臨近既有建筑物條件下船閘加固對保證樞紐安全的措施研究

劉冬山

（江蘇省泰州引江河管理處，江蘇 泰州 225321）

1 工程概述

1.1 工程概況

江蘇省泰州引江河高港樞紐一線船閘（簡稱一線船閘）于1999年9月建成投入運(yùn)行，閘室長196 m，寬16 m，檻上水深3.5m，設(shè)計(jì)最大過閘船型為500t 級、300t 頂推船型及100 噸級拖帶船隊(duì)，2015年船舶實(shí)際通過量約5500 噸。一線船閘自建成通航以來，由于船行頻繁，長年超負(fù)荷運(yùn)行，水工建筑物多處發(fā)生損壞，設(shè)備磨損老化。2016年11月一線船閘除險(xiǎn)加固工程開工建設(shè)，2017年5月下旬通過水下階段驗(yàn)收。主要加固內(nèi)容有水工建筑物加固、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備更換、電氣自動(dòng)化改造等工程。

一線船閘除靠船墩拆建和航道東側(cè)護(hù)坡加固外，閘首閘室墻、導(dǎo)航墻、護(hù)坦、護(hù)底等主體工程水下部分加固需構(gòu)筑施工圍堰進(jìn)行干法施工。

1.2 工程場地水文地質(zhì)

據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，施工區(qū)域地質(zhì)條件差，以砂性土為主，地下水豐富，承壓水頭較高，各土層中富含壤土薄層，地基具有較強(qiáng)的水平滲透，而垂直滲透相對較弱。另外地處長江下游感潮河段，受到每天兩次潮汐等自然環(huán)境因素的影響。

2 工程特點(diǎn)

2.1 基坑安全保護(hù)要求高

本工程下游引航道與長江連接，上游引航道與泰州引江河上游河道連通，東側(cè)與節(jié)制閘相臨，節(jié)制閘需正常引水調(diào)度，兩座閘之間設(shè)有中隔堤；一線船閘閘室中心線與中隔堤相距約83m。西側(cè)有一座二線船閘，兩座船閘的中心線相距70 m，船閘晝夜通航，引航道通航船舶較多。需采取綜合安全措施，以保護(hù)臨近既有建筑物的安全運(yùn)行。

2.2 基坑降排水施工難度較大

一線船閘上下游鋼板樁圍堰合攏后，基坑面積約17542m，最大深度12.5m，屬于超過一定規(guī)模的深基坑工程。閘塘閘室底板、護(hù)坦、護(hù)底有透水結(jié)構(gòu)，平均積水深6m，水量約10.5 萬m，排水時(shí)間約需兩周。同時(shí)地質(zhì)條件復(fù)雜，不易形成降水漏斗，地下水位較高，降水難度大。

2.3 鋼板樁圍堰施工復(fù)雜

上下游鋼板樁圍堰施工最大難點(diǎn)是下游鋼板樁圍堰的構(gòu)筑，鋼板樁最大高度達(dá)8.6 m，一是施工區(qū)域各土層多為粉質(zhì)沙壤土或粉砂土，且下游引航道與長江連通，每天兩次潮汐使下游圍堰一直承受動(dòng)水壓力，可能會(huì)出現(xiàn)鋼板樁變形甚至失穩(wěn)現(xiàn)象。二是鋼板樁圍堰與導(dǎo)航墻裹頭連接部分為剛性接觸，易產(chǎn)生滲水現(xiàn)象；三是二線船閘晝夜不間斷通航，引航道過閘船舶較多，船舶航行?？繒?huì)造成施工安全管理的困難。

3 保證樞紐安全保護(hù)的措施

3.1 上下游設(shè)置雙層鋼板樁圍堰

為了在基坑里進(jìn)行干法施工，在距上下游閘首135米處的航道上構(gòu)筑雙層鋼板樁圍堰進(jìn)行擋水，圍堰西側(cè)末端與二線船閘上下游導(dǎo)航墻裹頭相接，圍堰具有一定的抗傾覆能力和止水防漏要求。圍堰不度主汛期，運(yùn)行期約需5 個(gè)月。（圖1）

圖1 鋼板樁圍堰和截滲墻平面布置圖

3.2 形成封閉的防滲結(jié)構(gòu)

為保證施工期中隔堤滲流穩(wěn)定，在鋼板樁圍堰東側(cè)末端沿中隔堤方向新建截滲墻，截滲墻兩端與上下游圍堰東側(cè)連接，采用多頭小直徑水泥攪拌樁和高壓噴射樁施工。上下游圍堰西側(cè)與二線船閘已建的第一道防滲體系末端連接形成封閉防滲結(jié)構(gòu)，二線船閘的第一道防滲體系為一線船閘與二線船閘之間的一道多頭小直徑深層水泥攪拌樁截滲墻，與上下游導(dǎo)航墻（結(jié)構(gòu)地連墻）形成交圈。一線船閘多頭小直徑水泥攪拌樁截滲墻采用深層五軸水泥攪拌樁施工。

