橋閘工程中圍堰施工及質量管理研究

蔡錫鏗 廣東粵源工程咨詢有限公司

1.橋閘工程中圍堰施工概述

1.1 圍堰技術的作用

橋閘工程隸屬于水利工程的范疇。在該工程施工之前先采用圍堰技術用以隔斷外界水流、泥土的沖刷。能夠為工程的正式施工提供一個較為穩(wěn)定的施工條件。比如說為基坑的挖掘營造良好的施工旱地環(huán)境，同時可以保障施工人員和機械設備的安全。當施工人員的橋閘施工作業(yè)完成之后，圍堰還需要拆除，恢復原本的水流及泥土的正常流向和流動。

1.2 橋閘工程中常見的圍堰技術類型

1.2.1 混凝土圍堰

混凝土圍堰技術是橋閘工程施工中最為常見的一種圍堰手段，該技術具有較強的抗沖刷能力和較為良好的密封性能、擋水水頭高、底寬小的特點。利用混凝土圍堰技術構造的縱向圍堰結構體能夠兩面擋水，可以與永久建筑物合二為一形成橋閘工程的閘室體。混凝土圍堰的結構形式眾多，其中使用頻率最多的一種圍堰結構是重力式混凝土圍堰結構形式，是水利工程施工中常用到的混凝土圍堰結構。

1.2.2 過水土石圍堰

在橋閘工程的施工導流期間，不排除基坑有被水流吞沒的風險，所以設計人員在對圍堰進行設計時，應該充分考慮圍堰堰腳的防護及加固處理，提升基坑的抗沖刷能力。在橋閘工程等水利施工過程中，過水土石圍堰能夠保證圍堰安全過水，有效的降低圍堰堰體所受的壓力，對于堰體結構的保護起到了良好的效果。

1.2.3 不過水土石圍堰

如果在某項橋閘工程中，確定基坑不會被該地域的水流淹沒，施工人員就可以采用不過水的土石圍堰結構。這種圍堰技術的優(yōu)點顯而易見，不僅造價成本低廉，而且對技術的要求不高，適用范圍廣、適應能力強。但缺陷極為明顯，該技術的使用受水位限制，如果本地域的水文條件發(fā)生較大變動，汛期水量異常增長，就有必要對現(xiàn)有圍堰采取特殊措施進行防護。

1.2.4 鋼板樁圍堰

利用鋼板樁圍堰技術對水流、泥土進行隔斷主要是利用鋼板樁材料，將其釘入土體再經(jīng)過拼接之后形成具有抵抗水流、泥土壓力沖刷的結構體，具有較強的穩(wěn)定性和可靠性。這種圍堰結構的施工造價成本不高，而且施工進展快、難度低，常見的鋼板樁圍堰結構體以圓形或矩形居多。

2.結合具體橋閘工程案例探究圍堰施工

2.1 橋閘工程概況

2.1.1 工程信息簡介

揭陽市北河橋閘位于揭陽市揭東縣新亨鎮(zhèn)秋江村，榕江支流北河的中游。是一宗以灌溉為主，兼有防洪、水陸交通、城鄉(xiāng)工業(yè)及居民生活用水等綜合利用的水利工程。

北河橋閘重建工程左、右岸土壩采用均質土壩。電站引閘門凈寬10.0m。采用無坎寬頂堰型式，底板高程0.0 m。攔河水閘采用無坎寬頂堰型式，船閘為單線單級，航道等級為Ⅶ級，船閘尺寸選用80m×12m×1.3m（長×寬×門檻水深）。取水口位于閘軸線上游約210m處的右岸，底板高程0.7m，孔口尺寸b×h=4m×3m,設計引水流量8.0m/s。

2.1.2 水文特征

榕江流域的洪水多由暴雨形成。榕江洪水受熱帶氣旋雨（臺風雨）影響較大，主汛期出現(xiàn)在后汛期的8～9月份。

2.1.3 地質條件

本區(qū)位于廣東省東南沿海丘陵地帶，區(qū)內山體高程一般為100m～500m，山勢總體上西北高東南低，山體較雄厚，連綿不斷。本工程位于榕江北河中游、揭陽沖積平原區(qū)西部邊緣處。施工地域的土質屬于細砂類，土層由淺入深依次是粉質黏土夾粉土、粉砂夾粉土、粉砂。

