CN110607797A - 一种取水头部水下施工的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种取水头部水下施工的方法，包括的方法有：基床开挖定位；开挖基坑，基坑边坡采取四面放坡，基坑内填充麻袋混凝土；制作一双壁式的壁仓组成的钢围堰，壁仓顶部开口，底部封口；壁仓侧面预留通水孔道，通水孔道四周环壁用钢板焊接封闭，确保壁仓的整体封闭性；在壁仓正面安装取水管头，用于与后续取水管连接；壁仓内设置有钢筋格栅；钢围堰下水，自浮于水面，通过浮运的方式运至基坑处；钢围堰定位；钢围堰定位好后，向壁仓注水，使其钢围堰下沉着床至麻袋混凝土上；向壁仓内浇筑混凝土。本发明摒弃了传统围堰的方法，有效缩短施工工期，减少施工工序，降低工艺要求。适于水位较深，水域环境复杂的地段进行取水头部水下施工。

Description

一种取水头部水下施工的方法

技术领域

本发明属于水下施工方法技术领域，特别是涉及一种取水头部水下施工的方法。

背景技术

在现有水域施工中，多采用围堰施工的方法。也就是先由江边垂直水流方向修筑临时土石围堰至江心，然后沿围堰堰体中心线采用高压旋喷桩止水帷幕作为临时围堰止水措施，再进行围堰内部抽水清淤，基坑凿挖，基础处理，然后进行取水头钢筋混凝土结构施工，管道支墩钢筋混凝土施工，管道安装，支墩之间沟槽块石回填，最后拆除临时围堰恢复原河床标高。

这种传统方法存在诸多缺点：一是围堰施工工期长；二是施工工序多；三是工艺要求高。尤其在水位较深，水域环境复杂的地段施工更是难上加难。

因此，如何解决上述技术问题成为了本领域技术人员努力的方向。

发明内容

本发明的目的就是提供一种取水头部水下施工的方法，能完全解决上述现有技术的不足之处。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

1.一种取水头部水下施工的方法，包括的方法有：

1)、基床开挖定位；

2)、开挖基坑，基坑边坡采取四面放坡，基坑内填充麻袋混凝土及钢板水下找平；

3)、制作一双壁式的壁仓组成的钢围堰，壁仓顶部开口，底部封口；壁仓侧面预留通水孔道，通水孔道四周环壁用钢板焊接封闭，确保壁仓的整体封闭性；在壁仓正面安装取水管头，用于与后续取水管连接；壁仓内设置有钢筋格栅；

4)、钢围堰下水，自浮于水面，通过浮运的方式运至基坑处；

5)、钢围堰定位；

6)、钢围堰定位好后，向壁仓注水，使其钢围堰下沉着床至麻袋混凝土上；

7)、向壁仓内浇筑混凝土。

进一步，方法1)中基坑开挖定位的方法包括：

(1)根据施工要求，基床开挖，采用DGPS定位技术；

(2)在开挖工作船的中轴线处架设一台GPS接收机，透过测量软件实时控制开挖工作船的工作位置，定位精度控制在0.1m以内，为了纠正偏差，可以通过GPSRTK定位技术和全站仪不断修正其参数，防止挖偏、漏挖等现象。采用两台全站仪交叉测量定位，具体方法为：首先在CAD上绘制每一定位点与岸上两个已知控制点的测量定位图，标注出a、b的角度，然后在两已知测量控制点分别布置一台全站仪，每台全站仪后视另一控制点，将角度置零后旋转至对应的a、b角，最后固定视角，指挥开挖工作船移动至两视线切线上，进行定位，并在过程中监控开挖工作船的位置变化；

(3)在取水头的角头位置和取水管线的基坑两边每隔十米左右抛设浮标。以作为工作船开挖平面位置定位的依据，并在岸边设置水尺一把，作为开挖时的测量依据；

(4)每层挖完，则进行水深测量，根据本次开挖的抓斗下放深度等具体情况，对数据进行处理分析，相应做好下一层开挖的调整，将误差减小到最低程度；

(5)在开挖过程中，随时用测深锤进行探测，检测是否达到理论开挖深度及宽度。

进一步，方法2)中采用浮箱平台搭载长臂挖机水下开挖。

进一步，方法2)中基坑四周预留至少1.5m的操作空间，开挖坡比1:3。

进一步，方法3)中钢围堰分为多个独立单元，采用拼接安装的方式进行组装成型。

进一步，将钢围堰在竖向方向上分为多个节段，底节在陆上拼接完成，将底节浮于水面，在水面上依次安装以上节段。

进一步，方法4)中采用两艘机动驳船靠夹的方式浮运钢围堰，钢围堰与船舶之间用钢丝绳绑定，确保牢固，为确保运输过程的稳定性，隔仓内注水压重，控制围堰外露高度约一半。此方法的主要优点在于：完成小船舶浮运施工大构件，克服水域限制，可推广至内河，浅滩。

