鋼板樁圍堰技術在烏斯滿水利樞紐工程中的應用

李惠全

（阿克蘇綠洲水利工程建設監理站，新疆阿克蘇843000）

鋼板樁圍堰技術在烏斯滿水利樞紐工程中的應用

李惠全

（阿克蘇綠洲水利工程建設監理站，新疆阿克蘇843000）

新疆烏斯滿水利樞紐引水閘施工過程中，修筑圍堰是主要的準備工作，對多種圍堰技術進行技術對比，結合本工程現場情況，選用鋼板樁圍堰技術作為本次圍堰修筑方案，并提出設計方案以及技術方案，分析表明，該方案抗滲性及穩定性滿足要求，技術可行。通過應用鋼板樁圍堰技術，烏斯滿水利樞紐引水閘工程開展順利，經濟和社會效益顯著。

鋼板樁圍堰；水利樞紐；水閘；應用

烏斯滿水利樞紐工程規模為中型，工程由泄洪沖砂閘、上下游導流堤、上下游溝通渠、引水閘等組成，具備防洪、灌溉等功能。烏斯滿水利樞紐引水閘底板為有底坎的寬流堰，總長71.6 m，設計流量454 m3/s。引水閘施工過程中修筑圍堰是主要的準備工作，而當前圍堰技術也分很多類，必須進行對比分析選擇最優方案。

1 圍堰方案選擇

目前，在水利工程中常見的圍堰類型包括土石圍堰、草麻袋圍堰、鉛絲籠圍堰、鋼板樁圍堰等，其對比見下表1所示[1]。

表1 不同類型圍堰的適用條件

經現場勘測，烏斯滿水利樞紐工程閘底存在約30 m厚的淤泥質軟土，水深超6 m，流速8 m/s，且工期緊，施工環境較差。綜合各圍堰方案適用條件及現場情況，設計本項目采用鋼板樁圍堰施工技術。

目前，鋼板樁圍堰在水利施工中十分普遍，其本質是將鋼板材用鎖具聯鎖固定，可以根據現場情況調節形狀及尺寸，并能深入堅硬土層，具有強度高、密閉性好、施工簡單、可重復利用等優點。

2 鋼板樁圍堰設計

2.1 結構設計

設計將圍堰縱向布置于船閘閘墩外側，尺寸約69 m×23 m，在外側2 m～3 m處設置防撞保險杠；每隔8 m設置一組橫向支撐，在拐角處布置角撐；交接處設置支撐柱。本項目采用拉爾森（FSP）Ⅲ型鋼板樁，長×寬×厚=18000 mm×4000 mm× 125 mm；支撐為32號工字鋼，共設計了4層。設計鋼板樁嵌入閘底深度范圍8 m～10 m，樁頂超出水面2 m。布置圖見圖1[2]。

圖1 鋼板樁圍堰剖面圖

2.2 鋼板樁圍堰抗滲性驗算

抗滲性是檢驗鋼板樁圍堰質量的重要指標，而鋼板樁圍堰的管涌或流沙現象主要來自圍堰內外的水頭差，因此鋼板樁打入閘底深度是否足夠成為檢驗其抗滲性的重要指標。驗算公式：

式中：t為打入深度下限值；K為抗滲安全系數，取值1.5；h為坑底到最大水位高度，取值4.0 m；r0為水的重力，9.8 kN/m3；A為鋼板樁寬度，取值4.0 m；r1為土的浮重度，取值4.8 kN/m3。

經計算，本項目t=4.2 m，而設計打入底部深度為8 m～10 m，完全滿足抗滲性要求，但還要在現場進行驗證，確保其滿足施工要求。

2.3 鋼板樁圍堰穩定性驗算

鋼板樁圍堰穩定性主要取決于受力平衡狀態，經分析，鋼板樁受力狀態見下圖2所示。若鋼板樁穩定，則點A和B不發生位移；若不穩定，則點A會有所移動；若傾倒，則A和B都會大范圍移動。在此將其簡化為簡支梁進行驗算。其抗傾倒性系數k可以等于點A處的主動彎矩比最大被動彎矩[3]。

通過物理力學計算，鋼板樁受到的水壓力Es=105.2 kN；主動土壓力Ez=280.3kN；被動土壓力Eb=780.2kN。k=（Eb×8.0× 2/3）/（Ez×6.0×1/3+Es×8.0×2/3）=2.0＞1.0，因此該鋼板樁圍堰穩定性滿足要求，不會發生傾覆。