2.2 橋閘工程的圍堰施工

根據(jù)揭陽市北河中游水域的水文和地質條件，并充分結合各項圍堰技術的應用優(yōu)點和限制條件，在綜合權衡之下，最終選定采用鋼板樁圍堰技術進行圍堰施工。

2.2.1 鋼板樁安裝的施工工序

在該橋閘工程中，鋼板樁圍堰施工技術的操作流程應按照以下順序依次進行：做好準備工作、插打鋼板樁、拆除施工平臺、安裝圍檁、支撐、水下清土、封底、抽水、承臺施工。文章后續(xù)將對鋼板樁安裝過程中較為重要的施工流程進行介紹。

2.2.2 做好準備工作

一方面，在進行圍堰施工之前，相關施工人員要對圍堰施工所用的車輛、作業(yè)船和機械設備等客觀條件進行確認，保證圍堰施工所需材料無異常現(xiàn)象。另一方面，合理布置岸邊的用電連接節(jié)點。并確認施工人員攜帶的柴油發(fā)電機、振搗試打樁機等基礎設施能夠正常運行。另外，相關工程防護措施要就位，避免因其他外界因素或者工程施工風險對施工人員或機械設備等造成安全隱患。

2.3 插打鋼板樁

2.3.1 單獨打入法

鋼板樁的插打操作對最終的鋼板樁圍堰性質平整程度和剛性都會產生直接性的影響，所以，施工人員在對鋼板樁進行插打時要利用合適的插打機械設備，運用適宜的插打方式來提升鋼板樁結構體的防滲漏和抗沖刷能力。出于對成本造價和工期進度的考慮，該橋閘工程選用單獨打入法進行鋼板樁的打入。這個打樁的方式要求對鋼板樁實現(xiàn)一次性打入，并且按照順序完成沉樁任務。施工人員在運用單獨打入法進行鋼板樁的打入時需要注意鋼板樁的插入傾斜程度，利用導線對圍堰的軸線位置進行標記，再通過導向架的作用效果進行圍堰施工。施工過程中，啟動振動錘需要對打樁錘下沉的速度進行必要的控制，確保在此期間，鋼板樁處于直立狀態(tài)，便于鎖扣的咬合，為后續(xù)的鋼板樁圍堰具備良好的阻水能力奠定堅實的基礎。

2.3.2 確定導向架的位置

導向架作為鋼板樁圍堰尺寸精度控制的重要裝置，所以在導向架自身結構的尺寸要具有較高的精準程度，避免因自身精度不足帶偏鋼板樁打入的精準程度，更要避免在此期間發(fā)生水平位移現(xiàn)象。另外，導梁和導柱作為導向架的組成結構，在安裝過程中很大程度上會有縫隙存在，對于此，當施工人員在安裝導梁和導柱時焊接密實，減少樁面和導架結構的空隙。在導向架位置的確定過程中可以借助相應的設備進行輔助測量，如利用水平儀的作用對導向架的位置和高度進行調整，確保能夠對鋼板樁的施工高度進行有效的控制。

2.4 安裝支撐

當鋼板樁插打完畢之后，按照順序完成第一、二、三道支撐。具體的安裝手段是由施工人員進行抽水吸泥，直至低于圍檁大概50cm之后再進行正常安裝，當三道支撐設置全部完成之后，可進行水下吸泥，當吸到一定程度之后再著手進行第四道支撐的建設。當四道支撐全部建設完畢之后，施工人員可對作業(yè)環(huán)境進行清理，如當?shù)氐姆凵啊⒎弁恋葓D紙碎屑。鋼板樁打入對周圍環(huán)境造成的干擾，施工人員要對其進行清理再完成澆筑封底。

