【關(guān)鍵詞】沿海水利工程;導(dǎo)流;圍堰;地基處理;鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性

　　The coast hydraulic engineering construction technique searches with emphasis analyzes

　　Li Jie��1 Zhang Haifeng��2

　　【Abstract】In recent years the author unifies the coast hydraulic engineering construction experience which participated, searched analyzes the coast hydraulic engineering construction to do well the construction to lead the class, the coffer dam, the ground treatment, to enhance technical key points and so on reinforced concrete structure durability.

　　【Key words】Coast hydraulic engineering; Leads the class; Coffer dam; Ground treatment; Reinforced concrete structure durability

　　

　　近幾年來,筆者先后參加了日照市大沙洼林場于家村防潮閘、交通橋工程,任家臺防潮堤工程,日照市濤雒鎮(zhèn)棧子橡膠壩工程,東港區(qū)第一至五期防潮堤工程,嵐山二、三、五期防潮堤工程,濤雒鎮(zhèn)莊家村中橋、東南營中橋工程,日照南沿海公路付疃河跨海大橋工程。結(jié)合于家村防潮閘、交通橋及棧子橡膠壩探析沿海水利工程施工應(yīng)重點(diǎn)考慮的技術(shù)問題。

　　1. 于家村防潮閘、交通橋及棧子橡膠壩工程簡介

　　1.1 于家村防潮閘、交通橋:于家村防潮閘、交通橋位于日照市大沙洼林場東臨海側(cè),于家村河入�？谔帯Ｔ摲莱遍l按20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),主建筑物為2級。閘室總凈寬40m,共分10孔,閘室順?biāo)�流向長11.5 m,垂直水流向長50.44 m,底板厚1.0m。閘門高2.5 m,寬4.28m,為C����25��鋼筋砼梁板式平面閘門。防潮閘上設(shè)機(jī)架橋,機(jī)房凈高3.3m,寬3.16m,磚混結(jié)構(gòu)。閘室兩端各設(shè)橋頭堡一座,布置樓梯、配電設(shè)施,共三層,總建筑面積564.04 m��2;閘室上游鋪蓋、漿砌石護(hù)坦長均為10.5 m;閘室下游消力池、海漫和防沖槽分別為10.0 m、10.0 m、��3.5 m;��鋪蓋、消力池兩側(cè)為C����25��鋼筋砼擋土墻。交通橋三跨T型梁裝置于南北邊墩和中縫墩上,全長50.04m,橋面凈寬8.5 m,荷載標(biāo)準(zhǔn)按汽-20、掛-100校核。該工程于99年8月26日開工,2000年4月20日完工,并于9月6日由省水利廳主持驗(yàn)收,被評為優(yōu)良工程。于家村防潮閘、交通橋良好運(yùn)行至今已10年多,對當(dāng)?shù)厮�產(chǎn)養(yǎng)殖、國家森林公園保護(hù)及促進(jìn)旅游開發(fā)等發(fā)揮了極大的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益。

　　1.2 棧子橡膠壩:棧子橡膠壩地處東港區(qū)濤雒鎮(zhèn)以南,棧子村北,屬濱海水系,位于巨峰河下游分洪支流竹子河上。巨峰河總流域面積262.7Km��2,干流長30.8 Km,為東港區(qū)第三條較大河流。該河道在濤雒鎮(zhèn)大劉莊村西由竹子河、南店河分流入海。新建橡膠壩總長168m,包括壩體3跨,擋水高度2.5 m;調(diào)節(jié)閘2孔,閘室長8.4m;配套沉盤井1眼,充排水泵站1處,管理房5間。01年12月25日開工,02年7月20日竣工。至2010年7月20日,棧子橡膠壩已安全運(yùn)行8年,運(yùn)行良好。近日筆者通過參入項(xiàng)目后評價(jià)進(jìn)行橡膠壩實(shí)際測量,發(fā)現(xiàn)橡膠壩無沉降變形現(xiàn)象;橡膠壩蓄水位4.6 m,興利蓄水量392.8萬m��3,橡膠壩防洪、蓄水均滿足設(shè)計(jì)要求。據(jù)統(tǒng)計(jì)自橡膠壩投入運(yùn)行以來,共發(fā)展淡水養(yǎng)殖達(dá)4500畝,恢復(fù)改善灌溉面積5500畝,防止海潮侵襲15 Km��2,經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會效益顯著。

