拉森鋼板樁在黃浦江圍堰中的應(yīng)用

摘 要：本文介紹了徐匯濱江出水箱涵在黃浦江岸高水位施工前，對(duì)施工范圍進(jìn)行拉森鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)。筆者在徐匯濱江施工期間，成功實(shí)現(xiàn)了三個(gè)拉森鋼板樁圍堰，在施工中的工期節(jié)省、降低成本、及水土保護(hù)等各方面取得了的寶貴的經(jīng)驗(yàn)，供相關(guān)學(xué)者在具體實(shí)施過程中借鑒。

關(guān)鍵詞：圍堰 拉森鋼板樁 黃浦江 水土保護(hù) 施工 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）06（b）-0050-03

Application of Larsen steel sheet pile cofferdam of the Huangpu River

Wei Fuhua

（shanghai hydraulic engineering waterworks co.，ltd，shanghai，201612）

Abstract： The article introduces the design and construction experience of Larsen steel sheet pile cofferdam for the construction area before the high water construction of the water box culvert in in Xuhui Binjiang Huangpu River. During the the construction of Xuhui Binjiang，the author successfully implementated in three Larsen steel sheet pile cofferdam. Gain valuable experience in shorten the construction period，cut the cost and soil and water conservation.And this can be used for reference for scholars in the concrete implementation process.

Key Words：Cofferdam；Larsen steel sheet pile；Huangpu River；Soil and water conservation；Construction；Design

1 工程概況

1.1 地理位置與形勢(shì)

新宛平排水泵站出水箱涵工程地處黃浦江西岸，在黃浦江接近90°轉(zhuǎn)彎的水流地帶，且長時(shí)間受水流及潮水倒灌的影響，該處護(hù)岸受到水力刷深影響較大，已經(jīng)形成水深達(dá)到9 m之多。因此在該處施工排水口箱涵難度大，需要對(duì)江岸設(shè)置一個(gè)牢固的防滲圍堰，確保施工范圍是干地，方能確保工程順利進(jìn)行。經(jīng)過各種方案比較，采納拉森鋼板樁雙排圍堰設(shè)置，能很好地解決防滲圍堰要求。具體位置如圖1所示。

1.2 圍堰要求

根據(jù)設(shè)計(jì)定性要求及實(shí)際情況，先施工出水口段兩側(cè)約100 m范圍的防汛墻。結(jié)合20 m長的預(yù)制方、板樁的施工及防汛墻以內(nèi)的拉森鋼板樁支護(hù)施工方案共同實(shí)施。圍堰設(shè)置在排放口前2 m（施工凈距）左右位置處，圍堰包圍排放口，以滿足施工要求為準(zhǔn)。圍堰施工之前須先拆除部分原建碼頭結(jié)構(gòu)，只可拆除碼頭頂層的梁板結(jié)構(gòu)，切不可破壞碼頭樁基及承臺(tái)。待圍堰拆除后，應(yīng)依原樣恢復(fù)碼頭結(jié)構(gòu)。出口施工時(shí)采用臨時(shí)圍堰，確保施工期間止水效果，同時(shí)要確保安全，施工完畢后應(yīng)全部拆除，按原樣恢復(fù)原碼頭結(jié)構(gòu)。

2 圍堰設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

（1）設(shè)計(jì)院提供的施工藍(lán)圖及圍堰定性要求。（2）有關(guān)的施工技術(shù)規(guī)范。（3）現(xiàn)場(chǎng)勘察過的實(shí)際施工環(huán)境情況。（4）黃浦公園潮位站的潮汐表，并經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)水位觀測(cè)調(diào)整。

2.2 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

排放口箱涵與黃浦江相接，寬度為 27.2 m，箱涵口底板標(biāo)高為-1.0 m，灘地標(biāo)高約-4.5 m（吳淞），現(xiàn)狀泥面線坡度約1∶1～1∶2，坡度較陡，施工難度較大。綜合考慮造價(jià)及施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，盡可能用最小成本來完成圍堰的施工。因此圍堰設(shè)置在北票碼頭上，靠近一級(jí)防汛墻位置，確保出水箱涵的干地施工。

考慮多方面原因，本圍堰設(shè)計(jì)方案做如下設(shè)計(jì)。

（1）由于防滲要求高，施工圍堰必須斷水，因此考慮使用雙排拉森鋼板樁圍堰，寬度為4.5 m。其中內(nèi)排拉森鋼板樁約40延米，外排樁約60延米。

（2）根據(jù)本工程非汛期臨時(shí)防汛墻標(biāo)高5.15 m，圍堰頂高度設(shè)計(jì)為5.5 m，滿足非汛期防汛要求。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)意圖，以及現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的斷面形式，以避開老樁施工圍堰為原則，設(shè)計(jì)拉森鋼板樁的斷面形式，第一排拉森鋼板樁距離一級(jí)防汛墻軸線2.5 m，第二排拉森鋼板樁距離一級(jí)防汛墻7 m，雙排圍堰長度約50 m（按實(shí)調(diào)整）。

