河道整治工程中雙層拉森鋼板樁圍堰的應用

陳雅童

(福建省水利水電工程局有限公司,福建 泉州 362000)

0 引 言

河道整治工程水下作業空間的構筑及圍護形式的選擇直接關系到工程施工質量及效果。與傳統的沉井、地連墻、鋼套箱等結構相比,雙層拉森鋼板樁強度高,防水性好,并能結合工程實際拼組成各種形式的圍堰結構,并能周轉使用,施工周期短,成本低。但是拉森鋼板樁必須按照永久性建筑物標準施工,拼接應平順嚴密,鎖口較好咬合,支撐加固穩妥,板樁打設進度、垂直度、深度均有較高要求;支設好的板樁必須經監理工程師查驗合格后再行基坑開挖,施工過程控制及質量要求較高。為此,文章依托具體的河道整治工程,對雙層拉森鋼板樁圍堰施工技術要點展開分析探討,以供借鑒參考。

1 工程概況

溫嶺市南排工程由湖漫隧洞排澇工程、骨干河道整治工程和張老橋隧洞撇洪工程等組成。其中,骨干河道整治由東月河、雙橋河、大溪河、金清大港延伸段、南官河和聯樹橋河等組成,整治河道全長約37.76km,其中,東月河長8.31km,雙橋河長8.06km,大溪河長10.06km,金清大港延伸段長2.1km,南官河長3.60km,聯樹橋河長5.63km。

該骨干河道整治工程2+441～2+701段為預制板覆蓋段,右岸原擋墻因變形及破損嚴重亟需拆除重建。按照原計劃,主要展開明挖,同時設置鉆孔灌注樁等關鍵性的支護形式。然而,通過深入性地質勘查發現資料,該河道整治段面臨十分復雜的地質條件,地下水活躍;擬打設鉆孔灌注樁擋墻的區域富含人工填土層、沖洪積粉質黏土層、砂卵礫石層、殘積土層等不良土質,邊坡結構缺乏穩定性,施工過程中出現流砂及管涌等事件的可能性非常大。

2 施工方案

結合該河道整治工程實際,提出地連墻、雙排拉森鋼板樁、鋼筋混凝土沉井等施工方案,并進行各方案工期、材料、施工質量及安全、經濟成本及環保效益等的比較,詳見表1。

經過綜合比較,該河道整治工程最終選擇對周邊土體影響小,施工工期短,能有效防止流砂、流土發生,抗滲性能優異的雙層拉森鋼板樁加固方案,具體采用SP-IV型拉森鋼板樁,圍堰后期鋼板樁拔除后可回收利用,且占用河道面積小,取土量和混凝土使用量均大大減少,施工效果及經濟效益、環境效益顯著[1]。

具體而言,在與設計好的基坑圍護結構外部分別相距9m、11m、84m的區域打設單排相應型號的拉森鋼板樁體,從而構建成相應設計寬度的堰堤體;同時借助袋裝黏土回填的方式在鋼板樁堰堤之間填筑起穩固的擋水結構,高度應超出施工水位+1.1m。此外,還應將袋裝黏土編織袋加筑于鋼板樁結構的背水面,高度應達到擋水結構相應高度,為利用排水等方面的考慮,還應當按照1∶1.5的坡比放坡,設置起坡腳等輔助性結構。

該河道整治拉森鋼板樁圍堰采用方形結構,平面尺寸內設置5道內支撐,封底設計厚度為2.2m。內支撐圈梁為H800和H588型鋼梁,斜撐則采用φ630mm和φ800mm鋼管。首道支撐平面結構見圖1。

圖1 首道支撐平面圖(單位:mm)

3 施工材料及設備

3.1 施工材料

該河道整治工程施工開始前,應準備1200根高400mm、寬170mm、厚15.5mm的SP-IV型拉森鋼板樁,單根長15m,該型號拉森鋼板樁技術參數見表2。8650m3袋裝黏性填土,用于圍堰背水面回填;98091個編織袋,用于黏性填土裝填;6530m3土工布污消格柵,阻止黏性土瀉出;高300mm、翼緣寬150mm、腹板厚6.5mm、翼緣板厚12mm的型鋼27.47t,用作導向架導樁材料;16a槽鋼6.89t,用作導向架導梁和托架材料。

表2 SP-IV型拉森鋼板樁技術參數

3.2 施工設備

該河道整治工程雙層拉森鋼板樁圍堰施工需要配備1臺0.8m3的小松PC220型液壓挖掘機,1臺0.45m3的PC220-LC-6型液壓挖掘機,1臺功率195kW的ECO100-3CA型靜壓植樁機;2臺功率為12kW的Bx6-16型交流弧焊機,2臺5.5kW的GQ40切割機,1臺90t的DZ90型振動錘;1臺QUY50型中聯履帶吊。1套浮箱和浮吊;20件10寸活動扳手;4套5t倒鏈葫蘆;120kW的吹填設備6套,功率7.5kW及5.0kW的高壓潛水泵各2套;功率為5.0kW的φ50～100mm泥漿泵6臺;套絲機1套。

4 施工控制要點

4.1 施工準備

將鋼板樁運輸至施工現場后,應將鎖口內雜質、焊渣等全部清除,并整修缺陷處。完成后進行垂直度、平整度、厚度等的檢查,并在板狀鎖口處均勻涂抹混合油,混合油由干鋸末和黃油以3∶5的比例配制而成,以增強板樁防滲性能。

