鯉魚江防洪閘工程鋼板樁圍堰設計及特點

黃秘昌

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 工程概況

鯉魚江防洪閘位于貴港市城區中部郁江左岸鯉魚江口處，設計過閘流量為3380 m3/s，屬大（2）型水閘，工程等別為Ⅱ等，工程的主要任務為阻擋郁江50年一遇洪水、排泄鯉魚江自身30年一遇洪水。水閘外江郁江50 年一遇洪水，設計防洪水位為48.13 m，100 年一遇校核防洪水位為48.13 m（因為上游百色水庫調節）；內江鯉魚江設計排洪標準為30 年一遇，設計過閘流量為3380 m3/s，相應閘上設計水位為42.38 m，閘下設計水位為41.67 m。防洪閘閘室共5 孔，每孔凈寬8 m，設8 m×12 m（寬×高）平板工作閘門。

防洪閘施工導流采用左、右岸分期導流方式，一期施工左岸2 孔水閘及接頭壩，二期施工右岸3孔水閘及接頭壩。一、二期施工導流縱向圍堰采用混凝土圍堰，上、下游圍堰采用土石圍堰，圍堰洪水標準采用枯水期5 年一遇。混凝土縱向圍堰總長163 m，堰頂高程36.5 m，最大高度為14 m。

混凝土縱向圍堰位于鯉魚江河床中部，采用鋼板樁圍堰施工，施工導流時段為11月至次年4月，鯉魚江口相應最大流量271 m3/s，最高水位36.45 m[1]。

2 圍堰地形地質條件

防洪閘處鯉魚江河床寬度約40 m，兩岸Ⅰ級階地臺面高程44～48 m，地勢較為平坦，岸坡自然坡度為18°～32°。鋼板樁圍堰堰基位置河床為新近淤積的Qal2淤泥或含砂淤泥，局部含礫石，結構松散，形狀差，層厚不穩定，一般1.5～3.5 m；下伏基巖為C1d 弱～微風化中厚～厚層狀白云質灰巖，巖石堅硬，鋼板樁很難深入基巖。且淺表層基巖巖溶較發育，巖面起伏，透水性中等，淤泥等覆蓋層穩定性極差，淺表層巖溶滲漏可能引起淤泥等覆蓋層產生滲透破壞，對圍堰穩定不利。

3 鋼板樁圍堰結構設計

鋼板樁圍堰采用U 型SKSP-IV 鋼板樁型式。鋼板樁臨時圍堰呈方形布置，寬度17.7 m，長168 m，樁頂高程為37.3 m。板樁距縱向混凝土圍堰左、右側堰腳的最小距離分別為1.7、1.5 m；距上、下游端堰腳的最小距離分別為2、3 m。鋼板樁內支撐結構采用鋼管對撐及角撐。鋼板樁自上而下沿35.00 m、32.50、30.00、27.50及25.25 m高程設5道圍囹，圍囹采用2 根H 型鋼HN350；每道圍囹結構用Φ377×22 鋼管作水平對撐，每榀水平對撐鋼管的間距為4 m；鋼管的端部采用Φ203×14 鋼管作兩邊支撐以保證對撐的端部穩定；鋼板樁平面折角處采用兩道鋼管角撐呈45°以加強局部結構。

鋼板樁插入基巖面，底部高程為24～25 m，樁腳清除淤泥后采用1.0 m 厚C20（2）水下混凝土封底，封底寬度均為3 m，鋼板樁圍堰外側0.75 m 處設置帷幕灌漿防滲，帷幕灌漿孔距2 m，灌漿深度為6 m。

鋼板樁圍堰的材料特性見表1，鋼板樁圍堰平面示意圖見圖1，斷面圖見圖2。

表1 鋼板樁結構材料特性表

圖1 鋼板樁圍堰平面示意圖

圖2 鋼板樁圍堰斷面圖

4 計算分析

鋼板樁結構計算考慮按1 m 單寬長度，鋼板樁在底部基巖處為豎向鏈桿連接，各層圍囹支撐處為鉸接。計算軟件采用理正結構工具箱7.0PB3（鋼連續梁分析模塊）。

4.1 計算工況

按鋼板樁施工時內支撐安裝次序的先后順序考慮以下3種計算工況：

工況1：35.0～30 m 高程三道圍囹施工完畢，開挖至27 m。

工況2：35.0～27.5 m高程四道圍囹施工完畢，開挖至25 m；25 m 以下鋼板樁鑲嵌在土里，按簡支計算。

工況3：35.0～25.25 m 五道圍囹施工完畢，開挖至24 m。

4.2 計算結果

計算結果見表2 和圖3～圖8，各工況下鋼板樁的最大拉應力均小于鋼材設計強度，滿足規范要求。

表2 鋼板樁結構計算成果表

圖3 工況1彎矩圖（kN·m）

圖4 工況1剪力圖（kN）

圖5 工況2彎矩圖（kN·m）

圖6 工況2剪力圖（kN）

圖7 工況3彎矩圖（kN·m）

圖8 工況3剪力圖（kN）

5 特點分析

（1）工程位于鯉魚江和郁江匯合口，受桂平航運樞紐庫水位頂托，河床水位較深，且鋼板樁圍堰位于河床中部，需要搭建施工平臺。

（2）圍堰基礎基巖埋藏較淺，覆蓋土層厚度較薄，基巖巖石堅硬，鋼板樁無法深入基巖，且淺表層基巖巖溶較發育，巖面起伏，因此需要采取水下封邊混凝土解決鋼板樁底部的踢腳、滲水等問題。

（3）為保證水下封邊混凝土質量，澆筑混凝土前把河床淤積層清除干凈。本工程位于庫區內，庫水位較為平穩，鯉魚江水流流速較低，有利于清淤和水下封邊混凝土施工。

（4）鋼板樁基巖巖溶較發育，透水性中等，通過設置帷幕灌漿進行封閉，解決巖溶滲漏問題。

（5）橫向水平支撐鋼管間距要滿足設備開挖施工要求。縱向圍堰混凝土澆筑上升過程中，橫向支撐可以通過調整支撐點以保證鋼板樁結構穩定。

（6）施工期對鋼板樁圍堰進行監測，如出現變形、漏水等情況及時處理。

6 結語

鯉魚江防洪閘鋼板樁圍堰施工過程中，除了局部因有巖溶通道需要加密帷幕灌漿外，鋼板樁結構穩定和防滲效果都是比較好的，保證了混凝土縱向圍堰的順利實施，對主體工程施工導流發揮了重要作用。本工程的實施經驗可以為其他河床窄、水位深、基巖埋藏淺的類似工程的施工導流方案提供參考。