柴米閘灌注樁攔船設施改造維護應用研究

尚振蘭

（江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮安 223005）

1 概述

柴米閘地處江蘇省宿遷市沭陽縣沭城鎮以南7km處，位于沭陽閘上游右岸淮沭河東堤150m 處，上游為淮沭新河，下游為柴米河，是分淮入沂淮水北調工程之一。柴米閘為鋼筋混凝土結構，共9 孔，單孔凈寬4m，閘身總寬44m，閘長126.5m，設裝配10 噸螺桿式啟閉機9 臺，設計流量為352m3/s。受泄流的影響，當柴米閘行洪時，淮沭新河側水流向柴米閘流動，過往船舶受到水流牽引，船身向柴米閘偏移，影響行船安全。先前在柴米閘上游約110m 處設置攔船浮筒，但在實際運行過程中發現，浮筒難以承受船舶撞擊，無法阻止船舶向柴米閘偏移，尚存在一定的安全隱患。

因此，對現有攔船設施進行科學地改造維護是避免發生安全事故的有效措施[1]。本文提出新設三角形灌注樁攔船墩等措施進行改造，并詳細闡述其設計過程、穩定性驗算、施工難點及措施，同時通過對改造后的攔船樁身結構完整性進行檢測，驗證了此種攔船設施改造維護方法的可靠性。

2 改造維護基本措施

為達到攔船效果，保證行船安全，本工程在現有攔船浮筒上游約15m 處新建一排三角形灌注樁攔船墩，間距20m，共計5 個，攔船墩之間采用浮標與浮筒相連，基本措施如下：

（1）三角形灌注樁攔船墩上部為三角形C30 鋼筋砼承臺，邊長5.60m，邊角處修圓，半徑為80cm；承臺中間做成空心，各邊厚度為1.2m；承臺下為3 根直徑80cm，長22m 的C30 鉆孔灌注樁，樁間距為4.0m，泥面線以上采用8mm 厚鋼護筒防護。

（2）浮標采用HF1.5-D2 型，共計4 個，采用沉石錨固方法，使用φ17.5mm 錨鏈將浮標與砼預制塊地錨相連。

改造后攔船設施典型段平面布置圖如圖1 所示。

圖1 改造后典型段平面布置圖

3 工程設計與穩定性驗算

3.1 灌注樁設計

本工程灌注樁主要承受船舶產生的水平撞擊荷載，根據《港口工程樁基規范》（JTS 167-4-2012）要求，灌注樁入土深度宜滿足彈性長樁條件[2]。判別標準如下：

計算得T 為1.92m，本次設計22 長樁基，入土深度為18.4m＞4T，滿足彈性樁要求。根據《港口工程樁基規范》規定，單樁在水平力作用下的樁身內力和變形可采用m 法計算，計算公式按照規范附錄D3。

根據《船閘水工建筑物設計規范》（JTJ 307-2001），船舶撞擊荷載按照如下公式計算[3]：

計算得船舶撞擊力為115.77kN。荷載作用時單根樁所受船舶撞擊力為77.18kN。

本次采用理正結構工具箱（7.0 版），計算灌注樁內力和變形，計算結果如表1。

表1 灌注樁內力和變形計算結果表

由上表可知，樁在泥面處水平位移為5.3mm，小于規范允許值6mm，滿足要求。按照《水運工程混凝土結構設計規范》正截面受彎與斜截面受剪公式進行配筋計算[4]。由此，縱筋選配2018，箍筋選配1φ10。

3.2 浮標與浮筒技術參數與規格

浮標燈架采用國標角鋼80mm×8mm；標志牌貼有3M 級夜間反光膜，并涂有環氧防生銹底漆加氯化橡膠層再涂長效防污涂料；吊環、活動扣采用316 鋼鍛造加工，耐蝕性、耐大氣腐蝕性和高溫強度好，可在苛刻的條件下使用。

浮筒規格直徑800mm×1100mm，采用高分子聚乙烯填充聚氨酯，采用兩半分體式，在浮標與浮標之間的鋼絲上面放置夾緊，浮筒兩側設置卡扣防止浮筒之間滑動[5]。本工程共需HF1.2-D2 型浮標29 個，高分子聚乙烯浮筒84 只。

