鋼板樁臨時圍堰在內河斜坡碼頭施工中的應用

劉志峰

摘 要：鋼板樁臨時圍堰具有穩定性高、防水性好、后期遺留問題處理方便、可多次重復使用等優點，在國內外廣泛應用于各類水下基礎工程，尤其在條件非常有限的非洲地區使用鋼板樁臨時圍堰進行水下基礎施工對工程項目的施工安全、質量和進度有著顯著的提升。

關鍵詞：鋼板樁；臨時圍堰；穩定性；斜坡碼頭

一、工程概況

剛果（布）OYO內河碼頭項目位于剛果（布）OYO市郊

ALIMA河北岸，屬奧龍博經濟特區，區域交通狀況良好，地理位置為東經15°59′59″，南緯1°10′54″；該地區為熱帶草原氣候，分旱季和雨季，年平均氣溫約28℃，碼頭擬建區域河流水深為1～6米。該項目設計為500噸級的貨運和客運兩用碼頭，主要包括主碼頭場區、配套的房建和3.2公里的進出場道路；整個碼頭前沿呈東西走向，總長為494米，從西往東依次為

194米的斜坡式客運碼頭，前沿設計標高為+93.5m，200米的直立式鋼板樁貨運碼頭，前沿設計標高為+93.85m，100米的斜坡式碼頭堆場，前沿設計標高為+93.85m。

二、施工基礎條件

1.設計圖紙：該項目的設計執行標準為法國規范、歐洲標準；貨運碼頭200米前沿設計為直立鋼板樁形式，客運碼頭和堆場294米的斜坡式碼頭前沿采用雷諾石籠和粒徑350～400mm的護底塊石防護，斜坡碼頭堤心設計為20～120mm的石料填筑。

2.水文地質條件：項目所在區域年降雨量約1900mm，ALIAMA河水位隨旱季和雨季而變化，5月份年最高水位達+93.0m，8月份年最低水位約為+92.0m；原始場地主要為濱河沼澤區，地貌屬ALIMA河流Ⅱ級階地，場區內埋藏的地層主要有回填砂、第四系沉積層及第四系沖積層，經地勘資料顯示，斜坡碼頭前沿地表下30米的地質結構依次為素填土、腐殖砂、細沙混淤泥和粉砂。

三、鋼板樁臨時圍堰施工可行性分析

1.設計斜坡碼頭前沿線緊靠ALIMA河水涯線，護底塊石、堤心塊石和雷諾石籠等附屬設施的施工均處在水域，碼頭前沿護底塊石的基底設計標高為+88.0 m，按最低水位推算斜坡碼頭前沿施工區域的水深約為4.0 m，按常規作業將使得斜坡碼頭前沿的整個防護工程及附屬設施在4.0m水深的區域進行水下施工；雷諾石籠、堤心塊石及鋼筋混凝土踏步等都必須嚴格按設計要求的尺寸、坡比進行施工，ALIAMA河流速很大；水下施工不能滿足相關要求，不具備施工條件。

2.當地地表可開采部分均為砂性土，可塑性非常低，該類砂性土具有高壓縮性、高靈敏度、易觸變、可液化、透水性強等特性，天然狀態下，強度極低；該類砂性土圍堤透水性強，穩定性差，給施工安全帶來非常大的隱患，且碼頭前沿施工完成以后進行港池及回旋區域的清淤時土圍堤將額外的增加很大的工作量；因此，土圍堤在本項目現有的條件下不可行。

3.項目現場有近200延米的WRU26-600型鋼板樁，配套的打樁設備齊全；經計算和反復討論，鋼板樁臨時圍堰具有穩定性高、防透水性好、可重復使用等特點，故斜坡碼頭前沿采取鋼板樁臨時圍堰輔助施工。

四、鋼板樁臨時圍堰穩定性計算

本工程為臨時支護，故荷載分項系數均取1.0，圍堰鋼板樁頂標高設計為95.00m，碼頭前沿基床設計標高為88.00m，圍堰鋼板樁打設深度為8m；為增強鋼板樁圍堰的穩定性，鋼板樁墻后方進行5m寬的自然土堤填筑，土堤坡比為1：2，頂標高設計為93.50米。前沿基床清淤前將圍堰后方的水位采取水泵排水的方式降至87.0m再進行基坑清淤；河岸邊線至圍堰鋼板樁的水平距離為28m，滿足75t履帶吊作業的要求。如圖1所示