結合施工方案中所確定出的鋼板樁圍堰尺寸,并密切依據待整治河道運行實際,借助新型激光儀展開測量放線,明確找出坐標準確的中點以及角點所在,進而在劃定出的相應點位全部打設起定位樁,以此為參照展開板樁插打精度的控制。

4.2 安裝導向架體

為加強板樁豎直度和沉樁軸線位置控制,提升貫入性能,保證板樁打設精度,避免插打期間出現板樁扭曲變形,應順著圍堰設置承載力、剛度均滿足要求的導向架[2]。該導架包括導樁和導梁兩部分,其中,導梁采用16a工字鋼;導樁則采用9.0m長的H300×150×6×12型鋼,并按5.0m間距布設。具體見圖2。

(a)平面

4.3 鋼板樁施打

按照插樁正直、分散即糾、調整合攏的原則從上游開始向下游合攏插打鋼板樁,先施作迎水面,待結束后再施作側水面。鋼板樁插打采用屏風式工藝,即將10～20根樁體成排插進導向架,形成屏風狀,此后將屏風墻兩端樁體打設至設計深度,形成定位板樁;此后將中間樁體按1/3及1/2板樁高度以階梯狀打設[3]。樁位的確定通過定位樁和激光射線結合實現,按5.0m間距在定位樁中插設9.0m長的H型鋼,調整導梁軸線及邊距,滿足設計要求后焊接導梁和水平槽鋼托架。

為增強圍堰上游首片鋼板樁打設的精準性,應在其插打時使鋼板樁樁背與導線架緊密貼合,打設過程中同步下放吊鉤,同時通過經緯儀觀測板樁垂直度。鋼板樁的打設應按“15m→10m→5m→導梁高度→拆除導架后至設計標高”分步分次展開。為保證前兩塊鋼板樁打設精度并起到樣板作用,每打入1cm深度均應展開1次測量。

按照連接桿法處理鋼板樁轉角,具體而言,借助相應形式的連接件展開板樁朝向以及布設數量等的調整優化,為板樁墻較好封閉合攏提供保證[4]。在施打鋼板樁的過程中,必須采取適宜手段展開板樁墻有效寬度的量測以及控制,在以上處理均完成的基礎上進行合攏區域的合理確定。

4.4 圍堰施工

4.4.1 抽水施工要點

按照以上流程封閉雙層拉森鋼板樁后必須通過抽水泵抽取結構內部泥水。為保證抽取效果,必須結合總水量及機械效率選取水泵。為確保鋼板樁圍堰結構的穩固性,必須逐次分階段展開抽排水,當實際水位下降30～50cm后必須暫停抽水過程30～60s。抽水期間必須實時監測水位降低速率。待按照以上流程將圍堰中積水全部抽出后,還應借助高壓氣泵吸泥機展開基底清理,結束后對基底實際平整度展開測量。

4.4.2 土方回填

通過袋裝黏性土回填鋼板樁堰堤,填筑高度達到施工水位以上1.1m后,在背水面壘砌袋裝黏土編織袋至同樣高度,并按1∶1.5設置坡腳。為避免袋裝黏性土傾斜而出,還應將土工布污消格柵增設在鋼板樁內部。

編織袋裝土量應按照設計袋容量的75%控制,裝料后使用綁扎絲或麻繩縫好袋口;將堰底河床的塊石、雜草、樹根等徹底清除,避免影響填筑及壘砌效果。黏性土袋投放時應順坡滑溜,上下層錯縫擺放、堆碼整齊。待將編織袋碼放至一定高度后,必須及時填筑黏性土,并分層夯實,增強堰堤穩固性和強度。

待圍堰土方回填結束,應結合水流流速,使用防水布包封圍堰外側,相鄰防水布間按設計寬度搭接,防止編織袋和筑堤土沖刷流失;防水布堰頂端和河床端均應通過土袋壓實,避免沖刷。拉森鋼板樁圍堰施工結束后應安排專人定期測量、巡查堰體,如遇土袋破裂、失穩、沖刷流失等情況,必須及時處理。

4.4.3 圍堰拆除

待該河道整治段回填土施工結束后,拔除鋼板樁,清理干凈并在鋼板表面均勻涂覆防銹油后回收利用。拔樁時采用振動拔樁法,即借助機械振動,激發鋼板樁結構共振,克服土體阻力及樁體與土體的黏附力后拔除[5]。拔除次序應與插打次序相反,拔樁時應先通過錘擊振動60s,再借助機械拔高1～2m,待樁體松動后一次拔出。對于因鎖扣變形、打卷的樁體,應增大機械拔除力。

為避免將周邊鋼板樁同時拔除,應逐根解除樁體支撐圍檁。對于拔除后變形較大的樁,必須調直后清理備用。

5 結 論

綜上所述,溫嶺市南排工程骨干河道整治工程2+441～2+701預制板覆蓋段采用SP-IV型雙排拉森鋼板樁后施工效果良好,施工周期縮短,施工成本降低,施工環境改善,工效提升。工程應用結果還表明,拉森鋼板樁高強質輕,耐久性好,止水性強,施工時占地少,可周轉使用,在河道整治等基礎工程中具有廣闊的應用前景。該河道整治工程從板樁施打到拔除,全過程未發生任何滲水、漏水、流砂、管涌,施工質量和安全得到較好保證,也為類似工程提供了經驗借鑒。