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          ​再造“定海神针”——记水电七局巴基斯坦塔贝拉水电站钢板桩围堰施工
          来源:水电七局 作者:拓瑜 李连超 时间:2018-01-10 字体:[ ]

          巴基斯坦,一个严重缺电的国家。随着经济的发展,电力缺口增大。为此,巴政府决定扩建塔贝拉水电站四期工程,将现有的4号灌溉隧洞改为引水发电洞,使电站装机容量增大到4888兆瓦。

          在巴基斯坦水利专家看来,四期扩建是对本身已经是世界水利史上有影响力的塔贝拉工程动手术,难度大,挑战多。而难度挑战从来难不倒中国水电人,更难不倒中国bet36365体育在线投注水电七局国际人。

          面对复杂的深水环境,一支不惧艰难、勇于创新、敢于挑战的水电七局施工团队和技术专家们,携手攻坚克难,成功在塔贝拉再造“定海神针”——挡水高度达32米的直腹式钢板桩围堰。

          设计先行 不断优化

          塔贝拉水电站,距巴基斯坦首都伊斯兰堡约113千米,具有灌溉、发电、防洪等效益,包括主坝、副坝、主辅溢洪道、灌溉隧洞、发电引水隧洞以及水电站等,最大坝高143米,工程于1968年开工,1976年正式蓄水发电,后经三次扩建,总装机容量3478兆瓦。

          扩建塔贝拉四期工程,也就是将现有的4号灌溉隧洞改为引水发电洞,扩容1410兆瓦(3台单机470兆瓦混流式水轮机)机组,使现有电站装机增大至4888兆瓦,从而增加巴基斯坦国家电力供应。

          项目部根据建设要求,为满足厂房干地施工,需要修建钢板桩围堰,其位于电站右岸下游尾水回水区,场地狭小。为早日设计提供有效资料,项目提前筹划积极准备,围堰地质勘察正值当年春节,全体人员坚守现场不停歇。

          面对底部地基为砂砾覆盖层及中等透水性岩层,最深部位水深32米,覆盖层和基础深度25米,钢板桩无法深达基岩的情况,钢板桩结构设计和防渗设计至关重要。而如此深的直腹式钢板桩围堰在国内外均罕见,可借鉴的工程经验少之又少,只能查阅各种资料,建立模型,反复模拟,不断优化,经过精心设计,最终确定钢板桩围堰总长206米,主要由5个主格和4个副格组成,其中主格直径23.7米,副格半径4.99米,格体由1074片直腹型钢板和18片Y型连接桩拼插而成,最终形成连续闭合的格体,格体形成后在其内部回填细沙并做高喷灌浆处理,以满足防渗要求。

          通过全面优化设计,该种设计共需消耗钢板桩2700余吨,堪比再造“定海神针”,成功打下钢板桩也就奠定了厂房施工的坚实基础。

          自制平台  不断拓展

          塔贝拉水电站四期钢板桩围堰需建在右岸泄水槽中,虽说是再造“定海神针”,但毕竟不是传说故事中大禹治水用过的无敌法器——神针,钢板桩围堰的水上施工必须先解决水上作业平台问题。

          坝址所处印度河段已不具备通航条件,大型港吊驳船等机械难以到达;且现场施工作业面小、工期紧。因此,钢板桩桩格难以采用海事和桥梁工程中多用的岸边拼装水上整体吊装的方式,而被迫采用水上现场拼装法。钢板桩围堰水上施工平台的选择显得尤为关键。平台要承担平台定位、围檩拼装、桩板转运、管桩和桩板沉设、桩格填砂等多项功能。经过工作团队的集思广益、研究论证,决定采用浮箱拼装式钢板桩施工平台。一个接一个,由小到大,最终当两个36米长,30米宽的,大过篮球场的施工平台拼接完成,能承载大型吊装设备,满足各项功能时,大家相视一笑,抹掉汗水,又投入到下一个施工环节。

          吊打研究 不断创新

          本工程直腹式钢板桩腹板厚度12.7毫米,宽度500毫米,而钢板桩最长达37米,自重超过2吨。如此长的钢板桩如面条一样,一般的起吊工艺无法保证钢板桩自身稳定,水平吊运和直立吊立困难可想而知。如何将拼接好的长桩板由岸边场地转运至浮箱施工平台,再如何将水平的板桩直立,并插打到设计的位置是直腹式钢板桩施工中的关键技术。其中,拼接用的角桩又是格型钢板桩制造中的重中之重,在国外技术已经相当的成熟,而在国内,这方面却无经验可借鉴。面对一个又一个难题,大家没有退缩,而是集思广益,大胆创新,一次又一次召开专题会议研讨,模型模拟,个个击破。

          为克服施工过程中遇到的种种困难,专家工作组查阅欧美国外规范,与项目现场团队和工程师不断沟通,使业主和工程师对中国水电钢板桩施工的信任不断增强。为保证钢板桩的稳定性,专家工作组设计出钢板桩围堰角桩。钢板桩角桩现场焊接制造成本约200美元/米,但如果从国外厂家购买类似角桩,其费用达400美元/米,且转运周期长。为保证施工进度,专家工作组全程监督制造,大大缩短了角桩制造周期。

