水下拉森鋼板樁圍堰工程防滲漏研究

花 磊，張彤煒，全財(cái)華，周國(guó)義

（1、中鐵建工集團(tuán)有限公司 北京 100160；2、東莞市建筑科學(xué)研究院有限公司 廣東東莞 523809）

0 引言

現(xiàn)行的基坑支護(hù)方法有排樁（鋼板樁、鋼管樁為主）、土釘墻、地下連續(xù)墻等，但土釘墻和地下連續(xù)墻屬于一次性投入，不能循環(huán)利用，且費(fèi)用高、工期長(zhǎng)。為加快施工進(jìn)度、節(jié)省工期，水下圍堰工程中常采用排樁。鋼板樁是由帶有鎖扣的型鋼拼接而成，根據(jù)其截面形式的不同，可以分為直板形、U型及Z型等。與鋼板樁相比，鋼管樁剛度大、承載力高、擠土效應(yīng)大，需要注漿，工藝程序較多。拉森鋼板樁（U 型鋼板樁）不僅具有高強(qiáng)度、質(zhì)量輕、隔水性能好的特點(diǎn)［1］，同時(shí)具有施工簡(jiǎn)單、工期短、耐久性良好、互換性好、建設(shè)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，目前被而廣泛應(yīng)用于圍堰工程中［2］。但其應(yīng)用在水下圍堰工程時(shí)卻極易因受到水壓、船只撞擊等不利因素發(fā)生漏水、滲水問(wèn)題而影響到施工進(jìn)度及工程質(zhì)量［3］。

李佟等人［4-6］針對(duì)上述拉森鋼板樁應(yīng)用在水下圍堰工程中滲漏問(wèn)題提出過(guò)一些解決方案，但多數(shù)是針對(duì)單一工程進(jìn)行梳理，缺乏對(duì)該問(wèn)題較為全面的總結(jié)分析。因此本文首先分析了導(dǎo)致滲漏水情況的原因，然后對(duì)現(xiàn)有防滲漏施工關(guān)鍵技術(shù)以及堵漏方法進(jìn)行了研究總結(jié)，最后提出一種更加安全、高效的堵漏思路，為類似工程問(wèn)題提供參考。

1 水下圍堰工程中拉森鋼板樁滲漏水的原因分析

拉森鋼板樁圍堰是依靠鎖扣間的相互咬合來(lái)實(shí)現(xiàn)封閉，以達(dá)到止水分隔的目的，因此鎖扣通常是拉森鋼板樁防滲漏的關(guān)鍵，鎖扣正常咬合如圖1?所示。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)資料水下圍堰工程中拉森鋼板樁易出現(xiàn)鎖扣咬合縫隙滲漏水和鎖扣脫扣、開叉滲漏水［4］，分析具體原因如下：

⑴在施工過(guò)程中鎖扣容易因作業(yè)環(huán)境、施工工藝及人工操作的影響受到設(shè)備的拉扯，使得鋼板樁圍堰的部分樁垂直度與線性控制達(dá)不到要求，從而導(dǎo)致鎖扣間有咬合縫隙而發(fā)生滲漏水，如圖1?所示；

⑵在鋼板樁圍堰插打結(jié)束后，對(duì)圍堰內(nèi)部進(jìn)行抽水及開挖過(guò)程中若鋼板樁外側(cè)受到被動(dòng)土壓、水壓較大，鋼板樁材質(zhì)將發(fā)生變形，使得鎖扣咬合產(chǎn)生縫隙，甚至鎖扣損壞等情況而發(fā)生滲漏水。

⑶當(dāng)開挖的基坑單邊距離較長(zhǎng)時(shí)，插打鋼板樁過(guò)程可能發(fā)生傾斜，使得鋼板樁上部鎖扣咬合正常，但下部鎖扣由于累計(jì)傾斜偏差較大，在繼續(xù)插打過(guò)程中鎖扣間拉扯力增大，導(dǎo)致鎖扣咬合出現(xiàn)縫隙甚至脫扣發(fā)生滲漏水。

⑷由于鋼板樁通常是循環(huán)使用的，經(jīng)多次插打的鋼板樁，其鎖扣可能出現(xiàn)拉寬變形，鎖扣正常咬合后其縫隙也較大，特別是插打過(guò)程遇到承載力較大的土層時(shí)的情況，鋼板樁極易傾斜使得鎖扣出現(xiàn)脫扣開叉導(dǎo)致滲漏水，如圖1?所示。

圖1 滲漏水原因分析Fig.1 Analysis of the Cause of Leakage

⑸插打鋼板樁時(shí)，下部可能存在石塊，使得下部鋼板樁鎖扣被頂出發(fā)生脫扣開叉而發(fā)生滲漏水。

2 水下圍堰工程中拉森鋼板樁防滲漏水方案

由前文對(duì)拉森鋼板樁滲漏水的原因分析可以發(fā)現(xiàn)，拉森鋼板樁材質(zhì)缺陷、施工水平優(yōu)劣等對(duì)后期施工過(guò)程中是否發(fā)生滲漏水情況具有顯著影響，因此施工前應(yīng)對(duì)拉森鋼板樁樁身材料進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)收、管理，并做好施工人員技術(shù)交底工作，提升鋼板樁插打施工工藝水平等。盡可能通過(guò)前期嚴(yán)謹(jǐn)、合理的施工組織手段減少滲漏水問(wèn)題的發(fā)生，保證拉森鋼板樁圍堰的質(zhì)量。

