超大型调蓄水池工程施工组织技术难点及解决措施

超大型调蓄水池工程施工组织技术难点及解决措施摘要：潍坊市化肥沟调蓄水池容量为10万m3，服务于潍城西部城区20平方公里，化肥沟调蓄水池工程作为环保部重点督查的城市河道雨污水分流整治项目，受到政府各级部门的密切关注。本文以潍坊市化肥沟调蓄水池建设为具体实例，对超大型调蓄水池施工中的一些组织技术难点进行总结及探索，在施工过程中，项目应用的河道导改综合等施工技术均取得了良好的效果，为今后类似工程的施工提供有力的技术支持。一、工程概况潍坊市化肥沟调蓄水池工程位于泰祥街与规划吉庆街之间、友爱路东侧，调蓄水池池体建设在原化肥沟河道下部，东侧为基本农田，西侧为友爱路，池体埋深度为11.13-14.75m之间。池体整体为南北狭长形，调蓄水池体内部南北总长387m，东西宽40m，池体内高度约7.1-9.05m，调蓄水池包含1个进水单元、4个蓄水单元，1#蓄水单元长度为85m，2、3、4#蓄水单元长度均为100m，全地下现浇框架-剪力墙结构。调蓄池主要由框架柱进行支撑，在池体中部设置了纵横向格构梁将框柱进行拉结,用以确保框架柱的稳定。调蓄池池壁厚度底部由1.21m向上渐变至0.5m，底板厚度为1.6m、0.9m，为保证池底冲洗流水顺畅，每个蓄水单元内，底板顶由南至北的坡度为1%，池体顶板厚度为400mm，顶板上部覆土厚度为2.5-2.8m。二、周边地理环境信息本工程地处城乡结合部、友爱路位置上，施工前需对友爱路进行拆改，对化肥沟河道进行导改，工程东侧为基本农田，西侧为绿化带。已查明的地上构筑物主要有：横跨池体上部的35KV高压线，跨越河道上部的桥梁，在友爱路两侧有通信、路灯照明系统、电信光缆等。友爱路主干道路下方主要管线有:φ600混凝土雨、φ600污水管、两孔DN900高温水管，道路西侧有φ1500污水主管道、通信电缆沟，道路东侧有φ200燃气管线，具体情况见下图2-1调蓄水池基坑开挖断面图图2-1调蓄水池基坑开挖断面图三、工程特点及难点1、化肥沟河道导改要求高调蓄水池地处化肥沟暗涵与明渠交接部位，上游为3孔2.5×4m暗涵，汛期时，雨污混合水通过三孔箱涵排入化肥沟明渠河道内，化肥沟明渠河道旱季基本无水,主要功能为承担潍城区西部20平方公里的泄洪量。调蓄池池体施工时，需将化肥沟明渠河道截断，必须新建一条临时导流渠，用以连接上游暗涵及下游化肥沟明渠，泄除上游来水。工程施工时正值雨期，如果不采用合理的导流方式，一旦上游泄洪量过大导致溃坝，后果将不堪设想。因此如何选择合理的导流方式，顺利的将上游的来水导出，满足城区防汛要求及尽可能地减少对调蓄水池基坑的不利影响是本工程施工的关键。2、基坑工程支护方案设计及施工难度大调蓄水池位于友爱路及化肥沟下部，基坑开挖时需对友爱路进行局部进行开挖，施工完成后予以恢复，在确定基坑支护工程设计方案的同时需考虑化肥沟河道导改、友爱路道路导行、燃气管线改移、混凝土泵车布设及运输、半成品钢筋、周转料运输路线、堆放位置等，同时需考虑对友爱路下部污水管道、热力管线及西侧绿化带内污水管道的保护。基坑开挖深度为11.13-14.75m，基坑土质复杂，地下水位埋深为9.50-10.10m，基坑施工时，正值雨季，土方开挖难度较大，对降排水及防汛排水要求程度高。3、整体超高、超荷载顶板模架施工调蓄水池模板搭设高度为7.1-8.05m，局部为9.05m，调蓄水池顶板厚度为400mm，施工总荷载（设计值）超过15KN/m2，属整体超高、超荷载模板支架工程，基础筏板顶整体坡度为1%，在选择模架时，需考虑底部扫地杆的调平，因此选择合适的模架支撑体系，保证模架支撑的安全，是本工程施工的重中之重。