          为解决水平吊运的难题,项目部根据现场条件,就地取材,制作梁式水平吊具,大大提高平吊作业的机动性,缩短吊车在平吊过程中的对位和回转历时。

          为让如此长的钢板桩成功立起来,根据桩板设计参数,利用易于获取的管桩、型钢、铰链、张紧装置等材料,研制了翻转直立器,被项目部职工们称为工程上的“跷跷板”。翻板立桩法简便轻松的实现了旋转翻立操作,既避免了单点吊立的桩板中上部受弯失稳的危险,也避免了多点起吊的复杂协调作业,使长桩板的吊立操作仅一台吊车即可完成,并简化了吊立操作所需的指挥复杂性。

          由于锁扣入口较小,即使在加工厂已经对锁扣进行倒角处理,但是对于长达36米、重达2吨的长直腹式钢板桩而言,要将待插打桩板与已经拼接好的桩板的锁扣对准,也堪比穿针一样,难度很大。而插打操作中,振动锤需要不断的在桩板顶部切换,更换驱动对象。振动锤对位耗时是重要的辅助作业时间,为了保证施工进度,达到快速施工的目的,成功研制了钢板桩引导器。

          通过不断研究创新,随着一片片钢板桩被成功起吊插打到位,巨大的定海神针也初具雏形。

          格体填筑  不断尝试

          直腹式钢板桩所用的钢是好钢,但无奈比之神针还差了一大截,在拼成格体后,受钢板桩本身强度限制,围堰要具备挡水条件,还需要在格内填充砂或石碴等材料形成格型结构物,联合承载水压力。最常用的工程措施就是利用振动水冲法来密实填砂。由于格体填砂对格体应力条件和变形影响明显,因此填砂有严格的次序和均衡性要求,相邻桩格之间尽量均匀上升。而采用振动水冲法施工,存在着施工程序复杂,所需施工机械较多,施工成本偏高等诸多缺点。根据本项目的料场条件和设计指标,经过实验研究,不断尝试,优化设计,研究了免振冲水夯密实填砂的可能性,利用自重填砂密实,省去填砂振冲密实工艺;并利用填砂初始角度和初始位置控制填砂桩格变形,研制喷水式布料斗和砂料抛填分料装置,在保证填砂质量的基础上节省了工程投入,并控制了桩格的不良变形。

          高喷灌浆 不断深入

          根据设计,围堰采用直腹式钢板桩与多层旋喷防渗墙相结合的复合式防渗结构。但是,目前高喷混凝土防渗墙深30米左右效果较好,50米级高喷防渗墙对高喷灌浆的成桩质量要求非常高。面对本项目大深度、复杂地质条件下,对高喷防渗墙成墙的孔斜控制技术,并针对塌孔、抱钻等现象,细骨料缺失、格体边缘盖重不足等条件下的50米级高喷防渗墙成墙关键技术都是需要不断深入研究的对象。经过反复讨论,琢磨,研究利用测斜仪等机具和工艺控制孔斜,利用灌浆参数和工艺动态调整等措施控制灌浆质量,成功实现了深达57米的高喷防渗墙施工。在基坑排水完成,围堰两侧水头近40米时,57米的高喷防渗墙区几乎无渗流发育,施工质量与满足设计预期要求,再一次向业主和工程师展现了中国bet36365体育在线投注水电七局的实力,七局国际人的专业技术。

          硕果累累 不断总结

          最大水深32米是此类钢板桩围堰第一次使用,最长钢板桩36米,是世界现已建成同类型钢板桩前列,大量机具和工艺的运用在同类围堰施工中也属罕见。可以说一个个难题解决的过程,就是一个个创新的过程。

          根据直腹式钢板桩现场拼插的研究成果,已取得包括“一种在水下裸露基于上进行钢板桩围堰的施工方法”、“一种钢板桩水上施工平台”、“一种组焊围堰结构及其建造施工方法”、“一种钢板桩连接桩角桩”、“一种钢板桩拼装导向器”、“一种深水钢板桩水上单围檩”、“一种单围檩深水超长直腹式钢板桩稳定桩”、“一种格型钢板桩喷水式布料斗”、“一种水上砂料抛填分料装置”等11项发明专利及实用新型专利。

          项目部围绕钢板桩围堰施工,积极开展QC活动,并荣获全国工程建设、中国电力、中国水利协会、四川省工程建设优秀QC小组等多项大奖。同时,编制形成钢板桩围堰施工规范及施工工法,发表一系列论文。在国家不断弘扬科技创新的过程中,可以说通过不断创新,解决难题,并品尝创新的硕果,创新就是效益,创新驱动生产力。

          世界级钢板桩围堰的成功完成和使用,让水电七局不仅积累了宝贵的专业技术和施工经验,更增强了团队凝聚力,为后期主体工程的顺利实施,以及这一巴基斯坦“三峡”扩建工程发电打下了坚实的基础,也成为巴基斯坦人口中所说:“未来巴国经济建设、水利建设与水电科技如何更好更快发展,可从‘中国兄弟、中国规范、中国技术、中国制造、中国速度’水电七局承建的塔贝拉四期扩建项目中探寻找到答案”,这个答案必将像中国神话故事中的“定海神针”一样载入中巴友谊的史册。

          钢板桩围堰完成

          远眺施工平台

          已完成的钢板桩围堰

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