进一步，方法6)中钢围堰下沉着床安装的方法是在两艘船舶上分别设置4根下放钢丝绳，钢围堰内注水，钢围堰通过钢丝绳悬挂在船舶上，缓慢下放，下放过程中，利用船舶上卷扬机微调，确保钢围堰着床前能微调标高，在接近砼支墩的位置时，潜水员在水下观测位置，并指挥船舶上人员调整船舶位置，确保钢围堰能正确下放到砼支墩上；最后对钢围堰进行浇筑砼固定，船舶待水下浇筑砼完毕后再拆除，以防止在浇筑砼过程中钢围堰偏移或倾浮。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：摒弃了传统围堰的方法，有效缩短施工工期，减少施工工序，降低工艺要求。适于水位较深，水域环境复杂的地段进行取水头部水下施工。本发明的主要优点在于双臂钢围堰的特殊设计及由此而延申出的浮运及安装方式，也是有别于其他条件的水下施工，能够采用小机械施工大型构件，可克服水文条件的不足，同时也能向浅滩，内河进行推广。

附图说明

图1是本发明的钢管桩测量定位图；

图2是本发明开挖横坡的控制示意图；

图3是本发明挖泥船定位抛锚示意图；

图4是本发明取水头钢围堰平面图；

图5是本发明取水头钢围堰断面；

图6是本发明钢围堰的结构示意图；

图7是本发明钢围堰浮运示意图；

图8是本发明钢围堰着床支墩平面位置图；

图9是本发明钢围堰着床支墩结构图；

图10是本发明钢围堰顶板砼浇筑示意图。

附图标记：钢围堰1、通水孔道2、取水管头3。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

实施例一

如图1至图10所示，一种取水头部水下施工的方法，包括的方法有：

1)、基床开挖定位，在开挖工作船的中轴线处架设一台GPS接收机，透过测量软件实时控制开挖工作船的工作位置，确定定位精度；其定位依据是在水面抛设的浮标，并在岸边设置水尺一把，作为开挖时的测量依据。

2)、采用链斗式挖泥船开挖基坑，基坑边坡采取四面放坡，四周预留至少1.5m的操作空间，开挖坡比1:3。挖好后，基坑内填充若干袋麻袋混凝土。

3)、制作一双壁式的壁仓组成的钢围堰1，壁仓顶部开口，底部封口；壁仓侧面预留通水孔道2，通水孔道2四周环壁用钢板焊接封闭，确保壁仓的整体封闭性；在壁仓正面安装取水管头3，用于与后续取水管连接；壁仓内设置有钢筋格栅。其中，钢围堰1分为多个独立单元，采用拼接安装的方式进行组装成型。同时将钢围堰1在竖向方向上分为多个节段，底节在陆上拼接完成，将底节浮于水面，在水面上依次安装以上节段。参见图4和5。

4)、钢围堰1下水，自浮于水面，采用两艘机动驳船靠夹的方式浮运钢围堰1至基坑处。

5)、钢围堰1定位。

6)、钢围堰1定位好后，向壁仓注水，使其钢围堰1下沉着床至麻袋混凝土上。

7)、向壁仓内浇筑混凝土。

本发明摒弃了传统围堰的方法，有效缩短施工工期，减少施工工序，降低工艺要求。适于水位较深，水域环境复杂的地段进行取水头部水下施工。

实施例二

1.定位

(1)基床开挖定位

1)根据施工要求，基床开挖，采用DGPS定位技术。

2)在开挖工作船的中轴线处架设一台GPS接收机，透过测量软件实时控制开挖工作船的工作位置，定位精度控制在0.1m以内，为了纠正偏差，可以通过GPSRTK定位技术和全站仪不断修正其参数，防止挖偏、漏挖等现象。采用两台全站仪交叉测量定位，具体方法如下：首先在CAD上绘制每一定位点与岸上两个已知控制点的测量定位图，标注出a、b的角度，然后在两已知测量控制点分别布置一台全站仪，每台全站仪后视另一控制点，将角度置零后旋转至对应的a、b角，最后固定视角，指挥开挖工作船移动至两视线切线上，进行定位，并在过程中监控开挖工作船的位置变化。

