鋼套箱圍堰在流砂地質(zhì)渡槽基礎(chǔ)施工中的應用

林清文

摘 要：鋼套箱圍堰因其自身的剛度和阻水性能，以及便于加工、安裝，適合周轉(zhuǎn)循環(huán)使用，在開挖流砂基礎(chǔ)以及水上澆筑基礎(chǔ)混凝土創(chuàng)造施工條件時具有較強的優(yōu)越性。本文結(jié)合實例介紹鋼套箱圍堰在渡槽基礎(chǔ)流砂地質(zhì)中的施工工藝。

關(guān)鍵詞：鋼套箱圍堰 渡槽 基礎(chǔ) 流砂 應用

1.工程概況

大廣壩水利水電工程位于海南省西部，是一項具備發(fā)電、灌溉、供水等綜合功能的大型水利工程，低干渠是灌區(qū)工程五大渠系之一，灌溉面積16.9萬畝。蘆古渡槽為低干渠工程重要的渠系建筑物。渡槽基礎(chǔ)設(shè)計平面尺寸均為4.8m*2.0m，持力層為中風化。其中ZDT4、ZDT5、ZDT6墩位于天然沖溝位置，地勢低洼、地下水位高、砂層較厚。

ZDT4、ZDT5、ZDT6墩基礎(chǔ)開挖過程中遇到地下水豐富、流砂嚴重等現(xiàn)象。為了確?；A(chǔ)開挖與清基滿足設(shè)計要求，在渡槽墩基礎(chǔ)施工中采用鋼套箱圍堰，為渡槽墩基礎(chǔ)創(chuàng)造施工條件，成功解決了基礎(chǔ)開挖的流砂現(xiàn)象問題。

2.工程特點

（1）本渡槽墩基礎(chǔ)地勢低洼，四周地勢較高，且上游不斷來水，現(xiàn)場條件無法進行導流；

（2）開挖斷面內(nèi)為透水細砂層，基礎(chǔ)開挖時，出現(xiàn)嚴重的流砂，邊坡反復坍塌，無法穩(wěn)定；

（3）渡槽位于干渠，過水斷面大，對基礎(chǔ)持力層承載力要求高，基礎(chǔ)全部建基面均應落在中風化巖面；

（4）有多個渡槽墩基礎(chǔ)地質(zhì)條件類似，基礎(chǔ)開挖時均遇流砂現(xiàn)象，需要采取處理措施；

（5）工期要求緊。

3.方案選擇

該基礎(chǔ)施工前期，經(jīng)過對地質(zhì)條件、工期、費用等因素的綜合分析，根據(jù)以往類似工程的經(jīng)驗，對三種方案進行比較：（1）放坡大開挖堆砂包防護方案；（2）混凝土沉井方案；（3）鋼套箱圍堰方案。經(jīng)比較如下：

（1）放坡大開挖方案：施工周期短，節(jié)省費用，但本工程由于涌水量大，流砂嚴重，側(cè)壓力大，砂包護坡無法穩(wěn)定；

（2）混凝土沉井方案：需要預制混凝土沉井，施工周期長，施工難度大，混凝土沉井無法回收重復利用，成本高，且對后續(xù)施工有一定干擾；

（3）鋼套箱圍堰方案：鋼材投入多、下沉時設(shè)備及人員投入多，工序復雜，但加工方便，施工周期短，鋼材回收率較高，可重復利用，相比混凝土沉井更節(jié)省費用。

因此，經(jīng)比較選擇后，考慮采用鋼套箱圍堰可以迅速展開施工、速度快、周期短且支護材料可回收循環(huán)利用的優(yōu)勢，滿足現(xiàn)場施工的各種要求，最終選用鋼套箱圍堰方案。

4.方案設(shè)計

（1）由于本工程渡槽墩基礎(chǔ)ZDT4、ZDT5、ZDT6地質(zhì)情況類似，均應采用鋼套箱圍堰，因此，在進行鋼套箱設(shè)計時，考慮采用便于拆裝的鋼套箱構(gòu)造，以對鋼套箱進行循環(huán)使用，提高效率，降低施工成本。

（2）采用矩形無底鋼套箱，分前后左右四片側(cè)板獨立加工，側(cè)板間設(shè)內(nèi)撐和八字斜撐，鋼構(gòu)件之間采用螺栓連接，側(cè)板連接處嵌2cm厚遇水膨脹橡膠條。

（3）墩基礎(chǔ)平面尺寸為：長4.8m、寬2m，考慮施工工作面，鋼套箱平面尺寸為：長6.4m、寬3.6m、高3.6m，面板采用d=6mm鋼板；

（4）為了保證鋼套箱有足夠的剛度和強度，從內(nèi)而外結(jié)構(gòu)依次為：間距900mm[18槽鋼水平加勁肋、間距500mm[10槽鋼豎直加勁肋、d=6mm鋼板，在鋼套箱側(cè)板間設(shè)3道[18槽鋼內(nèi)撐，四個角各設(shè)3道[18槽鋼八字斜撐。

（5）鋼套箱圍堰側(cè)板及內(nèi)撐等鋼構(gòu)件在工廠加工好，汽車運輸至施工現(xiàn)場，現(xiàn)場安裝，吊車調(diào)運至基坑位置，采用套箱內(nèi)射水、抽砂相結(jié)合的工藝，依靠自重整體下沉。

