灌區節水配套改造工程鋼板樁圍堰施工要點探討

楊詞范

(九江市科翔水利工程監理有限公司，江西 九江 332000)

1 工程概況

九江市彭澤縣余家堰灌區節水配套改造工程渠道線路長、沿線地質地形條件復雜，灌區渠道形式繁多，施工具備很大的流動性，生產生活設施分布較分散。在灌區節水配套改造施工期間，面臨防洪排澇及灌溉問題，必須安排在11月-次年3月枯水期進行施工。本次實施低壓管道輸水灌溉總長度為8.96km，其中余家堰水庫灌片主干管7.92km，樁號范圍0+000-7+920；湖西支管1.04km，樁號范圍0+000-1+040；設閥門井45座、消能設施11處、水表量測設備11處。芳湖灌片渠道清淤襯護2.90km，其中國有圩縣道西渠1.85km，樁號范圍0+000-1+850，重建機耕橋5座；芙農圩二聯渠1.05km，樁號范圍0+000-1+050。

2 施工難點及施工方法

2.1 施工技術難點

根據該灌區節水配套改造工程實際特點，在設計過程中進行了砂包圍堰、填土圍堰和鋼板樁圍堰方案的比較，最終選用工期短、施工過程簡潔、施工成本低、占地面積少、更有利于水質安全的拉森Ⅲ型鋼板樁圍堰施工技術。結合施工區域內地質條件、鋼板樁進場總量及滲漏問題，將單側150m范圍劃定為一個施工作業面。在芙農圩二聯渠施工過程中，因未預見到施工過程中可能出現的復雜情況，且該段堤頂路為施工區域和外界連接的唯一干線，施工機械在作業期間必須考慮對車輛和行人的避讓，所以，該樁號范圍施工進度較為緩慢。

此外，項目區部分地段地質條件復雜，鋼板樁施打過程中會頻繁遭遇大塊石和不明障礙物，影響鋼板樁插打深度，可使用弧形樁或轉角樁繞過此類障礙物[1]。在雜填土地段插打鋼板樁時容易因側向擠壓力而引發樁體偏斜，為此應采用以下糾偏措施：將發生偏斜的鋼板樁上拔1-2m后，再繼續錘進，錘進過程中若再次發生偏斜，則再次上拔后重新錘進。通過此類操作可以震碎大塊石或使其發生位移，達到鋼板樁糾偏的目的。如果鋼板樁發生較大幅度的傾斜，可以利用上寬下窄或寬度明顯不同于標準寬度的異形樁進行糾正，可以結合實際需要將異形樁進行焊接加工[2]。對于軟弱基礎下打設鋼板樁時可能發生鄰樁帶入，為此必須在樁體打設前將黃油等潤滑物塞入鋼板樁鎖口中，降低鎖口摩擦力，避免出現鄰樁帶入。

在鋼板樁圍堰擋水過程中，必須加強樁頂位移觀測，將位移量嚴格控制在2-10cm范圍內；一旦出現圍堰底鼓等變形情況，必須立即停工，及時處理。

2.2 施工方法

按照施工進度計劃，進場鋼板樁總共1600t，其中長6.0m 和長9.0m的鋼板樁各1300t和300t，并同時安排5個班組流水作業。施工開始后，先安排測量人員進行鋼板樁圍堰軸線測定，并按照一定間隔增設導向樁、掛繩，在打樁時遵循設定的軸線。單樁逐根連續施打，并嚴格控制樁頂高程差。

3 鋼板樁圍堰施工要點

3.1 打樁

本灌區節水配套改造工程鋼板樁圍堰施工采用2臺由KATO-1250型挖掘機加振動錘后改裝而成的打樁機，其中振動錘為激振力200kN的NPK-HP-7SXB型號。考慮到新開河道河面較寬，故必須增設水上鋼板浮船施工平臺，以方便鋼板樁施打。1套打樁設備設計施工速度為40m/d，各工作面鋼板樁圍堰設計長度共190m，包括150m的圍堰和40m的端頭，故各工作面打樁時間為4.75d，結合類似工程施工經驗，預留出2d的浮動時間，故各工作面打樁時間按照7d確定。

項目區地質條件主要表現為耕植土和紅黏土，結合實際水深情況，水深1.8-2.5m的施工區域地質條件較好，應使用長度6.0m的鋼板樁，鋼板樁入土深度應控制在3.0-3.5m，便可達到自穩狀態；而水深2.5-3.5m的區域地質條件不良，應結合使用兩種長度鋼板樁，每間隔3塊長度6.0m鋼板樁便打入1塊長9.0m鋼板樁，并通過增設鋼絲繩斜拉以增大支撐力(具體見圖1)。根據相關設計及施工經驗，鋼板樁入土深度必須達到設計樁長的0.5倍以上[3]。

圖1 渠道拉森鋼板樁圍堰加固示意圖(單位：mm)