3)在取水头的角头位置和取水管线的基坑两边每隔十米左右抛设浮标。以作为工作船开挖平面位置定位的依据，并在岸边设置水尺一把，作为开挖时的测量依据。

4)每层挖完，则进行水深测量，根据本次开挖的抓斗下放深度等具体情况，对数据进行处理分析，相应做好下一层开挖的调整，将误差减小到最低程度。

5)在开挖过程中，随时用测深锤进行探测，检测是否达到理论开挖深度及宽度。

(2)取水头部钢围堰1及取水管道钢围堰1定位

1)平面定位

定位方式主要采用两台全站仪交叉定位。具体方法如下：

参见图1，在钢围堰1的指定位置焊接定位钢管，再在CAD上绘制每一根定位桩与两控制点定位图，标注出a，b的角度，然后再两测量控制点分别设置一台全站仪，每台全站仪后视另一控制点，将角度置零后旋转至对应的a、b角，最后固定视角，指挥定位船将定位钢管移动至两视线切线上，进行定位，并在过程中监控定位钢管的位置变化。

2)高程控制

取水头部及取水管支墩钢围堰1高程控制采用水准仪测量，在距离较远且江水较深时，无法直接观看到塔尺读数，可采用在定位钢管上用红白油漆画出刻度线，取水头部钢围堰1刻度线起点为距离围堰顶部3米处，支墩钢围堰1刻度线起点为距离钢围堰1顶部5米处，刻度线间隔2cm,并每隔10cm标注刻度值，每个围堰上带有刻度线的钢管定位桩不少于2根，且应为对角线分布。

2.施工

取水头部施工采取水工作业方式，砼采用双壁板钢围堰1作为外模，砼按水下砼浇筑工艺施工。

(1)取水头部水下开挖

1)开挖尺寸

根据取水头总体外观尺寸，确定基坑开挖深度，基坑边坡采取四面放坡，基坑四周预留操作空间1.5m，基坑超深0.5m，开挖坡比1:3，如图2所示。在沉箱就位时水下方便移动，开挖弃渣采用驳船运到临时码头卸掉弃碴在用挖机装载双桥车运至河滩合适位置交由水务局管理。

2)施工开挖设备

基础根据施工需要采用水上浮箱平台与一台长臂挖机配合开挖，500马力拖轮一艘，出渣平驳一艘，长臂挖机一台，吸泥设备一套、空压机一套，潜水设备2套。

3)浮箱定位、测量

①施工人员进场后进行技术交底和安全教育。

②根据提供的基准点在岸上测出中轴线的任意坐标点，然后以这个点垂直于中轴线上、下游，测出坐标点，在浮箱平台进行标记；在水边测出水位标高作好标尺，便于简易观察每天的水位变化。

③陆上测量人员配合，用长臂挖机和起重设备将浮箱四根定位桩，分别移动至基坑两侧。参见图3

④将浮箱固定到主墩中线后，用小船在浮箱上下游和两端中线17m纵横线范围内测河床标高，如测量结果与设计相差较小可继续下步作业。

(2)开挖

测量定位及船舶定位稳固后，用浮箱平台搭载长臂挖机(臂长不小于13m)配合水下专用疏浚抓泥斗，将挖出来的弃碴放到开底泥驳后，由开底泥驳将弃碴运到临时码头卸掉弃碴后再用挖机装载双桥车运至岸边合适位置进行堆放交由水务局管理。开挖时有局部的地方如果开挖到不了设计标高，在这些位置的图上作好标志，把船移到下段开挖然后对不够的地方进行补挖。

1)基坑平面位置的控制

在开挖工作船的中轴线处架设一台GPS接收机，透过测量软件实时控制开挖工作船的工作位置，定位精度控制在0.1m以内，为了纠正偏差，可以通过GPSRTK定位技术和全站仪不断修正其参数，防止挖偏、漏挖等现象。采用两台全站仪交叉测量定位，具体方法如下：首先在CAD上绘制每一定位点与岸上两个已知控制点的测量定位图，标注出a、b的角度，然后在两已知测量控制点分别布置一台全站仪，每台全站仪后视另一控制点，将角度置零后旋转至对应的a、b角，最后固定视角，指挥开挖工作船移动至两视线切线上，进行定位，并在过程中监控开挖工作船的位置变化。对大范围施工，受挖泥船或长臂挖机挖宽及施工长度的性能限制，必须进行分条分段施工。对分条分段施工范围的控制采用在陆地设置挖泥导标的控制方法及水上浮标等办法来解决。但应满足设标精度要求，在导线过长或拐点过多的情况下，采用多抛设几座浮标加以控制。

无论是陆上导标或水上浮标的设置，其放线必须经过准确计算和校正。用GPS放线或经纬仪和红外测距仪放线设置导(浮)标，设好后，在开工前必须实地校对，确保准确无误后，方可开工。设好后的挖泥导标在施工过程中要经常保持良好的使用状态，特别在恶劣天气(大风、暴雨等)影响后，要及时组织测量检查校对，以保持导标正常。

