黃河堤防加固工程中淤背固堤技術(shù)的應(yīng)用

黃河堤防加固工程中淤背固堤技術(shù)的應(yīng)用

山東黃河填海工程始于20世紀(jì)70年代初，在確保黃河防洪安全方面發(fā)揮了重要作用。近年來,機(jī)淤由險工段向平工段延伸發(fā)展,輸沙距離越來越遠(yuǎn),施工成本大幅度增加。應(yīng)用新的施工技術(shù),縮短輸沙距離,降低機(jī)淤生產(chǎn)成本,是目前機(jī)淤生產(chǎn)急需解決的重要課題。通過試驗研究,在臨河灘地沒有合適施工沙場,而對岸卻有較好的嫩灘場地的情況下,擬采取跨河穿管進(jìn)行取沙,以充分利用對岸嫩灘沙場資源。該技術(shù)主要包括沙場選擇、跨河穿管、塑料編織布長管袋淺水圍堰、機(jī)淤設(shè)備組合及匹配等方面。1技術(shù)原理1.1壩份壩激發(fā)技術(shù)的應(yīng)用一般情況下,彎曲型河道凹岸為險工或控導(dǎo)工程,凸岸為平工或大的嫩灘,在險工下首河道易出現(xiàn)嫩灘。險工、控導(dǎo)工程主壩的左右壩襠是理想沙場,利于吸泥船進(jìn)行淤背固堤施工。險工上、下首的嫩灘適用于船、泥漿泵等機(jī)械施工,而且采沙深度大,容易形成回淤。跨河穿管技術(shù)的沙場選擇,首先應(yīng)考慮對岸險工下首或控導(dǎo)工程上首的嫩灘沙場,其次選擇對岸險工、控導(dǎo)工程主壩左右的壩襠灘地。其主要原因:一是河底穿管在灘地鋪設(shè)施工較容易;二是施工機(jī)械選擇余地大;三是易采取圍堰工程,形成回淤沙場。1.2拖管過渡方式跨河穿管是一種在河底鋪設(shè)輸沙管道,取代水上用浮筒支撐管道,從而實現(xiàn)跨河取沙的施工技術(shù)。首先選擇穿管地點,根據(jù)水深、水流速度、水面寬度等自然因素,通過受力分析計算出鋼管長度、強(qiáng)度,并選擇合適型號的穿河鋼管。然后在灘地上把穿河鋼管沿垂直河道方向連接好,兩端密封,抽成真空,在浮力作用下使鋼管漂浮在水面上,減少與地面的摩擦力。根據(jù)鋼管重量等,計算出拖管過河所需總牽引力,配備合適的動力機(jī)車,選擇最有利的時機(jī),把管道一次性整體拖過河。當(dāng)管道跨越河道并漂浮于水面上后,通過進(jìn)水閥門向管道充水,使之整體沉入河底。依次探摸管道在河底沉落情況,并沿管道兩側(cè)用高壓水槍將支撐管道的凸點沖平,使管道平坦地鋪設(shè)于河床底部?？绾哟┕苁┕ね瓿珊?一端通過普通機(jī)淤管道與泥漿泵集漿箱相連接,另一端連接到淤區(qū),即可進(jìn)行機(jī)淤施工。1.3確定小型泥漿泵的選型和用量首先根據(jù)輸沙距離和管道直徑等條件,選擇輸沙加力泵,依據(jù)加力泵的動力配套等技術(shù)參數(shù)和現(xiàn)有動力資源確定動力機(jī)械;其次依據(jù)加力泵生產(chǎn)效率、揚(yáng)程、出水量等參數(shù)確定小型泥漿泵的型號和數(shù)量;第三依據(jù)加力泵、小型泥漿泵群等的動力功率,確定動力供應(yīng)設(shè)備(變壓器、發(fā)電機(jī)組);第四根據(jù)加力泵的進(jìn)水量、小型泥漿泵群的總出水量確定集漿箱的容積、制造形狀;第五依據(jù)小型泥漿泵施工技術(shù)要求確定每組施工所需的用工總?cè)藬?shù)。完成上述工作后,人工操縱小型泥漿泵群進(jìn)行沖、挖取嫩灘中的泥沙,匯入集漿箱,經(jīng)加力泵加壓,穿過跨河管道將泥漿輸送到對岸相應(yīng)的淤背區(qū)。1.4泥漿泵填充灌漿為防止因河水上漲淹沒工地,利用塑料編織布長管袋充沙修筑圍堰。根據(jù)現(xiàn)場水沙顆粒自然狀況選擇相應(yīng)的塑料編織布,縫制加工成符合工程設(shè)計要求的長管袋。使用泥漿泵充填泥漿,利用塑料編織布具有抗拉性、耐久性、透水性等特點,濾水留沙,在河水中形成圍堰。其主要作用是圍圈沙場,避免因大河水位漲落而淹沒施工場地、設(shè)備等,保證泥漿泵正常工作。同時,沙場一次取沙結(jié)束之后,打開圍堰缺口,使河水回淤,可以達(dá)到重復(fù)利用沙場、多次采沙之目的。