四、主要组织技术难点及解决措施1、化肥沟河道导改化肥沟河道导改工程通过利用卫星云图进行导流渠的选址、现状明渠端部封堵方案的选择、RTK进行测量定位、临时导流渠防渗漏措施选择、墓地保护措施选择以及工程东侧基坑护坡形式的选择，顺利的将导流渠征地成本及对本工程的不利影响降到最低。（1）河道导改方案选择根据项目人员统计、设计院提供参数及当地居民经验调查，化肥沟上游三孔箱涵汛期最大排水量为60m3/s，如不进行导流，遭遇汛期最大排水量时，调蓄水池基坑将于1.2h内灌满水，因此河道改流对本工程建设来说迫在眉睫。根据现场实际情况，经过与设计、业主及当地政府沟通，对河流改道提出两套方案：一是在上游暗涵开口，由东至北绕过工程施工部位，将洪水导至下游化肥沟明渠；二是在在暗涵端部以北20m处设置土围堰，由东至北绕过工程施工部位，将洪水导至下游化肥沟明渠。两种方案均应考虑导流渠对东北侧墓地及基坑东北侧基坑边坡的影响。暗涵端部设置围堰进行导流，施工较简单，无需对暗涵进行破除，设置的围堰距离基坑较近，如遇大水极易导致溃坝或者决堤，危险性较大，同时影响后续的连接箱涵施工，不可取。上游暗涵开口，需破除箱涵侧壁、顶板及箱涵内壁，在箱涵内部对箱涵端头进行封堵，上游所泄洪水远离基坑即可经导流渠排出，减少了导流渠对基坑工程的影响，易保证调蓄水池基坑的安全，经济实用。经比对最终决定，采用在上游暗涵开口的方式，将上游来水直接排出，最终取得了良好的效果。（2）河道导改选址定位1）工程周圈环境定位河道导改方案确定之前利用卫星云图对工程周圈环境进行摸排，利用RTK等测量仪器对工程周圈标志性构筑物进行定点，最终将周圈的构筑物及影响绘制在图纸上，为河道的导改提供有力的技术支持，调蓄水池周边情况详见图4-1调蓄水池周围环境平面图。图4-1调蓄水池周围环境平面图2）化肥沟导流渠平面选址定位根据工程周围环境情况进行分析，导流渠只能设置在本工程的东侧，化肥沟旧河道、集中墓地西侧，距离工程基坑较近，需设置防洪堤，并采取措施保证集中墓地的安全，在结合基坑开挖方后，利用RTK定位测量技术，将现场选址的坐标点绘制在图纸上，最终确定临时导流渠位置，详见图4-2化肥沟导流渠平面定位图。图4-2化肥沟导流渠平面定位图（3）河道导改施工主要技术措施1）化肥沟暗涵端部处理为防止上游来水通过化肥沟暗涵进入工程基坑内，根据上游汇水量，计算出最大水头压力，利用现场东侧沙土路拆除的浆砌片石，确定采用端部石砌挡墙的封堵方式。2）导流渠渠道宽度及边坡支护方式通过汛期最大汇水量计算及现场实际情况，现状箱涵接导流渠处箱涵侧壁开口宽度为10m，导流渠起端高程为17.4m，导流渠渠底坡度为1‰，开挖深度平均为3m。墓地南侧导流渠上部宽度为15m、下部宽度为6m，坡比为1：1.5；墓地西侧导流渠上部宽度为12m、下部宽度为6m，坡比为1：1。3）墓地保护措施导流渠距离东侧墓地较近，为防止排水对现状坟地造成破坏，需对墓地临近导流渠东侧边坡和末端转弯处的两侧边坡加强防护，结合实际情况，采取的防护方法为：在复合土工布以上喷射80mm厚C20混凝土，内配Φ6.5@200钢筋网片，坡顶外延伸1m。4）防渗漏处理为防止雨水冲刷边坡及考虑流水渗透对调蓄水池基坑的影响，导流渠全断面采用复合土工布铺贴（一布一膜形式）。土工布采用热熔焊接，焊缝搭接宽度不小于100mm。坡顶利用土压实（坡顶以外延伸1m，埋入土体部分呈波纹状），坡底散置拆除的自锁砖压底，坡脚上压300mm。导流渠端部5m范围内的全段面，均采用自锁砖满铺。导流渠坡底用Φ18钢筋插筋锚固，下插1m，纵向间距5m，锚固时加垫片防护，垫片采用5mm厚、直径600mm木板和100×40×3mm镀锌钢板压条，镀锌钢板压条与钢筋焊接，锚固部位涂刷2mm厚乳化沥青粘接，以防止发生渗漏，如图4-5复合土工布锚固做法施工图所示。