2)挖泥坡度的控制

挖泥坡度指纵坡和横断面边坡。采用分层开挖的施工方法。边坡和纵坡的控制办法如下：

①横断面边坡：采用分层法进行施工，每层挖宽控制都根据设计边坡进行推算，并设立分层开挖控制挖宽的导标。分层控制挖宽的结果，使浚后的瞬时边坡挖成阶梯状。在水流的作用下，坍塌形成所要求的坡度。参见图2。

②纵坡：当长臂挖机或链斗挖泥船进行纵坡施工时，应采取以下的控制方法：

逐渐加深法—开挖逐渐加深的纵坡是采取阶梯式逐步加深法。开挖时一般在纵坡起讫线及分层开挖起讫线分别设立横向导标，而每一层的逐步加深段则根据纵坡的设计规格，采取收进主缆和相应下放桥的方法挖成符合要求的阶梯形纵坡

在开挖逐步加深的纵坡时，要了解本船斗桥在不同下放深度时泥斗斗唇下垂线的坡度形态，能为操作人员提供不同开挖深度时最陡的纵坡开挖性能，以避免因开挖时纵坡定的太陡引起斗链后部斗子托底(扫槽)而发生事故。

(3)潜水及GPS检查测量

1)先用测深仪对基坑进行测量，对标高不够的地方及时补挖，如还不能到位，就派潜水员检查。

2)为了便于潜水员检查，用一根6m长的直工字钢吊放入水下作参照物，两端用钢绳固定在定位船舷边，使工字钢底部放到设计标高，移动定位船，这样可检查标高不够的范围，根据情况采取相应的措施处理。

3)开挖后基坑四周须有1.5m的富余宽度。开挖过程中，用GPS及测量艇动态监控(检测)开挖区域的位置及水面高程，根据水深换算河床开挖高程，及时进行调整。

进一步，以上开挖施工中，基于相关的自然环境条件与施工特点，设计一种合理的水下基坑开挖机械操作平台。通过水文资料、施工成本及工期分析，优先采用组建水上施工平台搭载长臂挖机的方式进行水下基坑开挖。通过对浮箱平台的验算，选取合适钢浮箱拼装，采用强度满足要求的钢扣件将浮箱平台连接，同时设置定位钢管桩，既能用于长臂挖机作业过程中浮箱平台的稳定，同时减小浮箱平台的倾覆风险。

根据不同部位的施工情况，制定不同的定位控制方式。基坑开挖过程中，根据甲方提供基准点(岸上)定位开挖范围内的选取点(位于浮箱平台上)，然后以该点测出上下游设计开挖边线坐标点，在浮箱平台上进行标记。指挥长臂挖机在标记之间进行开挖，在开挖过程中不断进行定位标记，以修正浮箱位移偏差。

用于长臂挖机水下开挖的操作平台，采用9个成品浮箱制作，中间采用连接扣件将浮箱连接成为整体，同时在浮箱联体四个角落设置四根定位桩，用于固定浮箱联体，增强长臂挖机开挖过程中的浮箱联体的稳定性，防止浮箱联体开挖过程中倾覆及移动。采用陆地运输钢浮箱平台，拼装为水下基坑开挖机械操作平台进行水下基坑开挖，解决了涉水基坑开挖施工中需要使用大型开挖船的困难，解决了内河、浅滩、水库等通航能力的限制。

按照设计思路拟采用钢浮箱拼装搭建长臂挖机水面机械操作平台。根据长臂挖机尺寸及行走区域，采用3*9*1.5m，3*6*1.5m钢浮箱组合进行拼装。

设计思路：采用多个浮箱拼装成整体的设计理念。拼装形式“6+3”即：6个3*9*1.5m钢浮箱，3个3*6*1.5m钢浮箱。钢箱与钢箱之间采用上下两组钢扣件进行连接。在机械操作平台四周设置4根φ600x20定位钢桩嵌入河床，用于解决机械作业开挖操作平台倾覆问题。机械操作平台由6个3*9*1.5钢浮箱，3个3*6*1.5钢浮箱拼装，浮箱与浮箱之间采用钢扣件连接，在机械操作平台4周设置4根φ600x20定位钢桩。机械操作平台采用9个独立浮箱拼装，相互之间均采用钢结构扣件连接，每处扣件位置均上下设置，共设置30组连接扣件。浮箱进场采用陆地运输，汽车运输到江边后，用25T吊车吊装入水，再采用30t船吊牵引固定拼装。机械操作平台拼装完成后，采用船吊将φ600*20钢管桩吊装至预留孔洞中，先将钢管柱轻微触碰河床，待每次机械操作平台定位完成后，将钢管柱下放嵌入河床，从而起到固定机械操作平台及抗倾覆的效果。