3.結構強度計算。經計算，板樁彎矩設計值273.9KN·m/m

根據Eurocode3-Part5中的規定，板樁抗彎強度計算公式如下：MEd≤Mc，Rd。其中，Med——計算出的板樁彎矩設計值，Mc，Rd——板樁截面抵抗彎矩值。Mc，Rd=βBWelfy/YMO

式中，βB——截面抵抗矩折減系數，取0.7； Wel——截面抵抗矩， WRU26-600鋼板樁抵抗矩1800cm3/m；fy——板樁材料強度，S355GP，fy=355Mpa； γM0——安全系數，取1.0

經計算，鋼板樁截面抵抗彎矩Mc，Rd=447.3KN·m/m大于彎矩設計值273.90KN·m/m，鋼板樁強度滿足要求。

4.穩定性計算。Plaxis中穩定性采用強度折減法，該方法計算出的安全系數反映出的是包括結構整體失穩、板樁踢腳失穩、板樁抗滑抗傾覆失穩等圍堰存在的各種潛在土體失穩破壞的最不利情況。經計算，結構滑動面如圖6所示.

安全系數曲線如圖7所示，穩定性安全系數取曲線趨近直線處縱坐標數值，約為1.66

五、鋼板樁臨時圍堰施工

本工程為矩形駁岸擋水開挖臨時圍堰，采用75t履帶吊機和90KW振動錘進行圍堰鋼板樁的打入。施工前完善履帶吊機的作業平臺，對不滿足吊機臂長作業范圍的區域進行回填、拓寬，保證履帶吊機前沿至圍堰鋼板樁軸線距離不大于28米，在河堤平臺滿足履帶吊作業條件下方可進行圍堰鋼板樁的打入。為保證圍堰鋼板樁打入后線型的規范，以自制的導向架為輔助，采取屏風式先排列后打入的方法進行鋼板樁的打設；導向架采用360型工字鋼焊接在圍堰軸線兩側定位樁的牛腿支架上，對鋼板樁打設方向進行引導，兩側工字鋼的間距略大于鋼板樁上下口的寬度，保證鋼板樁打設過程中能順利通過導向架，并能有效控制圍堰鋼板樁的線型。

1.施工流程

2.施工過程中注意事項。（1）圍堰鋼板樁施工前應對每一根鋼板樁進行檢查，發現鋼板樁和鎖口有變形的采取矯正措施，并在施工前對鎖扣內涂抹黃油，減小打樁時鎖口之間的摩擦力；若地層阻力大沉樁困難，應采取輔助措施進行施工，比如采取水沖法，將鋼板樁底部設置高壓水噴頭，高壓水流能擾動、疏松砂層，降低鋼板樁在砂層中的阻力和鎖口之間的摩擦力，易于沉樁，減少鋼板樁和打樁設備的損壞。（2）第一根定位樁對整個鋼板樁墻的線型起引導作用，在打設首根定位樁時應嚴格測量其橫向、縱向偏差并在打設前設置轉角連接件，一般情況下定位樁每打入2-3米應作一次測量校正；鋼板樁排列過程中嚴格控制沿軸線方向的傾斜度，軸線方向的傾斜度呈累積的態勢延續，傾斜過大將增大鎖扣之間的摩擦力，二次沉樁將無法進行；排列過程中檢測發現傾斜度過大應及時將鋼板樁拔出重新調整、打入，確保每一根鋼板樁打入的垂直度。（3）由于局部地層存在淤泥混沙，該地層比較松軟，鋼板樁排列、打設過程中會出現將相鄰鋼板樁帶入的情況，可采取將相鄰的幾根鋼板樁用型鋼焊接為一體再進行排列、打設，二次沉樁呈階梯狀打入，最后再將連帶的鋼板樁分開，逐一打設。（4）為保障鋼板樁墻的穩定，后方土堤回填時嚴格控制圍堰內外的水位差，待水下回填到一定高度再進行排水，然后繼續回填，以此反復作業，直達土堤填至設計高度。（5）為減小水流的沖擊，圍堰鋼板樁的打設從上游往下游進行，待碼頭前沿施工完成后圍堰鋼板樁的拔除從下游往上游進行。

六、結束語

由于非洲地區經濟落后，長途交通不便，各種物資非常匱乏，水運工程施工難度較大；特別是存在水下施工的區域，在各項條件非常有限的環境下采用鋼板樁臨時圍堰輔助斜坡碼頭的水域部分施工具有非常明顯的優勢，在類似地區的水工作業中有著良好的參考意義。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國行業標準. 板樁碼頭設計與施工規范（JTS 167-3-2009）