图4-5复合土工布锚固做法施工图2、基坑支护及土方开挖（1）基坑支护方案确定工程西侧为友爱路及绿化带，东侧为沙土路、绿化带及新设置的导流渠，友爱路宽度为24m，调蓄池一部分在友爱路下部，所占友爱路为6.9m宽，在工程基坑支护设计方案的选择中，根据地质土质情况、现场场地情况、降水深度、工程面积大小、现场车辆导行及物料堆放情况，本工程的护坡方案可拟选为三种，分别为：①东西两侧均为护坡桩+预应力锚杆支护；②东侧为土钉墙+预应力锚杆支护，西侧为护坡桩+预应力锚杆支护（投标施组中即选用该方案）；③东西两侧均为土钉墙+预应力锚杆支护。根据测算，第①、②中支护方式，造价较高，支护桩施工所需时间较长，对工期不利，友爱路拆除量较少、可以缓解现场导行的压力，但是在浇筑混凝土时需对友爱路过往车辆进行导行；第③种方式，造价低，支护所需时间短，友爱路拆除量及恢复量多、道路导行需求量大。工程的招标清单中明确了“支护、降水方案自行考虑，需拆除、恢复友爱路路面的工程量以现场拆除的路面确认为准”，我方所拆除、恢复道路路面的工程量完全可以通过现场签证的的方式取得，拆除、恢复成本无需考虑。通过比对，第③支护方案比第②种方案（投标施组中护坡设计方案）至少可节约成本240多万元，且土护降施工阶段至少可以节省时间约20天，但是在主体结构施工时，需将友爱路完全封闭，另外设置一条道路供来往车辆通行。为解决交通导行问题，经现场查勘，与当地政府、行政村及村民沟通协调，项目征用友爱路西侧绿化带西侧的一块长度为500m、宽度为10m的农用基本田地，设置临时砂土路，租用期一年，调蓄池施工完成后予以恢复，同时，在友爱路与砂土路中间的绿化带分池体单元留设开口道路，满足了在结构施工时友爱路交通导行。考虑工程东北侧导流渠临近基坑较近的影响，为保证基坑安全，基坑临近导流渠部位采用桩锚支护；基坑支护设计时，把西侧拟堆放周转料、设置混凝土地泵（汽车泵）及行驶混凝土运输车辆所产生的荷载统一考虑并计算。基坑支护施工图阶段进行细化，所设置的土钉、锚索避开污水管道、高温热水管道所在位置，基坑上部设置挡水墙、工具式定型化栏杆等。基坑工程施工前，基坑支护设计方案经山东省勘察设计协会论证通过，基坑支护、降排水及土方开挖方案经潍坊市专家论证会通过，保证了图纸设计及施工方案的安全可靠性，确保了基坑支护及土方工程的顺利实施。基坑与边坡、导流渠及现场导改布置，详见图4-6主体结构阶段现场航拍图。图4-6主体结构阶段现场航拍图（2）基坑土方开挖方案确定本工程土方开挖量为22万m3，土方开挖正值雨期，基坑土质复杂，按照工期计划，需在一个半月内完成基坑支护及土方开挖，难度系数较大，为此，项目部制定了专门的基坑土方开挖方法，以保证工程的顺利实施，具体如下：调蓄水池基坑东北侧为垂直开挖，北侧、东侧、南侧均为放坡开挖，坡比为分别为1：0.38、1：0.45,边坡为土钉墙+预应力锚杆喷锚支护。基坑土方从中部向两南北两侧同步进行开挖，施工马道分别留置在基坑南、北两侧，以利于土方运出。基坑支护整体施工前先清除场地表面1.5m深度土方，然后根据支护形式进行后续土方开挖，边坡土方开挖必须配合边坡支护工程进行，以保证基坑施工的安全。土方分4次进行土方开挖，直至基底标高，每次开挖3.5m深，开挖完成对坡面进行清理，确保坡面平整度在正负20mm，再进行锚杆或注浆土钉的成孔注浆工作，铺设钢筋网，喷射混凝土作业，完成基坑支护施工。第三步为细砂和粉土层，控制开挖长度和深度，开挖完成第一时间进行喷护处理，避免暴露时间过长导致砂层下滑移，引起边坡失稳。车道放坡10:1原则进行，在确保渣土车能上行的前提下，放缓坡度，扩宽坡道，提高车辆运输效率。具体开挖深度为：第一步整体开挖3.5m深，挖至标高17.5m处，满足护坡施工要求；第二步开挖3.5m深，挖至标高14.0m处；第三步开挖3.5m深，挖至标高10.5m处；第四步开挖3.75m深，挖至标高6.75m处，基底预留500mm土方人工配合小挖掘机清槽。