（4）拉錨采用Φ32的對(duì)拉螺桿，每4 m設(shè)置一組拉錨；橫向圍檁采用雙排25 cm槽鋼，并用槽鋼作為支撐牛腿，拉錨及圍檁的固定采用Φ20鐵板焊接而成。

（5）圍堰與板樁之間采用高壓旋噴樁止水，旋噴樁長度應(yīng)比灘地標(biāo)高深4 m，即L=14 m，樁徑為800 mm，間距為600 mm，即搭接為200 mm。

根據(jù)以上五條原則繪制圍堰平面示意圖如圖2所示，斷面示意圖如圖3所示。

3 拉森鋼板樁圍堰施工方法

3.1 圍堰施工部署

考慮到本圍堰與箱涵及防汛墻的施工配合問題，本圍堰方案計(jì)劃在臨時(shí)防汛墻已經(jīng)砌筑完畢并驗(yàn)收合格后，且方、板樁施工完成后進(jìn)行。施工時(shí)從上游往下游方向施工，內(nèi)外拉森鋼板樁圍堰同時(shí)施工，施工完成一工作段后立即進(jìn)行拉錨圍檁，直到全部拉森鋼板樁圍堰完成。施工完成后，即可在低潮位時(shí)鋪設(shè)土工布，并采用粘土回填堤芯。回填粘性土完畢后即可在圍堰與板樁接頭處采用高壓旋噴樁止水，從而確保圍堰達(dá)到預(yù)期止水效果。

3.2 圍堰施工工藝流程

圍堰的施工流程如圖4所示。

3.3 圍堰施工方法

3.3.1 施工準(zhǔn)備工作

（1）測(cè)量放樣。

根據(jù)測(cè)繪院提供的工程測(cè)量成果資料，選擇適合本工程圍堰的控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量放樣，遵照《工程測(cè)量規(guī)范》，采用檢測(cè)合格的全站儀進(jìn)行平面控制測(cè)量，確保圍堰軸線的準(zhǔn)確性。采用檢校合格的水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程控制，復(fù)測(cè)原始灘地高程以及實(shí)施控制圍堰頂高程。

（2）設(shè)備進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備。

本工程的鋼板樁擬采用吊機(jī)振動(dòng)錘施打。根據(jù)地質(zhì)資料，拉森鋼板樁施打位置主要在2、3、4層土體上，根據(jù)樁底貫入度N，拉森鋼板樁長度取15 m，振動(dòng)錘振幅As則按下式計(jì)算：As=√（1.6N+L）

投入拉森鋼板樁打拔樁機(jī)1臺(tái)施工，型號(hào)為50 t履帶吊機(jī)結(jié)合D60懸掛電動(dòng)振動(dòng)錘。其振動(dòng)力約600 kN，錘重4 t。

（3）材料進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備用量。

根據(jù)圍堰的設(shè)計(jì)計(jì)算工程量，以準(zhǔn)備充足的材料，并做好相關(guān)的協(xié)調(diào)保養(yǎng)工作。物資準(zhǔn)備充分，便于施工各工序有機(jī)連接起來，縮短圍堰施工工期。

（4）人員進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備。

圍堰施工時(shí)準(zhǔn)備充足的施工人員，一方面準(zhǔn)備陸上袋裝土；另一方面在恰當(dāng)時(shí)機(jī)趕潮施工，鋪設(shè)圍堰棱體。

（5）板樁完成。

在防汛墻及出水箱涵的方板樁施工完成后進(jìn)行拉森鋼板樁圍堰，可以節(jié)省施工工期，同時(shí)有利于圍堰的獨(dú)立完成，箱涵的基坑支撐也可單獨(dú)考慮止水防滲設(shè)計(jì)。

（6）老碼頭破除。

由于拉森鋼板樁設(shè)置在老碼頭上，因此必須提前將老碼頭破除。

3.3.2 施打拉森鋼板樁、圍檁及拉錨

根據(jù)圍堰的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式，先從上游往下游施打拉森鋼板樁。根據(jù)打樁機(jī)的特點(diǎn)及工作環(huán)境，考慮拉森鋼板樁分段分單元逐步向下游推進(jìn)，具體施工方法如下。

（1）先由測(cè)量人員定出鋼板樁圍堰的軸線，可每隔一定距離設(shè)置導(dǎo)向樁，導(dǎo)向樁直接使用鋼板樁，然后掛繩線作為導(dǎo)線，打樁時(shí)利用導(dǎo)線控制鋼板樁的軸線。

（2）準(zhǔn)備樁帽及送樁：打樁機(jī)吊起鋼板樁，人工扶正就位。

（3）單樁逐根連續(xù)施打，注意樁頂高程不宜相差太大。

（4）考慮每10 m作為一個(gè)工作單元，第一工作單元完成后，即可進(jìn)行圍檁施工。圍檁施工分二檔進(jìn)行，在退潮后進(jìn)行作業(yè)，施工時(shí)考慮人工配合挖機(jī)進(jìn)行，先將拉錨螺桿穿孔連接兩排拉森鋼板樁，再用挖機(jī)將槽鋼吊至錨桿處，人工配合固定，并及時(shí)用電焊將槽鋼焊接，圍檁結(jié)構(gòu)詳見圖5。

