鋼板樁臨時(shí)圍堰在內(nèi)河斜坡碼頭施工中的應(yīng)用

劉志峰

摘 要：鋼板樁臨時(shí)圍堰具有穩(wěn)定性高、防水性好、后期遺留問(wèn)題處理方便、可多次重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于各類(lèi)水下基礎(chǔ)工程，尤其在條件非常有限的非洲地區(qū)使用鋼板樁臨時(shí)圍堰進(jìn)行水下基礎(chǔ)施工對(duì)工程項(xiàng)目的施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度有著顯著的提升。

關(guān)鍵詞：鋼板樁；臨時(shí)圍堰；穩(wěn)定性；斜坡碼頭

一、工程概況

剛果（布）OYO內(nèi)河碼頭項(xiàng)目位于剛果（布）OYO市郊

ALIMA河北岸，屬奧龍博經(jīng)濟(jì)特區(qū)，區(qū)域交通狀況良好，地理位置為東經(jīng)15°59′59″，南緯1°10′54″；該地區(qū)為熱帶草原氣候，分旱季和雨季，年平均氣溫約28℃，碼頭擬建區(qū)域河流水深為1～6米。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)為500噸級(jí)的貨運(yùn)和客運(yùn)兩用碼頭，主要包括主碼頭場(chǎng)區(qū)、配套的房建和3.2公里的進(jìn)出場(chǎng)道路；整個(gè)碼頭前沿呈東西走向，總長(zhǎng)為494米，從西往東依次為

194米的斜坡式客運(yùn)碼頭，前沿設(shè)計(jì)標(biāo)高為+93.5m，200米的直立式鋼板樁貨運(yùn)碼頭，前沿設(shè)計(jì)標(biāo)高為+93.85m，100米的斜坡式碼頭堆場(chǎng)，前沿設(shè)計(jì)標(biāo)高為+93.85m。

二、施工基礎(chǔ)條件

1.設(shè)計(jì)圖紙：該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為法國(guó)規(guī)范、歐洲標(biāo)準(zhǔn)；貨運(yùn)碼頭200米前沿設(shè)計(jì)為直立鋼板樁形式，客運(yùn)碼頭和堆場(chǎng)294米的斜坡式碼頭前沿采用雷諾石籠和粒徑350～400mm的護(hù)底塊石防護(hù)，斜坡碼頭堤心設(shè)計(jì)為20～120mm的石料填筑。

2.水文地質(zhì)條件：項(xiàng)目所在區(qū)域年降雨量約1900mm，ALIAMA河水位隨旱季和雨季而變化，5月份年最高水位達(dá)+93.0m，8月份年最低水位約為+92.0m；原始場(chǎng)地主要為濱河沼澤區(qū)，地貌屬ALIMA河流Ⅱ級(jí)階地，場(chǎng)區(qū)內(nèi)埋藏的地層主要有回填砂、第四系沉積層及第四系沖積層，經(jīng)地勘資料顯示，斜坡碼頭前沿地表下30米的地質(zhì)結(jié)構(gòu)依次為素填土、腐殖砂、細(xì)沙混淤泥和粉砂。

三、鋼板樁臨時(shí)圍堰施工可行性分析

1.設(shè)計(jì)斜坡碼頭前沿線緊靠ALIMA河水涯線，護(hù)底塊石、堤心塊石和雷諾石籠等附屬設(shè)施的施工均處在水域，碼頭前沿護(hù)底塊石的基底設(shè)計(jì)標(biāo)高為+88.0 m，按最低水位推算斜坡碼頭前沿施工區(qū)域的水深約為4.0 m，按常規(guī)作業(yè)將使得斜坡碼頭前沿的整個(gè)防護(hù)工程及附屬設(shè)施在4.0m水深的區(qū)域進(jìn)行水下施工；雷諾石籠、堤心塊石及鋼筋混凝土踏步等都必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的尺寸、坡比進(jìn)行施工，ALIAMA河流速很大；水下施工不能滿(mǎn)足相關(guān)要求，不具備施工條件。