5.關(guān)鍵工序施工

5.1加工

（1）原材料：所有用于鋼套箱的材料包括鋼材和焊接材料均符合設(shè)計要求，具有質(zhì)量保證書；

（2）放樣下料：按照設(shè)計圖紙的尺寸，對面板、圍楞、支撐等構(gòu)件進行放樣、下料；

（3）坡口加工：采用刨邊機加工，以保證拼裝和焊接質(zhì)量；

（4）拼裝：單塊鋼構(gòu)件的拼裝在加工廠進行，按圖紙進行點焊固定；

（5）焊接：將拼裝好的鋼構(gòu)件按合理的順序焊接，以減少變形和應力。

5.2安裝

鋼套箱單塊鋼構(gòu)件采用汽車吊裝車，平板車運輸至施工現(xiàn)場。在靠近基坑位置平整好場地，用于鋼套箱安裝。采用兩臺汽車吊配合鋼構(gòu)件安裝，先用汽車吊各起吊單塊側(cè)板立起，采用螺栓連接，連接處嵌入遇水膨脹橡膠條密封止水，依次起吊另兩塊側(cè)板，螺栓連接固定，接著安裝側(cè)板間內(nèi)撐，最后安裝八字斜撐。

5.3下沉

（1）采用汽車吊將安裝好的鋼套箱整體吊放在事先測量放樣好的基坑位置；

（2）因基坑位置為透水性強的細砂，地下水位高，采用在鋼套箱內(nèi)射水抽砂土的方式下沉。配備兩套抽砂設(shè)備和噴射水槍，同時對稱抽砂。在抽砂過程中，應將吸水頭吊起，避免埋進砂內(nèi)堵塞網(wǎng)罩。在抽砂過程中，應不斷攪動套箱內(nèi)泥砂，以保證抽砂順暢，必要時用水泵向鋼套箱內(nèi)補水。

（3）在鋼套箱內(nèi)抽砂應遵循以下原則：先中間后側(cè)邊、分層對稱、先高后低、實時糾偏。

（4）為了保證鋼套箱均勻下沉，先在中心抽砂，水槍配合沖出漏斗狀集砂坑，再用水槍在坑四周射水，均勻分層逐漸擴大，使砂沖入坑中，應避免直接在刃腳處直接抽砂。

（5）在抽砂過程中，應注意觀察中心集砂坑深度，若低于刃腳，而鋼套箱不下沉時，應檢查刃腳是否被雜物頂住，應向刃腳方向?qū)ΨQ射水，均勻抽砂，避免集砂坑過深造成套箱突然下沉或向一側(cè)傾斜。

（6）本工程要求持力層為中風化巖層，因此鋼套箱應落到中風化巖面上。由于天然基巖表面不平整，在將鋼套箱內(nèi)抽砂至露出巖面后，用水準儀測量巖面高程，采用巖石液壓破碎錘鑿除高出巖石，石渣采用人工清除至料斗內(nèi)，由挖掘機吊運出套箱外棄渣，直至將巖面修整至大致平整，滿足設(shè)計要求。

5.4鋼套箱外圍反濾層

鋼套箱與巖面有小縫隙，由于側(cè)壓力大，仍有流砂通過鋼套箱底部涌入套箱內(nèi)，為了阻止流砂涌入，在沿鋼套箱外圍四周設(shè)置雙層土工布+碎石反濾層。因為該處地質(zhì)條件不佳，在鋼套箱外圍開挖溝槽填筑級配碎石反濾層時，由于流砂嚴重，邊坡坍塌無法成形。因此，施工時采用兩臺挖掘機配合，一臺挖掘機挖開后，另一臺挖掘機隨即填筑碎石，逐步推進，至外圍全部反濾層填筑完畢。通過設(shè)置鋼套箱外圍反濾層后，阻擋了流砂涌入套箱內(nèi)，僅有小流量清水流入（詳見圖1）。

5.5巖面清理

配備兩臺水泵即可將套箱內(nèi)水抽干，人工沖洗并清理巖面上泥砂，持力層滿足設(shè)計的要求。組織進行渡槽墩基礎(chǔ)模板安裝及砼澆筑作業(yè)。施工過程中，持續(xù)在套箱內(nèi)的集水坑抽水。

5.6拆除投入循環(huán)使用

在渡槽墩基礎(chǔ)砼澆筑完成，拆除模板后，完成鋼套箱內(nèi)全部施工內(nèi)容，混凝土達到設(shè)計要求的強度后，即可拆除鋼套箱。為了避免套箱側(cè)板在拆除時突然傾覆，在渡槽墩和套箱之間設(shè)臨時支撐。由于側(cè)板間的內(nèi)支撐在渡槽墩澆筑時，已和砼澆筑成一體，無法重復利用，拆除時，先用切割機切除內(nèi)撐，再拆除八字斜撐及側(cè)板各連接螺栓。用汽車吊運各側(cè)板及鋼構(gòu)件。吊運時，應設(shè)專人規(guī)范操作，確保施工安全，以及避免吊運不當導致構(gòu)件變形，影響重復使用。構(gòu)件拆除后吊運堆放在安裝場地，進入下一個循環(huán)。

6.施工效果

本工程采用分塊拼裝的鋼套箱圍堰，利用鋼材自身的剛度和防水性，有效地阻擋流砂涌入基坑，施工程序更為簡便，基坑開挖后滿足了設(shè)計要求。鋼套箱圍堰適合快速組織施工，拆裝簡便，可重復循環(huán)使用，在縮短工期、降低了施工成本方面取得良好的效益。

7.結(jié)語

本工程采用鋼套箱圍堰進行圍護，配合鋼套箱外圍的土工布+碎石反濾層，使渡槽基礎(chǔ)順利實施，取得滿意的效果。這表明此方案切實可行，為同類地質(zhì)、水文條件下的基礎(chǔ)施工提供了借鑒。endprint