通过分析施工当地的水文条件、成本以及工期，结合现场实际情况，采用单个钢浮箱组合进行拼装，设置4根定位钢管桩进行固定，形成水上基坑开挖操作平台。解决枯水期大型开挖船舶无法进入施工场地施工的问题，不受水文变化的限制，缩短了正常施工工期，减少了施工成本。

3.双壁钢围堰1

(1)钢围堰1，参见图6

1)钢围堰1总体：钢围堰1设计成双壁式，根据要求设置钢围堰1高度,壁仓厚度至少为60cm,壁仓采取封底形式。将总体分为多个独立的单元分别制作，在现场拼接安装。双侧壁围堰四周面板采用6mm厚钢板，纵横背架采用10#热轧槽钢，连接支撑采用L50x5mm等边角钢，支撑架采用16#b热轧槽钢，顶板横梁采用I30b工字钢，纵梁采用10#热轧槽钢。吊装前，在沉箱非混凝土接触区域(取水格栅除外)除锈，刷船底防污漆两遍。

2)钢围堰1构造：总体采用框架桁架加内外壁板的构造方式，每层高1m/设置一层桁架，桁架为“水平板+横向角钢支撑”结构形式。内外侧面板设置竖向加劲角钢。竖向高度分成多个节段。

3)钢围堰1特殊设计：

①取水孔构造：根据结构设计要求，钢围堰1预留通水孔道2，通水孔道2按结构尺寸预留，孔道四周环壁用钢板焊接封闭加强，确保围堰的整体封闭性。

②取水头预留取水管道接口：围堰按设计位置需预留取水管头3，方便与后续取水管连接，取水管头3外露长度1.0m,在钢围堰1上设计空洞，空洞内直径为取水管头3外直径，确保取水管头3能临时插销在围堰上，围堰到设计位置后插入取水管道与围堰焊接，并焊接法兰盘与后续管道连接。

③取水头部格栅安装：取水头格栅与钢围堰1整体安装，并下放入水，避免水下后安装。格栅预埋钢板与钢围堰1整体设计，采取预埋钢板置换围堰壁板的方式。在预埋钢板位置，根据预埋件尺寸，切割钢围堰1壁板，安装预埋件钢板，再把预埋钢板与围堰壁板焊接成整体，并用麻袋将格栅包裹。

4.钢围堰1拼装

钢围堰1总体按“底节陆上拼装，整体吊装入水，实现围堰自浮状态，在水面上拼装接高的原则实施”。底节在陆上拼装，例如：总体高度2m,围堰自重约20t,排水量约133吨，首节下水吃水深度约30cm。

(1)底节拼装及下水

在岸边设置临时码头，满足围堰拼装场地和吊装设备摆放场地。钢围堰1预制成单块，在现场逐块拼装成型，并通过油密实验检测焊缝，确保围堰不漏水。围堰成型后根据水位线位置及吊机吊装曲线，选择合理吊装设备，将围堰底节整体吊装入水。

(2)悬浮状态拼装接高

围堰下水后自浮后，在近岸边采取陆上和水上浮吊设备进行水上拼装钢围堰1，围堰拼装注意对称加载，避免围堰倾斜，同时围堰焊缝做油密试验，确保不漏水。根据吊装能力大小，合理选择围堰分块数量，确保吊装安全。

5.钢围堰1浮运下沉定位

(1)钢围堰1浮运

参见图7，围堰下水后，采用两艘机动驳船靠夹方式进行浮运。钢围堰1与船舶之间用钢丝绳绑定，确保牢固，为确保运输过程的稳定性，隔仓内注水压重，控制围堰外露高度约一半。

为了满足便于浮运的要求，同时结合取水头部水下施工的结构特点，设计一款用于取水头部水下混凝土浇筑的钢箱围堰。通过有限元软件、三维建模软件，结合钢壁围堰结构自重，建模模拟分析验证不同工况过程中的变形情况并分析取水头的使用功能和现场所处环境的施工条件，最终确定双壁钢围堰的结构形式，如图6所示。

在受航道通航能力制约，大型船舶无法在此枯水期进入施工场地。取水头部双壁钢围堰需在预定区域完成拼装工作。拼装完成后，后期使用小型吊船及驳船输运至设计下沉位置。完成后整体需运送至江心进行下沉。结合取水头部双壁钢围堰结构自重、尺寸，施工现场实际水文情况，现场作业条件，船吊性能参数等，制定最优的的运输方式，达到仅采用小型船只浮运大型构件的效果，确保安全完成取水头部双壁钢围堰水面运输。