2壩底偏土灘地在消除黃委編號險點(魯—Ⅱ—滲—14號)淤背固堤施工中,根據(jù)河勢勘查資料,結(jié)合當(dāng)前機(jī)淤工程施工需要,穿管地點選擇在北杜控導(dǎo)工程14～15號壩襠之間,對岸對應(yīng)白龍灣險工下首1500m長的嫩灘。該灘地是白龍灣險工與北杜控導(dǎo)工程共同導(dǎo)流造成的,呈大凸灘形狀,地勢平坦,長約1500m,寬200～400m,土質(zhì)為粉沙土,沙層厚3～5m,吸泥船、泥漿泵均可以在此取沙。河槽非汛期水面寬300～100m,水深1～3m,流速小于1m/s。2.1河流兩岸的管道2.1.1螺紋焊接鋼管根據(jù)受力分析和剛度、強(qiáng)度計算,選用Ф377×7螺紋焊接鋼管,鋼管壁厚7mm。管道采用直接對焊方式連接,并設(shè)置拉索,以滿足管道密封、抗拉和抗折等要求。2.1.2河的施工方式經(jīng)綜合分析各種因素,選擇雙管捆綁在一起穿河的施工方式。即在兩根穿河管道之間每隔10m打一道長、寬、厚分別為380、150、12mm的鋼板,使兩根管道形成一個整體。2.1.3確定管時間根據(jù)施工需要流量小、水面窄、流速緩等條件,穿管時間確定在1999年11月4日。當(dāng)日大河流量104m3/s,穿管處河道水面寬200m,水深0.5～1.5m,流速0.5m/s。2.1.4客車作業(yè)帶式d60客車經(jīng)計算,兩根鋼管過河所需牽引力為612kN。每臺履帶式D60機(jī)車額定牽引力117kN,按70%出力考慮,需要8臺履帶式D60機(jī)車。根據(jù)施工經(jīng)驗和河灘場地情況,確定由6臺履帶式D60機(jī)車在右岸拉,2臺履帶式D80機(jī)車在左岸推的組合牽引方式。2.1.5干部隊伍的準(zhǔn)備其他施工準(zhǔn)備工作主要包括:①測繪河道橫斷面圖;②清、挖8%坡度的穿管溝;③對穿河管道試壓,檢查焊接情況;④做好人員、通訊、信號準(zhǔn)備;⑤將主牽引繩拉過河,全部牽引設(shè)備到達(dá)指定位置并與主牽引繩連接等。1999年11月4日進(jìn)行了穿管試驗,整個河底穿管工序歷時16個小時。跨河管道就位后,兩端口分別用Ф350mm的普通輸沙鋼管連接,一端連接加力泵的出水口,一端與淤區(qū)輸沙管道連接,從而組成了兩條輸沙距離約2000m、提升高度5.64m的機(jī)淤施工輸沙管道。2.2河道圍堰設(shè)計跨河穿管取得成功,解決了臨河灘地?zé)o沙場、輸沙距離遠(yuǎn)的問題。但也存在不足:一是大河水位漲落頻繁,影響施工;二是沙場資源不足,需要及時回淤沙場。利用塑料編織布的抗拉性、滲透性及其耐久性、抗沖刷性等,濾水留沙,在河水中形成圍堰以圍堵沙場。在河道嫩灘或水中修筑圍堰,要具備擋水、防沖刷等功能,圍堰擋水高度1.2m,考慮0.3m的風(fēng)浪爬高,圍堰總高度1.5m。圍堰斷面按梯形設(shè)計,長管袋充填后為扁平橢圓狀,每層高0.5m,斷面頂寬1.5m,底寬5.5m。為充分發(fā)揮圍堰作用,在一次挖沙結(jié)束之后在上游圍堰開一缺口,利用河水回淤后重復(fù)采沙,解決了沙場資源不足的問題。2.3機(jī)組實際運(yùn)行效率消除黃委編號險點(魯—Ⅱ—滲—14號)淤背固堤施工從1999年11月30日開始,到2000年7月3日結(jié)束,累積生產(chǎn)土方71.14萬m3。其中1號施工機(jī)組施工期為1999年11月30日至翌年6月23日,實際生產(chǎn)104天,計2168小時,平均出水含沙量659.1kg/m3,生產(chǎn)效率為186.5m3/h,共計完成土方40.43萬m3;2號機(jī)組施工期為1999年12月2日至翌年7月3日,實際生產(chǎn)81天,運(yùn)行1606小時,平均生產(chǎn)含沙量667.8kg/m3,生產(chǎn)效率191.2m3/h,共計完成土方30.71萬m3。3組合泵生產(chǎn)含沙量在消除大劉家險點機(jī)淤固堤施工中,除兩條穿河管道施工機(jī)組外,還分別在北杜控導(dǎo)工程上下首灘地內(nèi)設(shè)有兩臺組合泵組,采用挖臨河灘地的方式施工。穿管施工機(jī)組生產(chǎn)含沙量平均為663.5kg/m3,平均生產(chǎn)效率188.9m3/h;臨河灘地組合泵生產(chǎn)含沙量平均為517.3kg/m3,平均生產(chǎn)效率為133.8m3/h