某水閘鋼管樁圍堰施工技術及質量控制

羅裕綜

（廣東省佛山市順德區容桂街道城建和水利辦公室，廣東 佛山 528000）

1 工程概況

某水閘工程為重建新塘閘站，閘孔凈寬5 m，過閘流量設計為14.95 m3/s；電排站設計流量為5.56 m3/s，安裝2 臺1000ZLB-125型立式軸流泵機組，配套電動機額定功率220 kW；裝機總容量為2×220 kW=440.00 kW。該水閘工程根據地形地質條件，對建筑物進出水條件進行考量，分析工程圍堰和布置廠區場地等條件因素，選擇重建的閘站在原新塘水閘閘址上，設計水閘與排澇泵站一體式的堤身。工程縱軸線遵循原有縱軸線，橫軸線設計原則是方便施工交通、滿足圍堰的施工，在原水閘內江側布置，距離原有新塘水閘頂交通橋10.00 m 的位置。該閘頂交通橋兩側新堤段高程與新閘頂為6.20 m，同時延伸到兩岸平順連接原有堤面，形成完整的防洪體系，整體設計標準為一級防洪。

2 工程的總體規劃

2.1 一期圍堰工程規劃

2.1.1 考慮改變圍堰導流方式

改變以后能夠顯著縮短工期，可以確保此工程項目在枯水期內完工，以履行約定的合同工期。左移縱圍堰可以提升施工高程，減小縱圍堰的建設難度，整體安全性得以保障，而且閘體的大部分工程皆在非汛期施工，有效減輕了二期圍堰度汛的壓力。進行整體澆筑閘室底板，讓底板的施工質量得以保障，大大減少了混凝土澆筑次數以及混凝土施工縫。

2.1.2 圍堰導流方式更改的弊端分析

施工強度有所加大，工程安排更加緊張，施工費用相應提高。基于渠底會形成很大沖刷，必須進行干砌石護底，為了強化抗沖性，可以利用混凝土灌注減小糙率，但面對特大洪峰，存在很大的風險，要實施的預案在預留缺口處放水。伴隨基坑施工進度，導流明渠和縱向圍堰的安全會受到影響?？梢钥紤]在基坑內預留4.50 m寬的作業面，方便開挖時安置鋼管護臂樁，同時有必要在圍堰相鄰基坑側安置密排鋼管樁，預防基坑有深度后外露的鋼管擠出樁身。

所以按照該水閘工程節點工期和整體工期需要，擬調整原有招標文件規定的縱向圍堰工程位置，將縱向圍堰向閘室左邊轉移，更方便整體閘室的建設，保證充足的時間進行上部閘室結構施工?？梢栽诳v向圍堰內側預留4.50 m寬的作業面，縱圍堰左側留10 m 寬的導流明渠，并進行干砌石保護以應對水流沖刷?；陂l室底板左邊與圍堰較近，為了確?？v圍堰在施工過程中的安全，針對縱圍堰設計考慮布設12 m 長的密排鋼管樁。一期工程圍堰長度分別為：外圍堰74 m、內圍堰40 m，縱圍堰33.60 m。

2.3 二期圍堰的規劃

二期圍堰施工量包括左岸上下游的連接堤段以及刺墻等，計劃二期圍堰的施工在一期圍堰拆除后進行，必須在施工期做好防汛工作。下游圍堰所需的鋼管樁可以利用一期圍堰拆除的鋼管樁，可以利用松木樁實施上游圍堰打設。縱圍堰設計采用邊墩，二期圍堰的結構等同一期圍堰。工程用材包括：φ219 mm 鋼管樁588 根；7.50 m 長對拉圓鋼1 305 根，28a 槽鋼750 m；4.50 m長的20a槽鋼334 m，松木樁393根；竹籬笆2 260 m3；無紡土工布1 070 m2；土方20 000 m3；拋石2 000 m3。

