沿海电厂取水明渠工程施工

杨麒麟

摘 要：介绍了沿海电厂取水明渠施工工艺，对旋挖灌注桩、高压旋喷桩、水下开挖、水下切割等技术作了阐述，提出了关键控制点，以保证工程顺利进行。

关键词：取水明渠；旋挖灌注桩；高压旋喷桩；水下开挖；水下切割

1 工程概况

委内瑞拉中央电厂位于委内瑞拉中北部加勒比海海边，厂址高程约为海平面以上3.5m；6号600MW 机组工程项目是一个扩建项目，与老厂取水渠、新建循环水泵站暗沟贯通。6号机取水明渠渠内净长71.92m，宽40m，渠底埋深10m；池壁采用2排旋挖灌注桩锚固至基岩，由钢筋砼冠梁连成整体承重；采用高压水泥旋喷桩帷幕止水，并支护池壁土压力；取水明渠内壁冠梁下部悬挂钢筋砼装饰挂板，冠梁上部设计钢筋砼挡土墙。

2 施工工艺

2.1 工艺流程

旋挖灌注桩→高压旋喷桩→降水支护→取水明渠施工→水下开挖→水下切割

2.2 施工步骤及要求

2.2.1 旋挖灌注桩

取水明渠2排φ800mm的旋挖灌注，桩间距1m、端承桩长≥24m，共计307根，桩顶标高+0.9m。依据设计图纸，复核桩位轴线控制网和高程基准点，做好标记并固定好。

钻孔采用泥浆护壁，其配比为水∶膨润土∶粘土∶ NaOH=1000∶100∶60∶1.5。泥浆可循环使用，膨润土泥浆采用圆筒式搅拌机拌制，机体安装坚实平稳。旋挖钻机采用筒式钻斗，钻机就位后调整钻杆垂直度，注入调制好的泥浆，然后进行钻孔。当钻头下降到预定深度后，旋转钻斗并施加压力，将土挤入钻斗内，仪表自动显示筒满时，钻斗底部关闭，提升钻斗将土卸于堆放地点。通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁，反复循环直至成孔。成孔达到设计高程后，对孔深、孔径、孔壁、垂直度、沉淀厚度等进行检查，用测绳测量孔深并做记录，合格后方可清孔。钢筋笼按12m一节进行制作，分段制作的钢筋笼，利用25T汽车吊吊装就位。沉渣厚度满足要求后0.5小时内必须浇筑C35混凝土，并一次性灌注完毕。

2.2.2 高压旋喷桩

取水明渠高压旋喷桩布置在第一排旋挖灌注桩外侧形成封闭止水帷幕，避免渠壁内外形成贯通孔隙，避免出现流砂、塌陷情况。高压旋喷桩直径650mm、桩间搭接170mm，桩长≥13m，桩顶标高-0.2m，总计347根。高压旋喷桩采用XY-100地质钻机施钻引孔，再用GS500-4高台喷车进行旋转喷浆。

选择取水明渠北侧的场地进行高压旋喷工艺试验，试验孔数为3～5孔。试验段技术参数：浆液压力20～30MPa，提升速度约12～15cm/分钟，旋转速度为10～12rpm，水灰比1.0∶ 1～1.2∶1左右。试验结束后，经现场开挖检查试验，旋喷桩桩径、连接质量、墙体质量、抽芯检测、透水性试验满足设计要求。

根据现场放线移动钻机，使钻杆头对准孔位中心，保证钻孔的垂直度不超过1.5%。钻机成孔，孔径为φ150mm，严格按已定桩位进行成孔，平面位置偏差不得大于20mm。每钻完一孔，经验收合格后用浓泥浆将孔内充满，防止塌孔，并盖住孔口，防止孔内掉入异物。配制水泥浆时，水灰比要求按设计及现场试验参数规定，在喷浆过程中应防止水泥浆沉淀，使浓度降低。高喷台车就位后，先进行地面试喷，按设计或试验确定的参数调整好旋转速度、高压泥浆泵喷浆压力、喷射管提升速度。降低泵压，将喷射管下到设计深度。升高高压泥浆泵泵压，待泵压达到设计或试验确定的技术参数，且孔口已返出水泥浆液时，即按设定的旋转角度及提升速度开始旋喷作业，旋喷时确保各参数偏差不大于规范规定的允许偏差要求。

2.2.3 降水支护

老厂1～5号机组取水明渠采用钢板桩支护渠壁，已施工完成近30年，腐蚀严重；为保证6号机组取水明渠内土方干式开挖，距5#机取水明渠端墙15m处，新增一排措施旋喷桩形成封闭止水帷幕。取水明渠接口处15m范围内的预留土方、措施旋喷桩及老厂钢板桩整体形成挡水土堤，阻挡老厂取水明渠内海水侧压力、避免出现流砂、管涌。6号机组取水明渠采用深井井点降水的方法，渠内间距10m布置 16口降水井，降水井底标高-12m；渠外侧间距15m布置14口降水井，降水井底标高-5.7m。

