取水头部的自量，及其排水体积，采用四根DN1400×48 m钢管进行取水头部的起吊、浮运安装。

吊装前应将取水头部四周及内部用红油漆画上刻度，刻度精确至5 cm，然后在取水头部四周打入钢管锚桩，利用绳子将取水头部四角固定于锚桩之上。采用挖机在预制坑上口挖出进水槽，往基坑内注水。当水面上升至2 m标高时，将进水槽缩小，缓慢注水，严密观测取水头部是否因浮力上升，若由于底部油毡吸引力底部形成真空状态，水无法渗入，取水头部不能浮起时利用挖机缓慢轻推取水头部，使水渗入取水头部底部，使取水头部浮起，再将进水槽堵死。

打开事前准备好的两台水泵，同时往取水头部两个部分注水，让头部回沉。待取水头部沉稳后，利用挖掘机挖出吊装通道，其通道基底标高与基坑标高相同。然后将吊装架浮运船套入取水头部，挂好倒链起吊取水头部，然后采用拖船浮运取水头部至安放水域，做好下沉的准备工作。

采用V30 GNSS RTK系统测量设备精确定位取水头部坐标，浮运船抛锚微调，将取水头部完全就位之后，潜水员进入取水头部内底部，打开四个DN50球阀，让水从底部进入，使整个取水头部形成连通器，然后松开倒链使取水头部缓慢下沉，下沉过程中边落边沉，及时纠正偏差，使取水头部按设计要求准确落放至基坑垫层。

落位后派潜水员下水检查落位情况，并及时反馈给指挥人员进行调整，直到满足设计要求。

进水钢格栅、盖板最后由工作船起吊，潜水员水下安装完成。

取水头部四周抛填块石，组织石料和浮船运抵制施工水域进行抛填，潜水员水下清理。

7 结论

实践证明采用基坑水下开挖，取水头部及管道岸上制作、水上浮运沉放、水下安装的施工工艺是一种因地制宜行之有效的工艺。改变了水中施工需要进行围堰的传统工艺，由此加快了施工进度，降低了施工难度，节约了施工成本。

参考文献

[1] GB 50141-2008，给水排水构筑物施工及验收规范[S].

[2] 王寿华，王贤光，等.建筑施工手册[M].中国建筑工业出版社，2003.endprint