三峡库区码头工程水工结构物施工及平台选择

  • 来源:珠江水运
  • 关键字:三峡库区,河道性水库,水工结构物
  • 发布时间:2019-09-08 23:02

  摘 要:以三峡库区码头工程为实例,对水工施工的工作内容进行概括,主要包括港池开挖和水工结构物施工。针对水工结构物施工,重点分析了水位变化对施工项目的影响,并从施工时段和施工辅助平台两个方面提出了解决措施,取得良好的施工效果。

  关键词:三峡库区 河道性水库 水工结构物

  三峡库区属于典型的河道型水库,三峡库区码头工程施工受三峡工程水利调度影响,施工具有季节性,且受上游洪水和当地降水影响,具有反季节施工以及可低水位施工时间短的特点。

  1.三峡库区码头工程概述

  三峡库区内水工码头一般设置在距离重庆主城较近的位置或者临近区县级城市交通要道位置,大多处于所在庫区河段变动回水区的中上段,该类地区具有天然河道和水库的两种属性,即汛期基本上保持天然河道的特性,汛后蓄水期呈水库的特点。库区水工施工工作主要包括港池开挖、水工结构物部分。

  1.1港池开挖部分

  港池开挖设计一般为码头前沿线布置基本与航道线平行,为了确保在低水位期船舶的正常停靠,港池开挖底高程通常是在高程150m左右。施工单位通常根据地质情况采用链斗式挖泥船、抽吸式挖泥船或者抓斗式挖泥船对覆盖层(覆盖层大多为素土或则砂卵石层)进行挖除,然后采用水下爆破辅以抓斗船的方式对硬质岩石进行处理。

  1.2水工结构物部分

  水工结构物主要以框架直立式和斜坡道式两种形式为主。

  1.2.1框架直立式码头

  框架直立式码头通常定义为多用途泊位,可以用于装卸散货、件杂货以及集装箱。码头基础采用灌注桩基础,为了便于施工,桩基顶标高一般在高程170~175m之间,桩基施做辅以永久性结构钢护筒,为了增加平台的稳定性,结构钢护筒之间通常设置1~2道纵横撑。码头框架主体一般分为3~4层,码头顶面高程在高程190~195m之间。平台上布置台门座式起重机或者岸边集装箱起重机,方便集装箱、件杂货装卸作业,框架平台与陆地之间区域采用引桥连接。三峡库区内的例如重庆果园港、重庆寸滩港、江津珞璜港、涪陵龙头港、万州新田港等项目均有采用这种形式。

  1.2.2斜坡道式码头

  斜坡道式码头因为受地形限制影响因素较小,使之在库区的码头设计中运用得更为普遍,一般用作滚装或者散货泊位,其主要包括趸船、架空斜坡道、陆域挡墙等水工建筑物。架空斜坡道一般采用桩柱式结构,桩基设计普遍为嵌岩桩,按桩身嵌入中风化岩层深度3~5倍桩基直径和桩基底标高双向指标控制,而上部结构采用预制T型梁的形式作为架空段。整个架空斜坡道的坡度根据码头地形地貌以及使用功能进行设计。例如重庆果园港、重庆东港、涪陵大石溪码头、涪陵龙头港等项目都设计有此类码头泊位。

  2.三峡库区水位情况

  三峡水库是河道型水库,水库沿长江干流自湖北宜昌三斗坪坝址至20年一遇汛后回水末端江津市花红堡,全长667km。

  目前三峡工程处于175m正常蓄水运用阶段,按照“175-155-145”的方式调度坝前水位,9月中旬至10月中旬开始蓄水达到高程175m,12月底至来年5月中水位由原来的175m降到155m,维持155m至5月,6月进入汛期,坝前水位降至145m,6~9月期间,水位维持145m左右。最低通航水位可能出现在5月中下旬,此时坝前水位在下降,而上游来水偏少的情况下出现。

  根据寸滩水文站2012~2017年实测水情统计,多年平均径流量3443亿m3。径流年内分配极不均匀,其中1~5月平均流量为4403.98m3/ s,6~10月平均流量为19252.28m3/s。洪峰变化的基本特性是持续时间短、涨落速度快,呈陡涨陡落的多峰形状。最大流量通常发生在7~9月,最小流量通常发生在2~3月。日水位最大变幅6~9m,水位年内变幅在20~30m左右。近几年的水位情况由于受到三峡工程以及上游水利枢纽调整呈现一定的规律性,即除汛期6~9月以外,水位控制基本一致。