　　2. 施工導(dǎo)流、圍堰問題

　　2.1 施工導(dǎo)流、圍堰高度:沿海水利工程,無論是防潮閘、橡膠壩還是交通橋,一般都設(shè)在河流入�？谔�,受海潮影響特別嚴(yán)重,還得防范上游河水及汛期洪水。導(dǎo)流、圍堰方案不但影響施工工程的施工部署和造價(jià),還與施工工期密切相關(guān),選擇合理可行的施工導(dǎo)流、圍堰方案非常重要。以于家村河入�？诜莱遍l、交通橋施工為例說明。該工程開工,首先進(jìn)行輪廓放樣,根據(jù)總平面布置結(jié)合于家村河流(設(shè)計(jì)泄洪量37.8m��3/s,明渠內(nèi)水深1.6m,入�？诤哟哺叱�1.5m,平常水位3.1m)現(xiàn)狀,施工導(dǎo)流明渠改設(shè)在左堤,明渠南側(cè)采用圍堰結(jié)構(gòu)。圍堰高度:按泄洪要求考慮,堰前水位3.1 m,計(jì)算河道波浪爬高0.9 m,取安全超高0.3 m,則堰頂高程4.3 m,需堰高2.8 m;按擋潮要求考慮,堰前潮位 ��2.8 m,��計(jì)算非汛期海潮波浪爬高1.37 m,取安全超高0.3 m,則堰頂高程4.47 m,需堰高2.97 m;按擋潮要求確定圍堰高度3.1 m。

　　2.2 圍堰結(jié)構(gòu):于家村河入海口防潮閘、交通橋在施工準(zhǔn)備的同時(shí),一方面先進(jìn)行圍堰搭設(shè),另一方面在右岸填筑施工料場、修建臨時(shí)辦公場所及臨時(shí)施工道路。圍堰結(jié)構(gòu)形式的選擇至關(guān)重要,圍堰成功與否直接關(guān)系著主體工程施工的成敗。經(jīng)過反復(fù)論證,制定以下圍堰結(jié)構(gòu)。圍堰施工中,臨海側(cè)先用挖掘機(jī)挖深 ��1.5 m、�獙�4m的溝槽,然后用柴油噴灌機(jī)下6 m長鋼架管,間距0.5 m,里外對稱兩排,保持架管上口寬2.0 m,下口寬4.0m,高4.0 m;把(6.0 m寬,厚2mm)塑料紙用裝砂麻袋壓在溝槽底部,塑料紙兩邊各放裝砂編織袋2排,編織袋外側(cè)磊填裝砂麻袋,層層疊磊,到圍堰��2.0 m�� 高時(shí)用短架管內(nèi)外拉結(jié),到3.5 m時(shí)第二層內(nèi)外拉結(jié),圍堰臨海側(cè)用普通鋼模板圍護(hù)裝砂麻袋(現(xiàn)場海砂質(zhì)細(xì),易從麻袋眼中被海水沖擊流出),鋼模板光面緊靠麻袋。圍堰采用此結(jié)構(gòu),從圍堰搭成到拆除,經(jīng)受了6個(gè)多月4 m左右海浪沖擊和兩次洪水沖刷,為主體工程施工提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

　　3. 地基處理問題

　　3.1 于家村防潮閘、交通橋地基處理

　　3.1.1 砂基:于家村河入�？诜莱遍l、交通橋地質(zhì)情況:地表覆蓋為淺黃色含貝殼細(xì)砂層,砂礫成份主要由石英、長石組成,層厚7.0～11.0m,呈半飽和～飽和狀態(tài),為密實(shí)結(jié)構(gòu),屬河口沖、海積堆積相。由于砂基均勻,因而在通過基坑四周排水降至符合規(guī)范要求情況下用插入式振動(dòng)器振密實(shí)。

3.2 棧子橡膠壩地基處理

　　3.2.1 淤泥地質(zhì):棧子橡膠壩壩址區(qū)域?yàn)楹恿飨鄾_淤積地貌,河床地層上部以淤泥為主,3.5 m左右深,下部為淤泥質(zhì)中細(xì)砂(灰褐色,松散,含有海蠣子碎皮,底板埋深11.7-17.6 m,滲透系數(shù)4.6*10����-4�猚m/s,相對密度0.64,摩擦系數(shù)0.3,容許承載力��6t/m��2)。�� 淤泥質(zhì)中細(xì)砂物理性質(zhì):含有很多細(xì)顆粒及大量有機(jī)腐植質(zhì);孔隙比>1.0,天然容量在15～18kN/m��3之間。力學(xué)性質(zhì):強(qiáng)度極低,壓縮性大,地基承載力低,強(qiáng)度增長緩慢,加荷后易變形且不均勻,變形速率大且穩(wěn)定時(shí)間長,具有滲透性小、觸變性及流變性大的特點(diǎn)。