本取水头部双壁钢围堰重达100吨，现场能入施工场地的30t船吊无法直接将双壁钢围堰吊起进行下沉稳固调整。结合取水头部双壁钢围堰结构特点，决定采用夹仓注水压重下沉，设置一倒扣式开口空间，空压机注入空气的方式上浮，减少船吊实际负重，最后放出空气进行下沉，潜水员水下配合安装。

取水头部双壁钢围堰、管道支墩单壁钢围堰及取水管道运输安装过程中，将棱镜架设在构件上，采用全站仪直接定位。下沉安装过程中，采用单、双壁钢围堰及取水管道上的垂吊钢丝绳过渡平面位置引至水面以下进行定位，高程采用定位装置进行控制。

本取水头部为无需大型吊装设备起吊运输的双壁钢围堰，经陆地及水上拼装后，采用小型船吊配合浮运至设计位置，下沉安装，完成水下混凝土浇筑。解决了大体积双壁钢围堰施工过程中需大型吊装船舶进行吊装的困难，优化了主体构件的运输方式。

采用取水头部、管道支墩施工工艺，所有施工均在水下进行施工，无需再进行临时围堰填筑，大幅缩短施工工期，可在汛期前完成所有施工任务，解决了汛期对工程施工的影响。

采用取水头部、管道支墩水下施工工艺，优化设计方案，将钢围堰1内侧支架代替取水头部及取水管道3支墩内部钢筋，整体拼装制作，简化了传统主体结构施工中架体搭设、钢筋、模板、混凝土等一系列施工工序。

(2)钢围堰1下沉定位

1)围堰定位准备

参见图8，经监理、业主检查合格后，起吊沉箱沉入开挖到位的基坑上，围堰运输到位之前，派潜水员在基本开挖到位的基坑里面设置围堰定位支撑墩。围堰定位支撑墩设置6个点，支撑墩结构形式为“C25膜袋砼+钢板支垫”的组合形式，支垫钢板截面尺寸80cm×80cm×2cm。利用水面船舶测量定位支垫平面位置，根据“测绳吊线+重力铅锤”的方式，过渡平面位置及高程点位到水下，潜水员根据设置好深度的铅锤位置，逐个设置支垫。

2)围堰下放着床

参见图9，在两艘船舶上分别设置4根下放钢丝绳，围堰内注水下沉，下放钢丝绳可利用船舶上卷扬机微调，确保围堰着床前能微调标高。围堰悬挂在船舶上，缓慢下放，在接近砼支墩的置时，潜水员在水下观测位置，并指挥船舶上人员调整船舶位置，确保围堰能正确下放到支墩上，为了保证其浇筑砼过程围堰不偏移或倾浮，稳固牵引的船只等待浇筑封底水下砼完毕后再拆除船只。

本取水头部双壁钢围堰重达100吨，现场能入施工场地的30t船吊无法直接将双壁钢围堰吊起进行下沉稳固调整。结合取水头部双壁钢围堰结构特点，项目部决定采用夹仓注水压重下沉，设置一倒扣式开口空间，空压机注入空气的方式上浮，减少船吊实际负重，最后放出空气进行下沉，潜水员水下配合安装。

在正式将取水头部双壁钢围堰由江边浮运至指定下沉位置之前，为确保安装成功，经研究决定在靠近岸边水深8-9米处进行下沉试验，验证起吊船舶、钢丝绳、吊钩、双壁钢围堰面板等性能。先向夹仓内注水下沉，外露高度约0.5m，然后使用空压机向中部空腔内注空气上浮，外露高度约1.5m，重复上述步骤，直到中部夹仓水位达2/3高度处，外露高度约0.5m。此时使用空压机慢慢放出一定空气，仔细观察取水头部双壁钢围堰，当双壁钢围堰再次下沉0.3m后立即停止放出空气。固定在此状态，安全员全面检查钢丝绳、吊钩、双壁钢围堰面板等无明显变形。

取水头部双壁钢围堰运输到位之前，派潜水员在开挖到位的基坑里面设置围堰定位支撑墩。围堰定位支撑墩设置6个点，支撑墩结构形式为“C25膜袋砼+钢板支垫”的组合形式，支垫钢板截面尺寸80cm×80cm×2cm。利用水面船舶测量定位支垫平面位置，根据“测绳吊线+重力铅锤”的方式，过渡平面位置及高程点位到水下，潜水员根据设置好深度的铅锤位置，逐个设置支垫。

待取水头部双壁钢围堰浮运至指定位置后，使用抽水机向周围夹仓内注水逐步下沉至外露约0.5米，然后使用空压机向中部空腔内注入空气逐步上浮至外露约1.5米。重复夹仓注水和中部空腔注入空气3-5次，直到夹仓内水位距顶面约0.2m，达到放出空气直接下沉状态，即保证了钢围堰可放出空气直接下沉，同时也保证船吊负重在允许吊装重量以内。