3 重建閘站基礎工程中鋼管樁圍堰施工技術

3.1 圍堰設計

3.1.1 設計標準

按照當地潮汛和水文特點，并結合設計招標文件以及該水閘項目的具體施工位置，圍堰標準選擇5年一遇。施工圍堰高潮位設計3.44 m，頂高程設計為4 m，圍堰頂部預留超高0.55 m，施工時必須達到6 m以上，并預留搶險空間。導流標準按照非汛期5年一遇的設計，大約流量為58.60 m3/s，該工程均在枯水期進行水下部分結構施工?；讵M小的施工場地，設置后過水面積的最小斷面為18.65 m2，混凝土護坡糙率為0.015，明渠底高程按0.50 m設計，渠道坡降1：2 000，下游根據非汛期潮水位的1.57 合并計算，該導流明渠流量為42 m3/s，設定流速2.03 m/s，對應上游的洪水位為4.24 m，足以符合原設計枯水期的流量標準。

3.1.2 圍堰布置

按照工程現場的具體狀況以及閘室設計結構的標準，考慮在水閘出口防沖樁外出布設外圍堰，與防沖樁的凈距離為2.50 m，在上游混凝土護坦的上游側邊線處設置內圍堰，預留作業面4.50 m。

3.1.3 結構形式

基礎利用土方填平到0.50 m的高程。土方開挖可以利用上游接線工程河道進行，在填土的過程中布設圍堰樁。基于緊迫的工期，結合同類閘室的陽光圍堰施工經驗，更考慮到增加抗彎性能，決定把原設計的40a 槽鋼改為φ219 mm 的鋼管樁。基于主體為淤泥質粉砂土的較好地質，所以，將鋼管樁入土深度和外露長度的比值可設置為1.50～1.00 之間。根據圍堰的高度調整鋼管打設的總長度，通常為11.50～16.50 m。圍堰結構設計可選擇鋼管圍令，橫向必須確保對拉的兩排鋼管，其他的對拉采用圓鋼，讓整體結構穩固。雙排鋼管樁圍堰結構圖，如圖1所示。

圖1 雙排鋼管樁圍堰結構圖

反濾可采用無紡土工布，設定潮位的平均高度為1.50 m，在高度以下利用黏土閉氣，方便固結；1.50 m以上部分利用2 m寬的黏土芯墻，利用黏土實施兩側的閉氣。圍堰的寬度因為自然的地理條件限制，只能根據原設計4.50 m寬布設。圍堰頂的設計，必須考慮預留搶險的空間，并且可以考慮加高子圍堰，必須是鋼管高出設計高程50 m的標準。

在圍堰的整體工程中，要重點保護基坑側，施工順序要科學合理；務必先進行基礎樁灌注，實現加固地基、保護圍堰的作用。開挖方式利用分層進行的水力沖挖，必須保證足夠地放坡，并要注意邊坡的穩定狀態，方便隨時實施保護手段。

3.1.4 地基整體穩定計算

該圍堰工程設定的水位組合條件，為抵御5年一遇最高洪水位，設計圍堰以外水位4.22 m，圍堰以內不設水位，河床底高程為-2.40 m。為了確保工程安全，可以忽略鋼管框架的阻滑作用。

3.1.5 滲流穩定計算

如圖2所示，設定管涌范圍為B，作用其上的所有滲透壓力為J，計算公式為：

圖2 滲流破壞計算簡圖

式（1）中：h表示水頭損失的區域，在范圍B內從鎮壓層頂面到堰底，取h≈hw/2；γw表示水的容重；發生流沙的區域設定為B，按照以往經驗，會最先發生的區域為距離坑壁大約埋入堰體一半深度內，約等于公式為B≈D/2。土體水中抵抗滲透壓力重量計算公式為：

W=γ′DB=5.80×4.00×2.00=46.40 kN（2）

式（2）中：γ′表示土的浮容重；埋入堰體的深度設定D。要避免發生管涌，必須符合W＞J 的要求，則必須滿Ks=46.40÷9.80=4.70，符合設計中抗滲流穩定性標準。

3.2 鋼管圍堰施工

3.2.1 施工技術標準

基于文章介紹的水閘圍堰工程不具備設計標準的壩頂高度，在施工中務必要進行二次加高的工序。以弧形結構作為加高頂部的結構形式，可以采用從C15混凝土澆筑施工。設計規格為1.14 m 寬、2.12 m 高，加高之后的圍堰高程為237.10 m。應該將防浪墻設置在壩頂部分的上游位置，防浪墻為混凝土結構，34 mm 的厚度，下游有必要設置0.80 mm 的鋼管制成的圍欄。在工程建設中必須重視新建設的圍體結構混凝土澆筑的施工過程，圍堰混凝土澆筑程序見圖3。針對新舊壩體的結合處，必須進行鑿毛和沖洗施工，確保良好的連接性能。