基坑土方开挖时，基坑东侧土方开挖按照1：0.38放坡，基坑西侧土方开挖按照1：0.45放坡，基坑开挖路线图如图4-8所示。4-8调蓄池土方开挖路线平面图3、超高、超荷载梁板模架支撑体系潍坊市化肥沟调蓄水池长度为387m，宽度为42m，共分为四个蓄水单元，四个蓄水单元联通，池体整体内净高度为7.1-8.05m，局部为9.1m，顶板厚度为400mm，为整体超高、超荷载顶板模架支撑工程，同时池体底板为斜板，坡度为1%，每个蓄水单元南北高差为1m，如果不采取可靠的模板支撑体系，模板的安全性很难保证，极易在顶板浇筑过程中出现坍塌等安全事故，本工程采用整体的盘扣式钢管脚手架支撑体系，确保了顶板模板的施工安全，保证混凝土的施工质量。（1）超高、超荷载梁板模架支撑体系选择根据施工图纸设计，结合项目实际情况，适用的顶板模板支撑体系分为三种：一是碗扣式脚手架支撑体系；二是钢管脚手架支撑支撑体系；三是盘扣式脚手架支撑体系。碗扣式脚手架支撑体系，施工方便，碗扣架可租赁，但市场上的碗扣架质量参次不齐，碗扣节点部位盖碗不易扣紧，钢管壁厚较薄，底部标高不易调节，本工程使用有较大的风险性。钢管扣件式脚手架支撑体系，材料易租赁，市场上的钢管壁厚较薄，对架子工的水平要求较高，扣件不易紧固，需采取大量的构造措施才能保证架体安全，本工程使用有较大的风险性。盘扣式钢管脚手架支撑体系，立杆采用套管承插连接，水平杆和斜杆采用杆端和接头卡入连接盘，用楔形插销连接，形成结构几何不变体系的钢管支架。承插型盘扣式钢管支架由立杆、水平杆、斜杆、可调底座及可调托座等构配件构成。盘扣式脚手架具有节点抗扭转能力强，强度、刚度、稳定性可靠，施工安全得到有效保障，模块化、工具化作业，搭拆快捷，大幅提高施工效率，节约用钢量，高承载力的盘扣架搭设密度远低于传统架，有效降低施工成本及各项配套费，无零散配件，不易丢失，损耗极低，并方便运输及清点，构件全部采用热镀锌防腐工艺，较传统脚手架提高10倍以上使用寿命，同时不会因锈蚀而降低承载力。根据本工程实际情况，调蓄池池体为超高、超荷载构件，模架施工难度较大，安全性要求较高，最终选定采用盘扣式钢管脚手架支撑体系，保证了顶板模架的安全，大幅度提高了施工的效率，为项目带来了较大的经济效益及工期效益。（2）盘扣式脚手架顶板模板支撑体系策划1）模架支撑体系选择根据公司自有材料，减少周转料的租赁量，盘扣式钢管脚手架立柱为Φ60×4.0mm钢管，水平杆及斜杆均选用直径为Φ48×3.0型钢管。经计算，立杆横距为1.5m，立杆纵距为1.2m，水平杆步距为1.5m。顶板模板采用15mm厚覆面多层板；板底主龙骨为12.6#工字钢，次龙骨为100×100mm木方，间距200mm。整体蓄水单元支撑架体剖面如图4-9所示，标准跨顶板模板支撑体系剖面如图4-10所示。图4-9整体蓄水单元顶板架体支撑剖面图图4-10标准跨顶板模板支撑体系剖面图2）模架支撑体系计算超高、超荷载模板工程施工是以支撑架体的稳定为核心，也是超高、超荷载模架方案设计进行计算的准则。因此，支撑体系抗变形、立杆稳定性、架体整体稳定性等参数的验算必须准确可靠，才能确保高大模板工程的安全和质量。随着如PKPM、广联达等各种用于模架计算软件的普及，采用计算机软件进行计算并校核，使得超高、超荷载模架支撑方案的验算更为准确、更为便利。结合本工程的实践应用，超高、超荷载模架计算应重点注意如下问题：①计算书中所选取的材料规格必须与施工现场相一致；例如：支撑体系用的钢管直径、壁厚，作为龙骨的方木尺寸等均应按施工现场实际使用材料规格进行计算。②计算书中施工荷载、静荷载、动荷载取值需符合现场实际情况。③模架专项方案中基础的处理