由空压机逐步从中部空腔放出空气，6根船舶上部的钢丝绳缓慢下放，使双壁钢围堰缓慢下沉。待取水头部双壁钢围堰整体没入水中时，停止放出空气，使中部空腔留有足够的空气压力，保证船吊负重不超出允许起吊值。下沉过程中专人观察设置在双壁钢围堰上部的四根带刻度的标志杆，统一指挥6根钢绳的下放进度，确保下沉过程中钢围堰保持水平。在下放接近找平砼支墩位置时，潜水员在水下观测位置，并指挥船舶上人员反复进行调整船舶位置，确保围堰能正确下放到支墩上。为了保证其浇筑砼过程围堰不偏移或倾浮，稳固牵引的船只待浇筑封底水下砼完毕后再撤出。

通过正式浮运前的下沉试验验证了下沉方案的可行性，同时验证构件的强度和起吊机械达到要求，无明显非正常形变。通过注水压重和注入空气，使双壁钢围堰达到放出空气直接下沉的状态，减少了船吊的实际负重，达到小型船舶安装大型构件的效果，同时减少下沉过程中其他工作工序(只需直接放出空气和下放钢丝绳)，保证下沉工作的连续性。下沉过程中专人指挥，保证了双壁钢围堰下沉的稳定和下沉安装精度。

6.钢围堰1砼浇筑

砼浇筑原则：先由潜水员到水底用麻袋砼在沉箱围堰周边堆码，堆码宽度1.5m高度距离围堰底部1.0m，麻袋砼C25采用商品混凝土护脚完成后分两次浇筑封底砼，先浇筑围堰地板结构砼0.4m，在浇筑填充水下砼1.2m厚，最后用块石回填围堰外围至河床标高，使围堰逐步在压重状况下锚定牢固。最后浇筑井壁砼及顶板砼。

(1)总体浇筑顺序

1)麻袋四周砼护脚(采取水下潜水员堆码砼)

2)浇筑围堰内结构层及填充封底水下砼(采取水下砼浇筑工艺)；

3)浇筑井壁砼(采取水下砼浇筑工艺)

4)浇筑顶板砼(采取水下不分散砼浇筑工艺)。

(2)水下砼浇筑方法

1)设备组织模式

砼浇筑首先需要砼运输设备，可采用浮箱或车渡驳船运输砼罐车至灌注点；砼浇筑船采用浮吊船，浇筑平台设置在船舷位置，砼送料采用浮吊吊装。

2)浇筑工艺：

水下砼浇筑工艺总体遵循“储料斗储料→拔球封底→逐步提管→完成浇筑”的常规原则进行，其中特殊控制环节：

①浇筑井壁砼时，导管空间富余量不大，最好选择直径200mm类型，避免浇筑过程中卡管；

②浇筑平台设置在浮吊船舶上，考虑水流波浪的起伏效应，导管距离底部的空间可适当小于规范值；

③井壁砼浇筑分8个仓室，四个吊灌浇筑点分别在矩形的四大角，但浇筑顺序必须对称，浇筑标高至顶板底标高下0.1m处，包封顶板支撑架工字钢即可。

④围堰内封底砼浇筑之前，在围堰底脚外围四周堆码宽度1.5m，高度1.0cm厚的麻袋砼，潜水员在水下认真堆码，防止封底砼浇筑过程中遗漏。

⑤围堰浇筑结构层C30水下砼应先浇筑中间矩形区域，后浇筑菱形三角区域，采用顶面预留检查孔安放导管浇筑，结构层浇筑完48小时后经潜水员表面凿毛再浇筑C30填充水下砼至设计标高。

⑥浇筑混凝土过程中采用水下测量尺控制混凝土浇筑高度。水下测量尺在现场采用φ48的钢管制作，在钢筋上用红白油漆在钢管上画出刻度线，刻度线间隔2cm,并每隔10cm标注刻度值。混凝土浇筑一段时间则用测量尺沿洞口垂直插入钢围堰1内部，待测量人员感觉到测量尺底部接触到混凝土时，记下测量尺和江水相交位置的刻度值，用江水的实时高程和刻度值计算出混凝土浇筑的实时高度。

(3)顶板砼浇筑方法

参见图10，根据取水头部沉箱设计尺寸，将顶部底模板与沉箱连接成一个整体，绑HRB400Φ16@150x150网片钢筋同时下沉，顶板四周边模板比设计加高10cm。采用两处吊灌法浇筑砼。