2.5 圍堰內水下吸泥施工

2.5.1 對水下吸泥水位的控制

結合揭陽市北河中游的土質條件分析，封底砼面之上的土層普遍是黏土、粉砂夾粉土。像這類的砂性泥土對于吸泥作業(yè)的開展來說較為容易。值得注意的是，在進行吸泥作業(yè)時需要秉承著圍堰內部與外部水位始終平衡的原則。有鑒于此，我們采用預留閥門孔的方式來實現(xiàn)堰體內外水位平衡，孔位的確定可以根據(jù)當?shù)匾拥淖畹退粊硗瓿晌恢玫倪x定。

2.5.2 吸泥工序

案例工程的水下吸泥需要進行標高設計，當?shù)谝淮挝嗟街付烁咧笠诠こ虄炔堪惭b好第四道圍檁支撐，當安裝固定之后進行二次吸泥，當吸泥量到第二次標高時，需要派遣體質較好的下潛人員對坑底殘留的泥漿用高壓水槍進行清理，避免后續(xù)混凝土施工與鋼板樁之間的黏合效果遭到泥漿的干擾。值得注意的是，在吸泥完畢之后要對坑底的標高數(shù)值進行多次測量，確保圍堰結構體內部的河床盡量處于平整的狀態(tài)，之所以有這樣的要求是為下一步的封底混凝土澆筑施工奠定厚度基礎。

2.6 封底混凝土施工

揭陽市北河中游橋閘重建工程的封底采用的是在水下完成混凝土的澆筑施工。該項施工流程位于第四道圍檁安裝固定之后，在水土壓力下進行混凝土封底將會對整個圍堰結構體的底部區(qū)域強度起到一定的效果增補作用，抗沖刷、抗沖擊的能力相較之前都有了較大的提升，對于圍堰結構體的穩(wěn)定發(fā)揮了不可忽視的作用。該工程的封底混凝土澆筑應采用導管法來完成，借助鉆樁平臺來對放置型分配梁進行定位，再利用腳手板充當封底混凝土的施工平臺，當準備工作就緒之后完成封底導管的鋪設，導管在連接上應偏緊密，在正式使用之前注重檢查導管的密封性，避免出現(xiàn)脫落或滲漏等現(xiàn)象。導管在鋪設時，應注意下口懸空應介于150mm和200mm之間，導管口要埋入混凝土之中，深度不超過300mm。

2.7 鋼板樁的拔除

橋閘工程中鋼板樁圍堰的拆除是利用振動錘來完成，利用強大的振動力，對本水域中的土質結構進行高頻振動，逐步松動和瓦解鋼板樁與土體之間的黏合程度，再利用起重機向上的拉力將土體中的鋼板樁提調出來，在經(jīng)過后期的清洗和保養(yǎng)之后可重新投入二期工程的使用。

3.圍堰施工的質量管理分析

橋閘工程圍堰施工的質量管理可以以圍堰施工的環(huán)節(jié)為切入點，深入探討關鍵環(huán)節(jié)中影響鋼板樁圍堰質量的要點。

3.1 鋼板樁材料質量控制

3.1.1 材料的檢查

橋閘工程鋼板樁圍堰所采用的材料是拉森鋼板IV型樁，在正式投入圍堰建設之前，施工人員應對其進行全面的檢查，如果鋼板樁自身存在殘缺、生銹、形變等狀況就應該及時采取措施對其進行修復或者更換，保證圍堰建造的質量。鎖口作為連接鋼板樁的重要節(jié)點，對其質量要求要保證鋼板樁的連接無縫隙，不存在滲漏現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)鎖口存在扭曲變形現(xiàn)象，需要施工人員及時發(fā)現(xiàn)并予以調整。

3.1.2 拼接工藝

鋼板樁的焊接質量直接決定著鋼板樁拼接工藝的效果。為了確保鋼板樁的拼接工藝效果良好，施工人員就要從焊接的材料入手，盡量將其保存在干燥、通風良好的環(huán)境，避免存在陰暗潮濕的空間。如果因疏忽將焊接材料放置在了陰暗潮濕處，當發(fā)現(xiàn)時應立即采用干燥處理，避免過度氫脆，降低鋼板樁圍堰的剛性和強度。施工人員在進行焊接作業(yè)時，支持施工人員利用多層交替雙面焊接法進行焊接，該方法能夠對溫度應力進行控制，從而形成質量優(yōu)良的焊接縫隙。