　　3.2.2 地質(zhì)處理:壩底板、消力池基礎(chǔ)底設(shè)計(jì)高程以上3.5米全為稀泥,挖掘機(jī)開挖時(shí),泥漿上反 ,根本無法開挖,經(jīng)實(shí)際勘測及本村老年人回憶此入�？跒槔洗�道,多年淤積,地基復(fù)雜。后來經(jīng)過方案比較,基坑開挖用吸泥船。吸泥船結(jié)構(gòu):由船體、進(jìn)水系統(tǒng)、出水輸送系統(tǒng)、移動(dòng)系統(tǒng)等組成。進(jìn)水系統(tǒng)包括高壓水泵、抽真空裝置、水籠頭等。出水輸送系統(tǒng)包括動(dòng)力(電機(jī)或柴油機(jī))、離合器、抽砂泵、輸送管道、浮筒等。 其工作原理是利用高壓水泵產(chǎn)生壓力水,通過高壓水沖擊泥砂,經(jīng)過水的濕化崩解流動(dòng)作用,將沉積的泥砂形成泥漿,泥砂漿經(jīng)抽砂泵吸出,高壓水槍拼射之處流砂覆蓋在未撓動(dòng)淤泥層上面0.3m厚左右砂層,泥砂漿則通過抽砂泵及管道輸送至作業(yè)區(qū)。經(jīng)過10晝夜連續(xù)施工,底板地基設(shè)計(jì)高程0.7米以下,底板輪廓、斷面、高程均達(dá)到設(shè)計(jì)變更要求(深0.7米設(shè)計(jì)變更為換填中粗河砂)。用輕型觸探儀做輕便觸探實(shí)驗(yàn),第一擊N10計(jì)算地基承載力滿足,以下地基承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,因?yàn)榈装宓鼗�下�?.7-17.6 m為淤泥質(zhì)中細(xì)砂。鑒于淤泥地基承載力低,壓縮性大,達(dá)不到橡膠壩地基承載力設(shè)計(jì)要求,故提出換填中粗河砂的技術(shù)處理方案。換砂深度及平面尺寸嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求,換入中粗河砂(含泥量<3%),浸水后用插入式振搗器分兩層(每層35cm)振密實(shí)。

　　4. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工提高耐久性問題

　　混凝土耐久性是指混凝土抵抗環(huán)境介質(zhì)作用,并長期保持其良好的使用性能和外觀完整性的能力。它是一個(gè)綜合性概念,包括抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕、碳化、堿骨料反應(yīng)及鋼筋混凝土中的鋼筋銹蝕等性能,這些性能均決定著混凝土經(jīng)久耐用的程度,故稱耐久性。

　　4.1 抗?jié)B性:混凝土的抗?jié)B性直接影響到混凝土的抗凍性、抗侵蝕性�？�?jié)B性用抗?jié)B等級表示,分P4、P6、P8、P10、P12,共五個(gè)等級�；炷�土的抗?jié)B性主要與其密實(shí)度及內(nèi)部空隙的大小和構(gòu)造有關(guān)。

　　4.2 抗凍性:混凝土的抗凍性用抗凍等級表示,分F10、F15、F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300,共九個(gè)等級�？箖龅燃塅50以上的混凝土簡稱抗凍混凝土。

　　4.3 抗侵蝕性:當(dāng)混凝土所處環(huán)境中含有侵蝕性介質(zhì)時(shí),要求混凝土具有抗侵蝕能力。侵蝕性介質(zhì)包括軟水、硫酸鹽、鎂鹽、碳酸鹽、一般鹽、強(qiáng)堿、海水等。

　　4.4 混凝土的碳化(中性化):混凝土的碳化是環(huán)境中的二氧化碳與水泥石中的氫氧化鈣作用,生成碳酸鈣和水。碳化使混凝土的堿度降低,削弱混凝土對鋼筋的保護(hù)作用,可能導(dǎo)致鋼筋銹蝕;碳化顯著增加混凝土的收縮,使混凝土抗壓強(qiáng)度增大,但可能產(chǎn)生細(xì)微裂縫,而使混凝土抗拉、抗折強(qiáng)度降低。

　　4.5 堿骨料反應(yīng):堿骨料反應(yīng)是指水泥中的堿性氧化物含量較高時(shí),會與骨料中所含的活性二氧化硅發(fā)生化學(xué)反應(yīng),并在骨料表面生成堿-硅酸凝膠,吸水后產(chǎn)生較大的體積膨脹,導(dǎo)致混凝土脹裂的現(xiàn)象。