先在围堰内部设置纵横向的底支撑梁，铺装底模板，浇筑砼，需在4小时内浇筑完成；潜水员须经常检查水下混凝土浇筑情况，多浇筑10-15m3，把面层浮渣清除，必须确保沉箱混凝土浇满并平整后方可终止浇筑，确保面层混凝土的质量。

综上，本方法的整体施工工艺流程为：测量定位放线→取水头基坑开挖→扫床检检测基坑平整度及开挖深度→第二次精准找平→根据坐标施工取水头定位钢管桩→拼装浮运双侧壁钢围堰1→装水下沉并定位钢围堰1→围堰水下支撑加固及袋装砼封堵四周边孔洞→浇筑底板水下砼→块石回填取水头外围四周基坑深度的一半→分仓浇筑取水头结构侧墙水下砼→浇筑顶板水下砼→块石回填取水头外围四周基坑至河床标高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种取水头部水下施工的方法，其特征在于，包括的方法有：

1)、基床开挖定位；

2)、开挖基坑，基坑边坡采取四面放坡，基坑内填充麻袋混凝土及钢板水下找平；

3)、制作一双壁式的壁仓组成的钢围堰，壁仓顶部开口，底部封口；壁仓侧面预留通水孔道，通水孔道四周环壁用钢板焊接封闭，确保壁仓的整体封闭性；在壁仓正面安装取水管头，用于与后续取水管连接；壁仓内设置有钢筋格栅；

4)、钢围堰下水，自浮于水面，通过浮运的方式运至基坑处；

5)、钢围堰定位；

6)、钢围堰定位好后，向壁仓注水，使其钢围堰下沉着床至麻袋混凝土上；

7)、向壁仓内浇筑混凝土。

2.根据权利要求1所述的取水头部水下施工的方法，其特征在于，方法1)中基坑开挖定位的方法包括：

(1)根据施工要求，基床开挖，采用DGPS定位技术；

(2)在开挖工作船的中轴线处架设一台GPS接收机，透过测量软件实时控制开挖工作船的工作位置，定位精度控制在0.1m以内，为了纠正偏差，可以通过GPSRTK定位技术和全站仪不断修正其参数，防止挖偏、漏挖等现象。采用两台全站仪交叉测量定位，具体方法为：首先在CAD上绘制每一定位点与岸上两个已知控制点的测量定位图，标注出a、b的角度，然后在两已知测量控制点分别布置一台全站仪，每台全站仪后视另一控制点，将角度置零后旋转至对应的a、b角，最后固定视角，指挥开挖工作船移动至两视线切线上，进行定位，并在过程中监控开挖工作船的位置变化；

(3)在取水头的角头位置和取水管线的基坑两边每隔十米左右抛设浮标。以作为工作船开挖平面位置定位的依据，并在岸边设置水尺一把，作为开挖时的测量依据；

(4)每层挖完，则进行水深测量，根据本次开挖的抓斗下放深度等具体情况，对数据进行处理分析，相应做好下一层开挖的调整，将误差减小到最低程度；

(5)在开挖过程中，随时用测深锤进行探测，检测是否达到理论开挖深度及宽度。

3.根据权利要求1所述的取水头部水下施工的方法，其特征在于，方法2)中采用浮箱平台搭载长臂挖机水下开挖。

4.根据权利要求1所述的取水头部水下施工的方法，其特征在于，方法2)中基坑四周预留至少1.5m的操作空间，开挖坡比1:3。

5.根据权利要求1所述的取水头部水下施工的方法，其特征在于，方法3)中钢围堰分为多个独立单元，采用拼接安装的方式进行组装成型。

6.根据权利要求5所述的取水头部水下施工的方法，其特征在于，将钢围堰在竖向方向上分为多个节段，底节在陆上拼接完成，将底节浮于水面，在水面上依次安装以上节段。

7.根据权利要求1所述的取水头部水下施工的方法，其特征在于，方法4)中采用两艘机动驳船靠夹的方式浮运钢围堰，钢围堰与船舶之间用钢丝绳绑定，确保牢固，为确保运输过程的稳定性，隔仓内注水压重，控制围堰上部外露于水面。

8.根据权利要求1所述的取水头部水下施工的方法，其特征在于，方法6)中钢围堰下沉着床安装的方法是在两艘船舶上分别设置4根下放钢丝绳，钢围堰内注水，钢围堰通过钢丝绳悬挂在船舶上，缓慢下放，下放过程中，利用船舶上卷扬机微调，确保钢围堰着床前能微调标高，在接近砼支墩的位置时，潜水员在水下观测位置，并指挥船舶上人员调整船舶位置，确保钢围堰能正确下放到砼支墩上；最后对钢围堰进行浇筑砼固定，船舶待水下浇筑砼完毕后再拆除，以防止在浇筑砼过程中钢围堰偏移或倾浮。