3.2 鋼板樁插打質量控制

3.2.1 定位樁選擇

上述文章提到鎖口使得各個鋼板樁之間緊密連接。如果一根鋼板樁的尺寸出現(xiàn)了偏差現(xiàn)象，那必然會對其他鋼板樁的正常尺寸構成影響，所以如果選擇第一根定位樁并且把控垂直誤差成為了鋼板樁圍堰結構體質量控制的因素之一。根據(jù)常規(guī)施工經(jīng)驗和本工程實際情況來看，節(jié)點樁可以作為首選的定位樁，并且可以利用導向架裝置，焊接大約2cm的鋼板來控制垂直度的誤差范圍。

3.2.2 合攏工藝

在鋼板樁的插打過程中，合攏作為插打的最后一個步驟，施工人員在合攏位置的選擇上應選擇水流流速不快、地質條件較為優(yōu)越的位置進行圍堰短側。同時在合攏過程中應該計算好預留的尺寸大小，確保在合攏之后鋼板能夠嚴絲合縫的插入進去，并且滿足鎖口的牢固要求。

3.3 封底混凝土施工質量控制

3.3.1 導管的強度

當鋼板樁圍堰進行封底混凝土澆筑施工時，導管在水中不僅要承受著混凝土的重力，而且還要擔負著向上的應力以及混凝土與導管管壁之間的摩擦力。在多種受力條件下，如果導管自身的質量不達標或者強度較弱，將很有可能造成導管破裂現(xiàn)象，無法完成封底混凝土的施工質量控制。因此，在對導管的質量管理上，必須要對導管的強度進行控制，施工人員在進行施工之前進行模擬實驗，檢驗和挑選合適的導管。

3.3.2 澆筑方式

案例工程的鋼板樁圍堰的坑底尺寸比較大，所以封底混凝土的體積也相應較大。施工人員在利用導管法進行施工時務必按照既定的順序進行施工，即由周圍向中心匯聚式的施工方式。與此同時，滿足該項條件的情況下，堅持由低到高的澆筑方法。

3.3.3 鋼板樁拔除質量控制

鋼板樁的拔除需要在鋼拉桿完全拆除之后進行。一方面，鋼板樁的拔除不能信奉暴力行為，可以先進行試拔再完全拔除，在拔除的過程中，可以尋求相對來說較為容易拔除的鋼板作為突破口。另一方面，利用振動錘振動拔除鋼板時，不應長時間保持振動，可以隔一段時間再進行振動操作，結合相關工程案例，振動錘的單次工作時間不應超過90分鐘。

4.結語

綜上所述，文章以揭陽市北河中游橋閘重建工程為研究對象，對鋼板樁圍堰的設計和施工技術進行了研究，得出以下結論：首先，本工程具有典型代表，進一步凸顯出了鋼板樁圍堰施工靈活、造價成本不高的優(yōu)勢，而且強度高、組裝便捷，可重復使用，對環(huán)境和水源的影響較小的施工特色。其次，鋼板樁圍堰也具有一定的局限性，如受制于鋼材材質和制造工藝影響明顯；剛度受限，如果水下承臺位置較深，需要內支撐對圍堰施工起一定的輔助效果；對河床具有硬性要求，對于長期處于較高水位的施工場地并不適合采用鋼板樁圍堰，本工程的水位較低，滿足鋼板樁圍堰施工的條件。再次，在進行圍堰施工時，需要格外注意內支撐的更換和拆卸設計，該設計是圍堰能否安全拆除的重要節(jié)點，最好在承臺完成之后，墩身施工之前完成第三道內支撐的換拆操作，以防對墩身施工造成不良影響。最后，水下吸泥和封底混凝土操作對鋼板樁圍堰的抗沖刷能力具有直接影響，在該工程的圍堰施工中，采用了高質量和科學的水下吸泥及封底混凝土工藝?？偠灾?，圍堰施工作為我國橋閘工程以及其他水利工程的關鍵性技術，對主體工程的正常施工具有重要意義。