2.當(dāng)?shù)氐乇砜砷_(kāi)采部分均為砂性土，可塑性非常低，該類(lèi)砂性土具有高壓縮性、高靈敏度、易觸變、可液化、透水性強(qiáng)等特性，天然狀態(tài)下，強(qiáng)度極低；該類(lèi)砂性土圍堤透水性強(qiáng)，穩(wěn)定性差，給施工安全帶來(lái)非常大的隱患，且碼頭前沿施工完成以后進(jìn)行港池及回旋區(qū)域的清淤時(shí)土圍堤將額外的增加很大的工作量；因此，土圍堤在本項(xiàng)目現(xiàn)有的條件下不可行。

3.項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)有近200延米的WRU26-600型鋼板樁，配套的打樁設(shè)備齊全；經(jīng)計(jì)算和反復(fù)討論，鋼板樁臨時(shí)圍堰具有穩(wěn)定性高、防透水性好、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，故斜坡碼頭前沿采取鋼板樁臨時(shí)圍堰輔助施工。

四、鋼板樁臨時(shí)圍堰穩(wěn)定性計(jì)算

本工程為臨時(shí)支護(hù)，故荷載分項(xiàng)系數(shù)均取1.0，圍堰鋼板樁頂標(biāo)高設(shè)計(jì)為95.00m，碼頭前沿基床設(shè)計(jì)標(biāo)高為88.00m，圍堰鋼板樁打設(shè)深度為8m；為增強(qiáng)鋼板樁圍堰的穩(wěn)定性，鋼板樁墻后方進(jìn)行5m寬的自然土堤填筑，土堤坡比為1：2，頂標(biāo)高設(shè)計(jì)為93.50米。前沿基床清淤前將圍堰后方的水位采取水泵排水的方式降至87.0m再進(jìn)行基坑清淤；河岸邊線至圍堰鋼板樁的水平距離為28m，滿(mǎn)足75t履帶吊作業(yè)的要求。如圖1所示

3.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，板樁彎矩設(shè)計(jì)值273.9KN·m/m

根據(jù)Eurocode3-Part5中的規(guī)定，板樁抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式如下：MEd≤Mc，Rd。其中，Med——計(jì)算出的板樁彎矩設(shè)計(jì)值，Mc，Rd——板樁截面抵抗彎矩值。Mc，Rd=βBWelfy/YMO

式中，βB——截面抵抗矩折減系數(shù)，取0.7； Wel——截面抵抗矩， WRU26-600鋼板樁抵抗矩1800cm3/m；fy——板樁材料強(qiáng)度，S355GP，fy=355Mpa； γM0——安全系數(shù)，取1.0

經(jīng)計(jì)算，鋼板樁截面抵抗彎矩Mc，Rd=447.3KN·m/m大于彎矩設(shè)計(jì)值273.90KN·m/m，鋼板樁強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

4.穩(wěn)定性計(jì)算。Plaxis中穩(wěn)定性采用強(qiáng)度折減法，該方法計(jì)算出的安全系數(shù)反映出的是包括結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)、板樁踢腳失穩(wěn)、板樁抗滑抗傾覆失穩(wěn)等圍堰存在的各種潛在土體失穩(wěn)破壞的最不利情況。經(jīng)計(jì)算，結(jié)構(gòu)滑動(dòng)面如圖6所示.