3.2 基坑排水及清淤

結束圍堰施工及基坑閉氣處理后，為保證主體工程施工順利進行，必須針對基坑內積水、圍堰堰體及堰基滲水、降雨匯水等進行基坑初期排水。初期排水量主要結合工程地質條件、施工進度及工期安排、施工技術水平等綜合確定，公式如下：

Q=ηV/T

(1)

式中：Q為基坑初期排水量，m3/s；η為經驗系數，根據覆蓋層厚度、滲透系數等在3.0-6.0范圍內取值，本工程取2.0；V為基坑內積水量，m3)，在水深3.0m的情況下為6862.5m3；T為排水時間，s，根據工程規模，應為86400s。

結合本工程地質條件、工程實際及施工條件等，根據式(1)所確定出的基坑初期排水量為572.5m3/h，故應選用額定流量600m3/h、揚程12.5m、額定功率30kW的250-HW-12A型蝸殼式混流泵排水設備，在85%的出力情況下，實際流量為504m3/h，所需混流泵數量為2臺。在基坑初期排水過程中，必須加強水位降幅和降速的控制，在抽水過程中應時刻觀察圍堰變化，避免因水位下降過快、滲透壓力過大而引發圍堰堰體失穩、滑坡。

該工程渠道清淤襯護距離長、方量大，棄渣場與施工現場距離為3.0km，考慮到部分路段施工期間外界車輛和行人較多，故將原3.0m寬、15m3裝載量的自卸車換成了2.0m寬、8m3裝載量的自卸車。自卸車在施工現場行駛速度12km/h，其從作業面行駛至棄渣場耗時15min，同時配備2臺挖掘機分別在河床底部和堤頂進行淤泥接力裝車，裝滿1車耗時4min，所以1輛自卸車從施工現場裝料開始到棄渣后返回原作業面總耗時35min。為保證挖掘機裝載淤泥速度與運力配合后略有富余，共配備9輛自卸汽車，1d內清淤工作時間12h，本工程全部清淤任務在2d內順利完成。

3.3 邊坡開挖及修整

在邊坡開挖前必須測量放樣。參照建設方所移交的坐標點、高程點編制施工現場測量示意圖，引測坐標控制點及局部控制點。放置邊坡開挖邊線，進行坡頂、坡底標高測量，通過全站儀并根據1∶1.5的設計坡比及150m的間隔設置加密控制樁，再采用水準儀引測高程至施工現場及周圍既有建筑物。在直尺的配合下確定并用白灰撒出坡頂開挖邊線。

通過1臺1m3的反鏟挖掘機由下至上進行主河道開挖，并將一塊鋼板焊接在挖掘機斗齒外側與挖斗平行，以消除開挖過程中留下的斗齒印。對于必須培厚的邊坡，應先開挖出臺階再回填碾壓、修坡，增強新舊土料的黏合程度。邊坡開挖過程中應充分利用地表天然排水溝渠，若天然排水效果不良，則應沿邊坡頂部開挖截排水溝。

3.4 混凝土澆筑

本工程單側渠道底部寬12.5-13.5m，渠底混凝土澆筑施工任務應在1d內完成，才保證后續渠坡混凝土澆筑施工順利展開。渠底混凝土澆筑主要采用10m3混凝土攪拌運輸車3臺、PC-200型挖掘機1臺、泵車1臺。

該工程渠道邊坡襯砌長度7.58-8.85m，按照3.0m間隔設置橫向伸縮縫，故邊坡混凝土澆筑施工應跳塊進行。澆筑后的混凝土通過平板振搗器勻速振搗2-3遍，邊角及平板振搗器無法到達的小范圍區域應采用插入式振搗器。該工程渠道邊坡混凝土澆筑后平板振動控制情況詳見圖2。

圖2 渠道邊坡澆筑混凝土平板振動控制情況

結束以上操作并檢驗合格后向基坑放水，在放水期間不能拉拔鋼板樁，應拔除鋼板樁頂30cm處預留孔內的填塞物，使水流入孔內，待基坑內充滿水后開始下道工序施工。

3.5 拔鋼板樁

全部施工環節結束后，通過拔樁機將鋼板樁頭部夾住后持續振動2min，待樁體周圍土體松動并表現出液化狀態后，緩慢拉拔鋼板樁。在拉拔過程中若出現拉拔困難，則應立即停止，繼續振動2min后向下錘擊1.0m左右深度，再進行拉拔。重復以上操作，直至完全拔除鋼板樁。

4 結 論

綜上所述，與砂包圍堰和填土圍堰相比，鋼板樁圍堰在九江市彭澤縣余家堰灌區節水配套改造工程渠道中的應用有助于加快施工進度、簡化施工過程、縮小占地空間、降低施工成本，且鋼板樁具有較高的重復利用率，安全，環保。本工程施工經驗可為拉森鋼板樁施工技術在窄河堤岸整治、大水深、急水流以及不適宜使用砂包圍堰、填土圍堰的淤泥及粉細砂軟基工程施工中的應用提供借鑒參考。