（5）第一工作單元結(jié)束后，在該單元圍堰頂上鋪設(shè)道板，設(shè)備向前推進(jìn)10 m左右，繼續(xù)往前逐步施打，循環(huán)操作。

3.3.3 土工布鋪設(shè)、粘土填芯

根據(jù)設(shè)計(jì)斷面，將250 g/m2土工布縫制成若干整塊，利用人工趕潮將已縫制成型的土工布鋪設(shè)在堰體內(nèi)，注意鋪設(shè)過程中考慮土工布的搭接。土工布鋪設(shè)完畢，即用挖機(jī)回填粘土壓實(shí)，防止?jié)q潮致使土工布漂浮?；靥顣r(shí)采用挖機(jī)等設(shè)備捶擊土方分層壓實(shí)，直到圍堰完全填筑到5.5 m高程。

3.3.4 旋噴樁止水防滲

針對(duì)拉森鋼板樁與板樁相接處的防滲止水，本方案擬采用高壓旋噴樁方式對(duì)土體進(jìn)行加固防滲。本方案采用接桿式旋噴樁機(jī)進(jìn)行兩重管高壓旋噴施工，樁機(jī)平面尺寸1.6 m×2.3 m、高度2.6 m、每根鉆桿長度1.5 m。

出水箱涵、防汛墻施工及圍堰拆除（略）。

4 拉森鋼板樁的施工中遇到的問題及處理

由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼板樁打拔施工中常遇到一些難題，常采用如下幾點(diǎn)辦法解決。

（1）外排拉森鋼板樁位置可能碰到原斜樁的應(yīng)急處理措施，視具體實(shí)際情況擬采用以下三種處理方式進(jìn)行：①在斜樁的范圍內(nèi)施工時(shí)應(yīng)減慢施工速度，如僅有1～2 m深度的影響，則可停止往下施工，不考慮采用其他處理措施；②如超過2 m，則可采用繞開該樁，具體處理方法為：將2 m范圍內(nèi)已施工完畢的拉森鋼板樁拔起，改變?cè)摪鍢兜脑O(shè)計(jì)軸線，往防汛墻方向移動(dòng)2米左右進(jìn)行施工；③如第②種方案實(shí)施不了，則可采用高壓旋噴樁斜打，對(duì)該障礙樁的位置進(jìn)行土體加固，從而同樣達(dá)到防滲止水的效果。

（2）打樁過程中有時(shí)遇上大的塊石或其它不明障礙物，導(dǎo)致鋼板樁打入深度不夠，采用轉(zhuǎn)角樁或弧形樁繞過障礙物。

（3）拉森鋼板樁雜填土地段擠進(jìn)過程中受到石塊等側(cè)向擠壓作用力大小不同容易發(fā)生偏斜，采取以下措施進(jìn)行糾偏：在發(fā)生偏斜位置將鋼板樁往上拔1.0～2.0 m，再往下錘進(jìn)，如此上下往復(fù)振拔數(shù)次，可使大的塊石被振碎或使其發(fā)生位移，讓鋼板樁的位置得到糾正，減少鋼板樁的傾斜度。

（4）鋼板樁沿軸線傾斜度較大時(shí)，采用異形樁來糾正，異形樁一般為上寬下窄和寬度大于或小于標(biāo)準(zhǔn)寬度的板樁，異形樁可根據(jù)實(shí)際傾斜度進(jìn)行焊接加工；傾斜度較小時(shí)也可以用卷揚(yáng)機(jī)或葫蘆和鋼索將樁反向拉住再錘擊。

（5）在基礎(chǔ)較軟處，有時(shí)發(fā)生施工當(dāng)時(shí)將鄰樁帶入現(xiàn)象，采用的措施是把相鄰的數(shù)根樁焊接在一起，并且在施打該樁的連接鎖口上涂以黃油等潤滑劑減少阻力。

5 拉森鋼板樁圍堰的優(yōu)缺點(diǎn)

5.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）拉森鋼板樁圍堰，能在較深的水深中施工。（2）能抵抗水流的沖刷，拆除也方便。（3）與土圍堰相比，拉森鋼板樁圍堰對(duì)水土保護(hù)、環(huán)境保護(hù)具有一定的優(yōu)勢(shì)。（4）施工速度快，能節(jié)省工期。

5.2 缺點(diǎn)

（1）機(jī)械操作，施工時(shí)有一定的安全隱患，需要施工一段、圍護(hù)一段。需要專人統(tǒng)一指揮。（2）拉森鋼板樁租賃使用，若施工工期長，則租賃費(fèi)用大，產(chǎn)生變形，則需要圍護(hù)，施工成本大、圍護(hù)費(fèi)用高。

盡管拉森鋼板樁存在一定的缺點(diǎn)，但是在黃浦江已經(jīng)實(shí)施成功三個(gè)拉森鋼板樁圍堰，其方法可在黃浦江及蘇州河內(nèi)廣泛應(yīng)用。

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