安全系數(shù)曲線如圖7所示，穩(wěn)定性安全系數(shù)取曲線趨近直線處縱坐標(biāo)數(shù)值，約為1.66

五、鋼板樁臨時(shí)圍堰施工

本工程為矩形駁岸擋水開(kāi)挖臨時(shí)圍堰，采用75t履帶吊機(jī)和90KW振動(dòng)錘進(jìn)行圍堰鋼板樁的打入。施工前完善履帶吊機(jī)的作業(yè)平臺(tái)，對(duì)不滿(mǎn)足吊機(jī)臂長(zhǎng)作業(yè)范圍的區(qū)域進(jìn)行回填、拓寬，保證履帶吊機(jī)前沿至圍堰鋼板樁軸線距離不大于28米，在河堤平臺(tái)滿(mǎn)足履帶吊作業(yè)條件下方可進(jìn)行圍堰鋼板樁的打入。為保證圍堰鋼板樁打入后線型的規(guī)范，以自制的導(dǎo)向架為輔助，采取屏風(fēng)式先排列后打入的方法進(jìn)行鋼板樁的打設(shè)；導(dǎo)向架采用360型工字鋼焊接在圍堰軸線兩側(cè)定位樁的牛腿支架上，對(duì)鋼板樁打設(shè)方向進(jìn)行引導(dǎo)，兩側(cè)工字鋼的間距略大于鋼板樁上下口的寬度，保證鋼板樁打設(shè)過(guò)程中能順利通過(guò)導(dǎo)向架，并能有效控制圍堰鋼板樁的線型。

1.施工流程

2.施工過(guò)程中注意事項(xiàng)。（1）圍堰鋼板樁施工前應(yīng)對(duì)每一根鋼板樁進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)鋼板樁和鎖口有變形的采取矯正措施，并在施工前對(duì)鎖扣內(nèi)涂抹黃油，減小打樁時(shí)鎖口之間的摩擦力；若地層阻力大沉樁困難，應(yīng)采取輔助措施進(jìn)行施工，比如采取水沖法，將鋼板樁底部設(shè)置高壓水噴頭，高壓水流能擾動(dòng)、疏松砂層，降低鋼板樁在砂層中的阻力和鎖口之間的摩擦力，易于沉樁，減少鋼板樁和打樁設(shè)備的損壞。（2）第一根定位樁對(duì)整個(gè)鋼板樁墻的線型起引導(dǎo)作用，在打設(shè)首根定位樁時(shí)應(yīng)嚴(yán)格測(cè)量其橫向、縱向偏差并在打設(shè)前設(shè)置轉(zhuǎn)角連接件，一般情況下定位樁每打入2-3米應(yīng)作一次測(cè)量校正；鋼板樁排列過(guò)程中嚴(yán)格控制沿軸線方向的傾斜度，軸線方向的傾斜度呈累積的態(tài)勢(shì)延續(xù)，傾斜過(guò)大將增大鎖扣之間的摩擦力，二次沉樁將無(wú)法進(jìn)行；排列過(guò)程中檢測(cè)發(fā)現(xiàn)傾斜度過(guò)大應(yīng)及時(shí)將鋼板樁拔出重新調(diào)整、打入，確保每一根鋼板樁打入的垂直度。（3）由于局部地層存在淤泥混沙，該地層比較松軟，鋼板樁排列、打設(shè)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)將相鄰鋼板樁帶入的情況，可采取將相鄰的幾根鋼板樁用型鋼焊接為一體再進(jìn)行排列、打設(shè)，二次沉樁呈階梯狀打入，最后再將連帶的鋼板樁分開(kāi)，逐一打設(shè)。（4）為保障鋼板樁墻的穩(wěn)定，后方土堤回填時(shí)嚴(yán)格控制圍堰內(nèi)外的水位差，待水下回填到一定高度再進(jìn)行排水，然后繼續(xù)回填，以此反復(fù)作業(yè)，直達(dá)土堤填至設(shè)計(jì)高度。（5）為減小水流的沖擊，圍堰鋼板樁的打設(shè)從上游往下游進(jìn)行，待碼頭前沿施工完成后圍堰鋼板樁的拔除從下游往上游進(jìn)行。

六、結(jié)束語(yǔ)

由于非洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)落后，長(zhǎng)途交通不便，各種物資非常匱乏，水運(yùn)工程施工難度較大；特別是存在水下施工的區(qū)域，在各項(xiàng)條件非常有限的環(huán)境下采用鋼板樁臨時(shí)圍堰輔助斜坡碼頭的水域部分施工具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，在類(lèi)似地區(qū)的水工作業(yè)中有著良好的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 板樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范（JTS 167-3-2009）