圖3 圍堰混凝土澆筑程序圖

3.2.2 具體施工方式

鋼管樁圍堰施工：進行土方填筑時，土方開挖施工應該在河道的上游部分進行，而且還要將鋼管樁打入施工位置，打入施工利用平板駁運輸，以確保鋼管打入的質量。另外，必須利用人工操作進行焊接鋼管、鋪設土工、對接圓鋼等工序，對于重要的開挖填筑工序，可以選擇小型水上挖掘機進行，確保工程質量達標。

圍堰施工排水：可以利用抽水機、泥漿泵、潛水泵等設備進行圍堰工程的排水工作，必須確保全部設備性能都滿足使用的需求，最大限度地保證排水質量的合格。另外，進行現場的監督管理也是不可或缺的，這樣可以確保抽水之后圍堰結構具備足夠的穩定性與安全性，杜絕圍堰發生漏水、滲水等結構性的問題，并且要通過查看掌握圍堰的結構變化狀況，以及時地發現其中存在的缺陷和隱患，一旦發現問題就要進行準確、果斷地處理。

圍堰拆除施工：直到防滲板、混凝土灌注樁以及鋼筋混凝土閘墩等工程環節全部完工而且可以滿足工程設計以及通水的要求后，就可以全部拆除圍堰結構，這樣有效提升施工的效率和工程質量，而且及時進行二期圍堰工程的施工，確保整個水利項目如期完成。

4 重建閘站基礎工程中鋼管樁圍堰施工質量控制措施

4.1 工程質量管控措施

構建科學合理的質量保證體系，并一絲不茍地落實體系中的責權。每個項目環節都要做好技術交底，讓操作者清楚地知道工序規范和質量標準。認真落實“三檢制度”施工程序，必須經過監理工程師審核同意并簽字后方可進行下一道工序。施工資料整理必須到位，促進工程技術法規的落實，虛心接受監理部門和業主的監督檢查。

4.2 工程質量保障措施

鋼筋質量。此工程所用鋼筋主要來自比較信賴的廠家，鋼筋的規格從Ф8～Ф25 之間，都附帶生產廠家的產品質量證明書，按照工程的進度要求進行兩批進場，同時對材料的工藝性能和力學性能進行嚴格檢驗，其中Ф8～Ф25 型鋼筋進行12 組的力學性能檢驗，Ф16～Ф25型鋼筋進行6組焊接接頭檢驗，檢驗結果符合標準要求。

橡膠止水產品質量合格證明一應俱全，并進行一組取樣送檢，結果顯示各項指標都滿足要求。

所采用的混凝土的配合比、水泥、碎石、砂等都具備生產廠家出示的物理性能和設計檢驗報告。另外，在施工過程中始終嚴格按照工程規范對混凝土試塊進行送檢和抽查，沒有發現任何質量問題。

閘室主體兩側主堤的回填土及內外江連接段建筑物兩側土方回填，完全符合設計要求。內江連接段建筑物兩側土方填筑全部使用利用方、施工單位自檢127 組，利用方填筑壓實度為0.94～0.98，委托清遠市水利水電工程質量檢測有限公司抽檢5 組，干密度值為1.48～1.58 g/cm3，壓實度為0.95～1.10，填土的干密度都符合工程要求。

5 結語

通過以上重建水閘工程案例介紹可以看出，圍堰是水閘工程的主體結構，該技術的應用效果是良好的，可以在相關的水利工程中推廣。但也要強調的是，基于圍堰具有擋水的關鍵作用，是水利工程安全的重要保障，所以加大監督和監管的力度是必不可少的，以確保該部分結構符合工程耐久性、強度等諸多方面的要求，提升水利工程整體的使用性能。水閘工程利用鋼管圍堰技術施工，具備工程進度快、無須考慮加荷速率因素，加之小斷面、小空間占用等優勢，更適合布置導流。所以，如果能把該施工技術的優點得以發揮，必將對城市防洪和基礎設施建設作出巨大貢獻。