圖2 鋼板樁受力狀態

4 鋼板樁圍堰施工技術分析

鋼板樁圍堰施工主要包括：測量放樣→打樁→鋼板樁和防撞保險杠施工→土方填筑及抽水→堵漏→拆除，下面針對主要工序進行技術分析。

4.1 測量和準備

在平面控制網上布設平行閘門中心線的施工基線，之后垂直基線布置鋼板樁圍堰軸線，設定打樁位置。鋼板樁的運輸利用200 t駁船，運到施工現場后進行檢查和整理，重點部位是鎖口，若鎖口或樁體存在扭曲、死彎等缺陷，可采用冷彎、熱敲（溫度不超1000℃）、焊接、切割等方式整補[4]。在檢查的同時往鎖口部位涂抹黃油混合膏，具體參數為：黃油：瀝青：鋸末：粘土=2∶2∶2∶1（重量比），減少摩擦和提高防滲性。

4.2 打樁

本項目采用打樁機型號為Z550，并且結合一艘浮吊施工。為保證不影響正常通航，本項目設計先進行外側防裝保護鋼管安裝，打樁方式為單塊打入法，即從某一角開始，中途不停頓。該方法可保證圍堰強度，但存在累計傾斜度較大，墻面平整度較差，因此需注意以下幾點：1.每隔10 m現行插打導向樁，并焊接導梁；2.鋼板樁吊起時，由人工扶正。插打過程中要求樁體傾斜度不得超過2%，否則拔起重打；3.相鄰樁高程不能差距太大，控制在20 cm為宜。為防止鋼板樁圍堰變形和整體性，在插打完成后進行內圍檁焊接，間距為3.0 m[5]。

4.3 圍堰內開挖和堵漏

打樁完成后對圍堰進行抽水開挖，抽水速度不能太快，同時觀察圍堰變化。對于一些縫隙不嚴密段，可在抽水的同時順著外部縫隙下溜細砂，使水流將其帶入縫隙內堵漏。若遇較大縫隙，則需要利用棉絮塞填。

在圍堰開挖時如果鋼板樁未貼緊圍檁，可在縫隙加墊，靠近圍堰部位采用人工開挖，土方開挖為分層施工形式，保證支護結構處于穩定受力狀態。

4.4 拆除作業

承臺澆筑完成達到規定硬度后，便可進行鋼板樁拆除作業，拔樁方法、順序是核心重點。為降低拔樁振動影響，本項目設計順序為“先下后上（下游、上游），先易后難”。首先利用重錘敲擊，再緩慢拔出1 m～2 m，不可全部拔出，以組為單位（5～10塊）依次提高。對于一些鎖口鎖死樁體，可加大拔樁力度，與相鄰樁體一起拔出[6]。

4.5 圍堰穩定性監測

設計在鋼板樁圍堰每邊的重點各設置一個監測點，變形監測利用測斜管進行。先將DN80型鍍鋅鋼管焊接在鋼板樁上，之后一同打插；然后將測斜管放入鍍鋅管中并填充細砂固定。經監測，各邊的圍堰的位移量均在80 mm以下，滿足要求。

5 結語

鋼板樁圍堰便于安裝和拆除，且目前市場上鋼管樁型號種類較多，完全可以根據工程實際進行選擇。烏斯滿水利樞紐閘門圍堰施工耗時10天，效果良好。建議在使用鋼板樁圍堰前要結合理論知識進行論證，對于不適合的地質條件及工程規模不可強求。

[1]張玉成，楊光華，姜燕，等.軟土地區雙排鋼板樁圍堰支護結構的應用及探討[J].巖土工程學報，2012，（11）：45-49.

[2]曹珊.論水利工程中鋼板樁圍堰施工技術的應用[J].中國綠色畫報，2015，（10）：25-28.

[3]翟晶，蘭文斌.新時期環境下鋼板樁圍堰技術施工應用[J].中外企業家，2016，（11）：32-36.

[4]章敏，李鵬程.深厚軟土河床上大型鋼板樁圍堰設計與探討[J].廣東水利水電職業技術學院學報，2010，（12）：44-48.

[5]楊銳婷，柏勝平，孔令富，等.高鋼板樁圍堰樁格與混凝土邊墻銜接法施工及效果[J].水電能源科學，2016，（07）：31-35.

[6]駱冠勇，曹洪，潘泓，等.新光大橋橋墩鋼板樁圍堰的優化設計與監測[J].華南理工大學學報（自然科學版），2010，（02）：53-56.

TV553

B

1673-9000（2017）04-0130-02

2017-03-15

黃躍峰（1979-），男，工程師，主要從事水利水電施工工作。