降水井成井采用旋挖钻孔，井管选用φ315×7mm的PVC管，管身钻直径1.0～1.5cm间距 2～3cm的孔，管身外侧用60目纱网及铁丝包裹，井底采用堵头封底。管井管露出自然地面300mm，管井管與孔壁之间采用6～10mm的砾石料充填滤料。水泵出水管采用φ50×3mm的PVC管，与主集水管（φ315×7mm的PVC）连接，集中排至5号机组取水明渠内。水泵安装后，对水泵本身和控制系统作一次全面细致的检查，合格后进行试抽水，满足要求后转入正常工作。基坑水位设计降深按基底以下0.5m控制。抽水完毕后采用级配较好的砂石进行回填封井，至孔口2m处可采用C25混凝土封堵。

2.2.4 取水明渠施工

取水明渠池壁上部结构冠梁1600×1200mm支撑在两排旋挖灌注桩上、连梁800×1200mm将冠梁连接成整体，挡土墙位于前排冠梁上长约170m、墙高3.2m、墙厚0.45～0.3m，装饰挂板墙（0.15m厚、1.6m高）悬挂于前排冠梁下口，沿冠梁通长布置。

首先确认6号机取水明渠区域地下水降至-7.5m以下，然后按图纸要求尺寸开挖冠梁、砼挂板基槽至设计底标高。截桩头时先采用切割机或风镐对桩头破除部分进行切割，然后采用人工凿除桩头。挂板、冠梁、挡土墙结构采用15mm厚双面覆朔大模板，背枋用100×50mm木枋，φ48×3架管；φ12mm对拉螺栓间距400～600mm加固，挂板靠灌注桩侧不安装模板原槽浇筑。模板拼缝贴PE胶条防止漏浆，模板加固棱角顺直，加固牢固。砼采用汽车泵泵送入仓，按图纸伸缩缝位置分段施工，取水明渠东南角挡土墙预留7m缺口，作为渠内作业的通道。取水明渠上部结构经业主隐蔽验收合格之后回填，铺设400g/m2的土工布，基层土面应拍打平实，清除基面尖角石块；采用垂直于挡土墙方向铺设，铺设时应力求平顺，松紧适度，并留足余幅以便搭接；土工布接缝采用尼龙线由手提式缝纫机，接缝宽度为50mm。

在渠东南角布置车辆运土通道，从西至东分层干式开挖，开挖过程中避免扰动预留挡水土堤侧的止水帷幕旋喷桩，避免损坏砼挂板、砼冠梁、挡墙。采用2台挖掘机（带破碎头）、5台自卸渣土车，破碎砂岩层、挖运土方。用自卸车将块石、砂夹石运至现场，挖掘机、装载机铺填0.4厚砂夹石、0.6厚块石层，顶面用挖掘机平整、压路机碾压。采用长臂挖掘机从北向南，分段拆除取水明渠内止水帷幕旋喷桩，用自卸车运至弃土场。止水帷幕旋喷桩拆除过程中派专人监测15m宽砂土坝渗水、涌水情况，出现大量渗水、涌水时，立即停止拆除作业，人员、机械立即退场。采取其他方式拆除取水明渠内止水帷幕旋喷桩。

2.2.5 水下开挖

开挖前先将取水明渠内降水井拆除、清理干净，然后通过地下水位自然上涨和使用水泵向新渠内灌水保持与老渠内海水水位持平后，方可进行实施土堤开挖工作。长臂挖掘机停靠在土堤上，从北侧向南侧逆向挖土，控制挖土速度尽量将土石方从水下清挖干净，用自卸渣土车运至弃土场。在海边砂滩上开挖面积约10000㎡沉淀池，沉淀后的尾水使用泥浆泵或自流管排放至大海。排泥管路使用1条700m长φ108的硬塑高密管，排泥管道从新渠沿老渠向海边铺设。抽砂作业和水下割桩作业需使用水上作业平台进行，采用空油桶、角铁、木跳板等组合成6×3m水上平台。抽砂时使用50吨履带吊车将约1.5吨重的砂泵悬挂浸入水中，抽砂泵底部安装钢制管道吸口，吸口旁安装2只高压水枪冲泥，水枪头与河床保持一定角度，使土层能够充分化成泥浆。高压水泵取水就地取水明渠中的水，一切准备就绪后，高压泵和抽砂泵同时启动，由高压泵水枪充水搅拌砂土，抽砂泵随时吸取。采用从南至北、依次抽砂的方式，对于管道吸口无法到位的位置，可安排潜水员使用高压水枪对死角泥浆冲洗，最大可能的清除。施工所用抽砂泵流量300m3/h，泥浆排放浓度约为3%，每天有效工作时间约10小时，每日取土排沙量：300×10×3%=90m3。施工使用水下测绳随时测量水深，指导抽砂施工，潜水员配合。