圖2 浮標結構大樣圖

3.3 砼預制塊地錨穩定計算

本工程設計地錨尺寸為1.5×1.5×1.5m 立方體，取單個地錨作為脫離體計算。

3.3.1 計算公式

根據《水閘設計規范》，抗滑穩定安全系數和抗浮穩定安全系數按照下式計算[6]：

根據《港口工程荷載規范》，水流力計算公式如下[7]：

3.3.2 計算結果

具體計算結果見表2。

表2 地錨穩定計算

由上表可知，各工況下，地錨抗滑穩定系數大于要求值，滿足要求。

4 攔船墩灌注樁施工方案

4.1 灌注樁施工難點分析

本工程灌注樁，位于河道中間，主要難度有以下幾點：①搭建打樁平臺困難；②平臺的安全性及平整度影響樁的質量；③灌注樁混凝土運輸及澆筑困難；④泥漿排放困難，廢水、廢渣不能污染排入河道。

4.2 灌注樁施工措施分析

經過對工程施工特性的認真分析，水上鉆孔灌注樁施工采取了如下措施：

（1）搭建灌注樁施工平臺，為確保平臺的穩定性，采用滿堂腳手架搭設，并對平臺的強度、剛度以及穩定性進行驗算，并確保平臺的水平度；

（2）保證成孔質量及環境不受污染，采用長度6.5m以上的鋼護筒，泥漿通過泵吸膠管輸送到指定淤泥排放點排放；

4.3 灌注樁水上平臺施工方案

平臺采用人工搭設，機楲輔助，從岸邊一端向河中搭設。具體的施工步驟：材料準備充足→人工從安排搭設，在現場技術人員的指揮下，將鋼管移動至要打入的位置→用人工或機械輔助將鋼管壓入軟土中2m，在壓入過程中須保持鋼管豎直→重復上述操作，直至所有的鋼管樁都打入土中，打好的鋼管應整齊排列，樁的間距須大致相等。

圖3 水上排架立面布置示意圖

5 改造后攔船設施穩定性檢測分析

5.1 攔船設施檢測范圍

共檢測柴米閘改造后的12 根混凝土鉆孔灌注樁攔船設施，占總樁數的100%。

5.2 檢測原理與過程

檢測采用低應變反射波法。該方法以一維線彈性桿件模型為依據，采用低能量瞬態激振方式在樁頂激振，實測樁頂部的速度或加速度響應時域曲線，對樁身完整性進行判定。

5.3 樁身結構完整性檢測結果

表3 樁身結構完整性檢測結果表

本次試驗共檢測8 根工程樁，其中Ⅰ類樁7 根，占所測樁數的83.3%；Ⅱ類樁1 根，占所測樁數的16.7%。實測波速平均值3893m/s，標準差324.74m/s，其中最小波速3521m/s、系3-2 號樁，其中最大波速4525m/s、系3-3 號樁。檢測結果表明改造維護后的攔船設施結構性能完好，可以達到有效攔船、保證行船安全的功能。

6 結論

本文提出新設三角形灌注樁攔船墩等措施對柴米閘攔船設施進行改造，同時通過對改造后的攔船樁身結構完整性進行檢測，驗證了此種攔船設施改造維護方法的可靠性，本文內容總結如下：

（1）本工程在現有攔船浮筒上游約15m 處新建一排間距20m 的三角形灌注樁攔船墩，并創新性地采用沉石錨固方法、增設高分子聚乙烯浮筒，計算結果證明，在最不利情況下灌注樁的水平位移、最大彎矩、最大剪力滿足規范要求，地錨抗滑穩定系數小于規范限值。

（2）本文提出水上灌注樁施工流程，通過采取滿堂腳手架搭設施工平臺、通過泵吸膠管輸送淤泥、地泵輸送灌注澆筑等一系列措施，解決了攔船墩灌注樁施工過程中的一系列問題。

（3）通過低應變反射波法對12 根混凝土鉆孔灌注樁攔船設施進行穩定性分析，實測樁頂部的速度或加速度響應時域曲線，驗證了本文提出并應用的新型攔船設施技術的可靠性。