黄河堤防加固工程中淤背固堤技术的应用

黄河堤防加固工程中淤背固堤技术的应用

山东黄河填海工程始于20世纪70年代初，在确保黄河防洪安全方面发挥了重要作用。近年来,机淤由险工段向平工段延伸发展,输沙距离越来越远,施工成本大幅度增加。应用新的施工技术,缩短输沙距离,降低机淤生产成本,是目前机淤生产急需解决的重要课题。通过试验研究,在临河滩地没有合适施工沙场,而对岸却有较好的嫩滩场地的情况下,拟采取跨河穿管进行取沙,以充分利用对岸嫩滩沙场资源。该技术主要包括沙场选择、跨河穿管、塑料编织布长管袋浅水围堰、机淤设备组合及匹配等方面。1技术原理1.1坝份坝激发技术的应用一般情况下,弯曲型河道凹岸为险工或控导工程,凸岸为平工或大的嫩滩,在险工下首河道易出现嫩滩。险工、控导工程主坝的左右坝裆是理想沙场,利于吸泥船进行淤背固堤施工。险工上、下首的嫩滩适用于船、泥浆泵等机械施工,而且采沙深度大,容易形成回淤。跨河穿管技术的沙场选择,首先应考虑对岸险工下首或控导工程上首的嫩滩沙场,其次选择对岸险工、控导工程主坝左右的坝裆滩地。其主要原因:一是河底穿管在滩地铺设施工较容易;二是施工机械选择余地大;三是易采取围堰工程,形成回淤沙场。1.2拖管过渡方式跨河穿管是一种在河底铺设输沙管道,取代水上用浮筒支撑管道,从而实现跨河取沙的施工技术。首先选择穿管地点,根据水深、水流速度、水面宽度等自然因素,通过受力分析计算出钢管长度、强度,并选择合适型号的穿河钢管。然后在滩地上把穿河钢管沿垂直河道方向连接好,两端密封,抽成真空,在浮力作用下使钢管漂浮在水面上,减少与地面的摩擦力。根据钢管重量等,计算出拖管过河所需总牵引力,配备合适的动力机车,选择最有利的时机,把管道一次性整体拖过河。当管道跨越河道并漂浮于水面上后,通过进水阀门向管道充水,使之整体沉入河底。依次探摸管道在河底沉落情况,并沿管道两侧用高压水枪将支撑管道的凸点冲平,使管道平坦地铺设于河床底部。跨河穿管施工完成后,一端通过普通机淤管道与泥浆泵集浆箱相连接,另一端连接到淤区,即可进行机淤施工。1.3确定小型泥浆泵的选型和用量首先根据输沙距离和管道直径等条件,选择输沙加力泵,依据加力泵的动力配套等技术参数和现有动力资源确定动力机械;其次依据加力泵生产效率、扬程、出水量等参数确定小型泥浆泵的型号和数量;第三依据加力泵、小型泥浆泵群等的动力功率,确定动力供应设备(变压器、发电机组);第四根据加力泵的进水量、小型泥浆泵群的总出水量确定集浆箱的容积、制造形状;第五依据小型泥浆泵施工技术要求确定每组施工所需的用工总人数。完成上述工作后,人工操纵小型泥浆泵群进行冲、挖取嫩滩中的泥沙,汇入集浆箱,经加力泵加压,穿过跨河管道将泥浆输送到对岸相应的淤背区。1.4泥浆泵填充灌浆为防止因河水上涨淹没工地,利用塑料编织布长管袋充沙修筑围堰。根据现场水沙颗粒自然状况选择相应的塑料编织布,缝制加工成符合工程设计要求的长管袋。使用泥浆泵充填泥浆,利用塑料编织布具有抗拉性、耐久性、透水性等特点,滤水留沙,在河水中形成围堰。其主要作用是围圈沙场,避免因大河水位涨落而淹没施工场地、设备等,保证泥浆泵正常工作。同时,沙场一次取沙结束之后,打开围堰缺口,使河水回淤,可以达到重复利用沙场、多次采沙之目的。2坝底偏土滩地在消除黄委编号险点(鲁—Ⅱ—渗—14号)淤背固堤施工中,根据河势勘查资料,结合当前机淤工程施工需要,穿管地点选择在北杜控导工程14～15号坝裆之间,对岸对应白龙湾险工下首1500m长的嫩滩。