  3.水工结构物施工

  三峡库区典型的河道水库特征使得水工结构物施工具有明显的反季节特性,有效施工时间极大的受到限制,可施工时间短。枯水期长江流量小,但枯水期三峡蓄水位高,无法开展下部结构施工。施工时段与常规的水运工程不同,因此高程175m以下部分施工成为决定项目能否顺利开展的关键因素,选择合理的施工时间段以及正确的技术平台方案至关重要。

  3.1施工时段

  除个别的斜坡道码头前沿采用钢套箱施工外,高程175m以下部分的水工结构物在低水位期施工最为有利,,结合图1 2012~2017年的寸滩水位过程线可以看出,每年的3月初~6月底是整个库区水位的较低时间段,且中间不含涉及到的防洪度汛,是水工结构物施工的最佳时期,施工单位施工时段的选择在此时最为适宜。在这个时间段完成平台的施工,并且完成部分桩基础的施工,以增加平台的稳定性迎接后续洪峰的到来。7月初~8月底,受到上游降雨影响,有效施工时间将会变得极不稳定。进入9月,三峡库区开始蓄水,高程 175m以下部分基本无法采用干做施工,一般只能进行上部结构的作业。

  3.2施工辅助平台

  库区水工码头施工辅助平台主要由土平台筑岛围堰和钢栈桥及平台两种形式。

  (1)土平台筑岛围堰施工,即采用回填土石方作为施工作业平台的一种方法,施工单位利用低水位期采用竖向填筑法将回填的土石快速推填至超出水面约1~2m处,碾压后进行水平分层填筑,逐层筑岛至标高作为作业平台,最后在临水面处抛填片石形成护坡,同时在填筑施工时辅以土工合成材料来增加平台的稳定性以及抗冲刷能力。该类平台具有施工技术难度低,平台可以快速成型,易于维护且造价较低的优点,不足之处是只能在水位较低且施工需求时间较短的时候使用,一般不超过1个枯水期。且由于平台高程设置较低,汛期极易被淹没;使用竖向填筑法施工的土石方平台容易出现开裂,边坡垮塌等质量安全隐患。土平台通常在开工后的第2个低水位期进行拆除,由于码头平台前端部分拆除具有一定的施工难度,且不容易拆除完整,因此港池施工大多在在平台上拆除完成后施工,整个平台上作业的局限性较大,一般在斜坡道式码头上使用。

  (2)当库区水工码头结构形式是直立式框架结构时,土围堰平台施工已经不太适宜,施工单位常常会根据港池和护岸的高程以及坡度情况采用钢平台或则土平台与钢平台结合的形式。大多采用钢栈桥连接钢平台组合形式进行施工,其中钢平台作为桩基施工的临时平台,钢栈桥作为陆上与受水位影响的码头结构的连接通道。钢栈桥(钢平台)下部结构设计采用钢管桩基础,钢管桩基础之间用槽钢或者工字钢进行连接加固,上部结构采用贝雷片和型钢的组合结构。平台标高设计在高程176~180m之间,这种平台具有结构稳固,技术成熟,可利用时间长(可以跨年使用),受水位高差影响小的优点。同时也受到搭设费用较高,搭设拆除时间长,施工工序复杂,施工难度较大的制约。

  4.结语

  综上所述,三峡库区水工结构物施工具有反季节性、受洪峰影响大、低水位期施工时间短、施工强度大等特点,根据码头结构形式分别采用不同的施工平台方案,即架空斜坡道式码头主要采用土平台围堰施工,直立式框架式主要采用钢平台施工。近几年三峡库区完工或在建的水工码头实践表明改方案切实可行,为三峡库区码头工程施工积累了经验。

  参考文献:

  [1]朱吾中,张天绪,杨宇.三峡库区消落区库岸治理施工特点及导流度汛方案[J].水电与新能源,2016(09): 25-27.

  [2]陈昭安,朱晓亮,杨军宏.土围堰在高水位下的受力分析研究[J].公路交通科技, 2018 (S1): 132-137.

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