　　4.6 鋼筋銹蝕:混凝土在水化作用時(shí),水泥中氯化鈣生成氫氧化鈣,使混凝土中含有大量的氫氧根離子,使PH值一般可達(dá)到12.5-13.5,鋼筋在這樣的高堿環(huán)境中,表面容易生成一層鈍化膜,這種鈍化膜能阻止鋼筋的銹蝕,只有這層鈍化膜遭到破壞,鋼筋開始銹蝕。

　　4.6.1 混凝土碳化引起鋼筋銹蝕:因?yàn)榛炷�土硬化�?表面混凝土遇到空氣中CO��2的作用,使氫氯化鈣慢慢經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)變成碳酸鈣,使堿性降低,碳化到鋼筋表面時(shí),使鈍化膜遭到破壞,鋼筋就開始腐蝕,對于普通硅酸鹽,水化產(chǎn)生的氫氧化鈣可達(dá)到整個(gè)水化產(chǎn)物的10%-15%,一方面,它是混凝土高堿度的提供源和保證者,對保護(hù)鋼筋起著十分重要的作用;另一方面,它又是混凝土中最不穩(wěn)定的成分之一,很容易與環(huán)境中的酸性介質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng),使混凝土碳化,并逐步延伸鋼筋,使鋼筋開始銹蝕。

　　4.6.2 氯離子引起的鋼筋銹蝕:海水浸泡下混凝土構(gòu)件中,氯離子進(jìn)行混凝土通常有兩種途徑:其一是“澆筑混凝土?xí)r摻入如含有氯鹽的外加劑、使用海砂、施工用水含氯鹽、在含鹽環(huán)境中攪拌”,其二是“滲入環(huán)境中的氯鹽通常通過混凝土的宏觀、微觀缺陷,滲入到混凝土中并達(dá)到鋼筋表面,直接或間接破壞混凝土的包裹作用及鋼筋鈍化的高堿度兩種屏障,使之發(fā)生銹蝕繼而銹蝕產(chǎn)物體積膨脹,使混凝土保護(hù)層開裂與脫落”,在沿海鋼筋銹蝕引起耐久性降低的情況大都如此。

　　4.7 鋼筋混凝土提高耐久性技術(shù)措施

　　4.7.1 加強(qiáng)原材料的質(zhì)量控制

　　4.7.1.1 防潮閘水泥采用425號抗侵蝕性水泥。見表1

　　4.7.1.2 細(xì)骨料采用質(zhì)地堅(jiān)硬、顆粒潔凈、級配良好的天然河砂。砂的細(xì)度模數(shù)為2.3-3.0。見表2

　　4.7.1.3 粗骨料采用質(zhì)地堅(jiān)硬,粒形、級配良好的碎石。見表3

　　

　　4.7.2 嚴(yán)格控制鋼筋混凝土鋼筋保護(hù)層的厚度、使用環(huán)氧涂層鋼筋。針對溶解氧腐蝕和氯鹽腐蝕,增加鋼筋的保護(hù)層厚度。一般情況下,碳化的深度、氯離子滲透的深度和時(shí)間的平方根成正比,故增加鋼筋的保護(hù)層厚度將延長鋼筋脫鈍和氯離子滲透至鋼筋表面的時(shí)間。環(huán)氧涂層鋼筋是采用靜電粉末噴涂的方法對鋼筋表面加工制作的,能保證涂層與基體鋼筋的良好粘結(jié),從而使鋼筋具備較好耐堿性、耐化學(xué)腐蝕性。防潮閘采用增加保護(hù)層厚度、除銹等措施。

　　4.7.3 使用改善混凝土耐久性的外加劑:改善混凝土耐久性的外加劑包括引氣劑、防水劑和阻銹劑等。其中引氣劑是在攪拌混凝土過程中能引入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡的外加劑。主要有松香熱聚物、松香皂和烷基苯磺酸鹽等。引氣劑可改善混凝土拌合物的和易性,減少泌水離析,并能提高混凝土的抗?jié)B性和抗凍性;同時(shí),含氣量的增加使混凝土彈性模量降低,對提高混凝土的抗裂性有利。防潮閘用的是引氣劑、許多阻銹劑。

　　5. 結(jié)語

　　沿海水利工程施工還會遇到臺風(fēng)、海潮等許多不可遇見因素,在搞好上述技術(shù)重點(diǎn)的同時(shí)還應(yīng)注意其他因素的影響。