该滩地是白龙湾险工与北杜控导工程共同导流造成的,呈大凸滩形状,地势平坦,长约1500m,宽200～400m,土质为粉沙土,沙层厚3～5m,吸泥船、泥浆泵均可以在此取沙。河槽非汛期水面宽300～100m,水深1～3m,流速小于1m/s。2.1河流两岸的管道2.1.1螺纹焊接钢管根据受力分析和刚度、强度计算,选用Ф377×7螺纹焊接钢管,钢管壁厚7mm。管道采用直接对焊方式连接,并设置拉索,以满足管道密封、抗拉和抗折等要求。2.1.2河的施工方式经综合分析各种因素,选择双管捆绑在一起穿河的施工方式。即在两根穿河管道之间每隔10m打一道长、宽、厚分别为380、150、12mm的钢板,使两根管道形成一个整体。2.1.3确定管时间根据施工需要流量小、水面窄、流速缓等条件,穿管时间确定在1999年11月4日。当日大河流量104m3/s,穿管处河道水面宽200m,水深0.5～1.5m,流速0.5m/s。2.1.4客车作业带式d60客车经计算,两根钢管过河所需牵引力为612kN。每台履带式D60机车额定牵引力117kN,按70%出力考虑,需要8台履带式D60机车。根据施工经验和河滩场地情况,确定由6台履带式D60机车在右岸拉,2台履带式D80机车在左岸推的组合牵引方式。2.1.5干部队伍的准备其他施工准备工作主要包括:①测绘河道横断面图;②清、挖8%坡度的穿管沟;③对穿河管道试压,检查焊接情况;④做好人员、通讯、信号准备;⑤将主牵引绳拉过河,全部牵引设备到达指定位置并与主牵引绳连接等。1999年11月4日进行了穿管试验,整个河底穿管工序历时16个小时。跨河管道就位后,两端口分别用Ф350mm的普通输沙钢管连接,一端连接加力泵的出水口,一端与淤区输沙管道连接,从而组成了两条输沙距离约2000m、提升高度5.64m的机淤施工输沙管道。2.2河道围堰设计跨河穿管取得成功,解决了临河滩地无沙场、输沙距离远的问题。但也存在不足:一是大河水位涨落频繁,影响施工;二是沙场资源不足,需要及时回淤沙场。利用塑料编织布的抗拉性、渗透性及其耐久性、抗冲刷性等,滤水留沙,在河水中形成围堰以围堵沙场。在河道嫩滩或水中修筑围堰,要具备挡水、防冲刷等功能,围堰挡水高度1.2m,考虑0.3m的风浪爬高,围堰总高度1.5m。围堰断面按梯形设计,长管袋充填后为扁平椭圆状,每层高0.5m,断面顶宽1.5m,底宽5.5m。为充分发挥围堰作用,在一次挖沙结束之后在上游围堰开一缺口,利用河水回淤后重复采沙,解决了沙场资源不足的问题。2.3机组实际运行效率消除黄委编号险点(鲁—Ⅱ—渗—14号)淤背固堤施工从1999年11月30日开始,到2000年7月3日结束,累积生产土方71.14万m3。其中1号施工机组施工期为1999年11月30日至翌年6月23日,实际生产104天,计2168小时,平均出水含沙量659.1kg/m3,生产效率为186.5m3/h,共计完成土方40.43万m3;2号机组施工期为1999年12月2日至翌年7月3日,实际生产81天,运行1606小时,平均生产含沙量667.8kg/m3,生产效率191.2m3/h,共计完成土方30.71万m3。3组合泵生产含沙量在消除大刘家险点机淤固堤施工中,除两条穿河管道施工机组外,还分别在北杜控导工程上下首滩地内设有两台组合泵组,采用挖临河滩地的方式施工。穿管施工机组生产含沙量平均为663.5kg/m3,平均生产效率188.9m3/h;临河滩地组合泵生产含沙量平均为517.3kg/m3,平均生产效率为133.8m3/h