3.3 基坑降排水及各部位控制水位

施工降排水主要包括滲水抽排、深井降水、雨水及施工廢水外排等，在基坑降排水時(shí)，要控制閘室墻前后地下水位差，過大或過小都會(huì)造成閘室墻前傾或后仰，影響工程安全；控制場地各區(qū)域水位，既滿足施工要求，又要防止對周圍建筑物產(chǎn)生不利影響，保證施工期區(qū)域滲流穩(wěn)定。經(jīng)閘室墻后滲流穩(wěn)定計(jì)算復(fù)核，一線船閘閘室檢查井控制水位不得高于▽-0.5，閘室墻前后最大水位差控制不大于3.5 m，二線船閘閘室檢查井控制水位不低于▽1.5 m。在深基坑內(nèi)設(shè)置24 口降水井（包括閘室底板及護(hù)坦原有的14 口降壓排水井），在上下游雙層鋼板樁圍堰內(nèi)側(cè)各施打5 口臨時(shí)降水井。（圖2）

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 雙層鋼板樁圍堰施工

在上下游鋼板樁圍堰與二線船閘上游導(dǎo)航墻裹頭連接處，導(dǎo)航墻基礎(chǔ)為灌注樁套打，墻后高壓擺噴結(jié)構(gòu)，為防止連接處漏水，加強(qiáng)施工期圍堰安全，在上下游雙層鋼板樁圍堰西側(cè)增設(shè)單排鋼板樁，單排鋼板樁與已有導(dǎo)航墻的錨筋焊接，

雙層鋼板樁圍堰內(nèi)回填土結(jié)束后，在回填土與導(dǎo)航墻裹頭連接處施打高壓旋噴樁處理，防止?jié)B漏。

4.2 截滲墻施工

截滲墻多頭小直徑水泥攪拌樁采用套打的方式施工，攪拌噴漿遍數(shù)采用“兩攪兩噴”工藝，采用P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥摻量16%，水泥漿水灰比1.0，樁垂直度偏差不得超過0.5%，樁位偏差不得大于20mm，成樁直徑和樁長不得小于設(shè)計(jì)值，在施工時(shí)留取混凝土抗壓、抗?jié)B試樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)護(hù)，28 天后進(jìn)行試驗(yàn)。

一線船閘交通橋東側(cè)混凝土路面，截滲墻施工范圍內(nèi)埋設(shè)自來水管、光纜、電纜等管線，采用高壓噴射樁防滲帷幕，施工時(shí)采用路面半幅施工，保證車輛和人員的通行。

4.3 基坑積水和地下水降排

閘塘原有的積水降排，嚴(yán)格控制水位下降速率，降水速率控制在0.5m/d。管井降水采用回旋鉆機(jī)施工，施工跟機(jī)測定泥漿的比重、粘度、含砂率和膠體率，既要防止塌孔，又要防止因泥漿比重大、粘度大而造成鉆孔周邊土體孔隙堵塞，影響降水效果。根據(jù)地質(zhì)條件泥漿比重控制在1.1 以內(nèi)，成孔后立即清孔。在井管與孔壁間填充濾料，濾料采用中粗砂，防止細(xì)砂透過濾料阻塞濾布。試抽時(shí)嚴(yán)格控制降水速率，在周邊濾料密實(shí)后，進(jìn)行洗井，定時(shí)檢測降水井丼水的含泥量小于0.5‰。

4.4 監(jiān)測保證

落實(shí)圍堰施工運(yùn)行巡查制度,注意觀察圍堰表面土方的沉降及漏水情況，定期對鋼板樁圍堰進(jìn)行位移觀測。在施工前須制定一、二線船閘主體建筑物位移觀測方案，間隔位移量大于5mm,或累計(jì)位移量大于10 mm，立即報(bào)警并采取措施。

24 小時(shí)值班監(jiān)視降水井，繪制實(shí)際降水曲線，當(dāng)井內(nèi)水位下降大于等于1000mm，或日變化量大于等于500mm/d 時(shí)，立即報(bào)警。經(jīng)常檢查潛水泵的工作狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整泵的高度，發(fā)現(xiàn)不抽水的水泵及時(shí)更換，把地下水位降至施工設(shè)計(jì)要求。降水井設(shè)置警示標(biāo)志。

4.5 施工安全管理

在圍堰迎水側(cè)設(shè)置警示標(biāo)牌及信號(hào)燈，每隔一段設(shè)置鋼管防撞架，加強(qiáng)過往船舶的宣傳疏導(dǎo)，船舶不得進(jìn)入施工區(qū)。對各個(gè)水工建筑物周邊區(qū)域進(jìn)行巡查,發(fā)現(xiàn)地表裂縫、塌陷等異常采取控制措施，嚴(yán)密觀察其變化情況。重型車輛及設(shè)備嚴(yán)禁進(jìn)入一線船閘周邊20 米范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)堆放荷載嚴(yán)禁超過20Kpa。

5 實(shí)施效果

查看觀測資料，深基坑在施工運(yùn)行期間，一線船閘和二線船閘主體建筑物各觀測點(diǎn)位移值和不均勻位移值均較小，滿足規(guī)范要求。未發(fā)現(xiàn)因沉降變形引起的止水材料損壞、滲漏水、建筑物局部破損和周邊土體表面裂縫塌陷的現(xiàn)象。雙層鋼板樁圍堰垂直位移和水平位移各項(xiàng)數(shù)據(jù)也處于可控范圍內(nèi)。

6 結(jié)語

一線船閘加固必須有保證樞紐安全的措施；針對工程場地以砂性土為主、地下水位高、降水難度大等地質(zhì)水文條件，采取鋼板樁圍堰、防滲帷幕、基坑降排水等施工關(guān)鍵技術(shù)，并做好安全監(jiān)測和施工管理工作；在保證臨近既有水工建筑物的安全運(yùn)行前提下，同時(shí)完成一線船閘加固工程建設(shè)任務(wù)。