2.2.6 水下切割

水下切割的设备包括：潜水装具、空压机、直流焊机、水下割具、氧气瓶、切割电缆、切割炬、切割条、断电控制器以及其他辅助器材。水下切割的工作原理，就是利用水下電弧产生的高温和氧气同被切割金属元素产生的化学反应热，加热和熔化被切割金属并借助氧气流的冲力将切割缝中的熔融金属及氧化熔渣吹除，从而形成割缝的。水下电氧切割采用直流焊机（2x5-630），焊机额定输入容量大于50kW，额定输出电流630A，额定输出电压44V，切割条选用相应的产品。水下切割条是一种无缝钢管外涂压药条皮，外部涂有防水漆，在燃烧时产生大量气炮，使钢管切割电极与水分离，涂料燃烧速度比钢管熔化的速度慢，在端部形成套筒，水下切割时，钢管切割电极能与工件接触的情况下进行，切割前将每根割条进行检查，保证接触良好，否则，将影响切割效果及烧坏切割刀，操作顺序为先开氧气后引弧并以先断弧后关氧气。

钢板桩原迎水面由于长时间浸泡在海水中，布满海生物等杂物，清理费时且清理不干净，背水面与泥土接触，只需用水枪将切割面表面泥沙清除干净，即可使用。潜水员水下检查切割面情况，应仔细了解周围的环境情况，如内外有杂物或淤泥，需进行清理和清淤处理。钢板桩单片宽度约40cm，厚12mm，两片钢板桩搭接长度约6cm，搭接处切口有4层钢板，竖向切割缝约6m。钢板桩总延长40m，先切割水平缝，再切割竖向缝。按吊车的起吊能力将钢板桩分片，切割竖向封缝，竖缝切割前需使用吊车将预切除的钢板桩用双钢丝绳预拉紧，防止切割时晃动。水面以上竖缝需在水下切割完成后再施工。

3 质量控制及预防措施

（1）在本工程中建立工程质量领导责任制，施工单位各级领导人和技术负责人对施工质量负相应的法律责任和技术责任。

（2）对所有施工用的测量仪器，必须校定合格，精度满足使用要求。

（3）旋挖灌注桩孔深、孔径不小于设计规定，钻孔倾斜度误差不小于1.5%，沉淀厚度符合设计要求，桩位误差不大于50mm。通过清孔确保桩孔的质量指标、孔底沉渣厚度、循环泥浆中含钻渣量等符合桩孔质量要求，采用正循环排渣法清孔。旋挖灌注桩水下砼必须具备良好的和易性，配合比应通过试验确定；塌落度宜为180～220mm，每车混凝土检查。混凝土浇筑时每浇筑9m3测一次充盈系数，每段混凝土充盈系数不得小于1.0。

（4）高压喷射注浆应自下而上进行，注浆过程中高压注浆设备的额定压力和注浆量应符合设计图纸要求，并确保管路系统的畅通和密封；风、水、浆均应连续输送，水泥浆液的高压喷射作业不得停喷或中断。喷射作业完成后，应连续将冒浆回灌至孔内，直到浆液面稳定为止。

（5）人工凿除桩头要求桩顶面完整，不得有松动的混凝土块现象，不出现桩面凹槽及低于设计标高情况。钢筋验收合格后做好钢筋隐蔽验收记录，砼浇筑振捣密实、表面光滑。

（6）水下开挖施工中配备专兼职测量人员，施工中随时检测抽砂位置及高程。对于死角等抽砂系统无法达到的地方，通过潜水员采用高压水枪冲扫，然后用吸泥，以保证抽砂效果合设计及规范要求。水下切割要求认真操作，切割平整，避免因切割不齐造成重复作业。

4 结束

沿海电厂明渠施工中大范围使用旋挖灌注桩与高压旋喷桩相结合结构方式，有效的解决了明渠渠壁结构稳定性问题、海水腐蚀问题，形成了可靠的止水帷幕；大范围深井降水系统有效的解决了沿海地区深基坑降水；挡水土堤为新渠内干式作业提供了安全、技术保障，防止了管涌、流砂，加快了施工进度；水下开挖、水下切割工艺有效的解决了新旧明渠带水贯通作业难题。通过工程实例详细的介绍了沿海电厂明渠施工工艺，对类似深基坑明渠施工有重要参考价值。

参考文献

[1]宗恒水.关于水渠工程施工过程中技术问题的探讨[J].中国新技术新产品，2013，（1）：58.

[2]马玉芽，杨其海.国电蚌埠电厂取水头施工[J].水利水电技术，2008，（11）：31-33.

（作者单位：四川电力建设二公司）