2.1 滲水和漏水問(wèn)題的預(yù)防措施

2.1.1 插打前拉森鋼板樁的檢驗(yàn)

首先對(duì)拉森鋼板樁的樁身、鎖扣從外觀上進(jìn)行材質(zhì)、形狀檢查，對(duì)不符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)且難以修復(fù)的板樁應(yīng)進(jìn)行更換；對(duì)于可修復(fù)的舊鋼板樁也應(yīng)在平臺(tái)上進(jìn)行修正，比如使用液壓千斤頂頂托對(duì)彎曲變形的鋼板樁可進(jìn)行校正。

其次對(duì)拉森鋼板樁材料進(jìn)行詳細(xì)檢查，包括長(zhǎng)度、寬度、厚度及垂直度的測(cè)量，并檢驗(yàn)是否符合設(shè)計(jì)要求。除此之外，對(duì)合格的板樁進(jìn)行分類、編號(hào)便于材料管理，同時(shí)板樁可按打樁順序進(jìn)行堆放，應(yīng)注意堆放層數(shù)盡量不超過(guò)4 層，避免底層板樁因上部板樁堆放過(guò)多而發(fā)生變形。

最后拉森鋼板樁在吊裝過(guò)程中應(yīng)使用專業(yè)吊具，同時(shí)應(yīng)注意單次起吊數(shù)量，起吊數(shù)量過(guò)多容易造成板樁之間發(fā)生擠壓變形，因此需單次多根板樁起吊時(shí)技術(shù)人員應(yīng)在起吊前使用鋼索對(duì)板樁進(jìn)行捆扎。

2.1.2 拉森鋼板樁施工時(shí)的插打工藝

在插打前應(yīng)對(duì)拉森鋼板樁鎖扣進(jìn)行潤(rùn)滑以便于順利進(jìn)行插、拔施工，可參考混合油比例（如黃油∶瀝青∶干鋸末∶粘土=2∶2∶2∶1）［7］，將其均勻涂抹在板樁鎖扣中。在插打的每個(gè)施工過(guò)程中應(yīng)注意拉森鋼板樁定位及方向，可使用錘球監(jiān)測(cè)每片樁插打全過(guò)程的垂直度，嚴(yán)格控制好鋼板樁的雙向筆直度。同時(shí)可在鋼板樁打入方向的鎖扣處增設(shè)一個(gè)夾板來(lái)避免鋼板樁鎖扣中心線發(fā)生位移。

對(duì)于拉森鋼板樁圍堰轉(zhuǎn)角處施工難以合攏、封閉造成圍堰滲漏水等問(wèn)題，通?？捎卯愋桶鍢斗?、軸線修整法［8］解決。異形板樁法是指將鋼板樁延背面中線切開，再重新選定斷面進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)封閉；但此種方式難以保證加工質(zhì)量，且插打及后期拔樁施工難度也較大。軸線修整法是指通過(guò)調(diào)整板樁閉合軸線設(shè)計(jì)長(zhǎng)度、位置，并選擇短邊的角部作為圍堰封閉合攏處。軸線調(diào)整法的4種常見(jiàn)思路如圖2所示，具體操作如下：

圖2 軸線修整法Fig.2 Axis Trimming Method

⑴沿插打方向，長(zhǎng)邊和短邊均分別在距離轉(zhuǎn)角樁大約8 塊板樁時(shí)暫時(shí)停止，量出至轉(zhuǎn)角樁的總長(zhǎng)度及需要增加的長(zhǎng)度；

⑵根據(jù)轉(zhuǎn)角樁的尺寸以及長(zhǎng)邊、短邊水平方向增加的長(zhǎng)度，分開圍檁樁與短邊方向的圍檁，并用千斤頂向外頂出將軸線外移，測(cè)量距離無(wú)誤后重現(xiàn)連接圍檁樁和圍檁；

⑶短邊調(diào)整結(jié)束后，長(zhǎng)邊方向沿圍檁繼續(xù)插打板樁至轉(zhuǎn)角樁，然后轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)沿短邊再插打兩塊鋼板樁；

⑷最后短邊方向沿修正后軸線繼續(xù)插打板樁，并在短邊方向從端部算起的第三塊板樁位置處插打最后一塊鋼板樁進(jìn)行圍堰封閉合攏。

2.2 偶發(fā)滲漏水解決措施

基坑排水及開挖過(guò)程中應(yīng)對(duì)施工中出現(xiàn)的特殊情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，當(dāng)基坑發(fā)生滲漏水時(shí)，盡快找到滲漏點(diǎn)，避免滲漏水過(guò)多影響施工安全、進(jìn)度及工程質(zhì)量。同時(shí)應(yīng)根據(jù)滲漏點(diǎn)縫隙、流量大小情況采取不同的解決方法。

2.2.1 塑料薄膜堵漏

當(dāng)發(fā)現(xiàn)鎖扣漏水時(shí)，沿鎖扣處在漏水鋼板樁外側(cè)安裝塑料薄膜繩，在漏水點(diǎn)水流吸附力作用下，塑料薄膜繩被吸進(jìn)鋼板樁鎖扣漏水處，達(dá)到堵漏目的，如圖3所示。塑料薄膜繩的安裝方式為自拉森鋼板樁頂面向下安裝，塑料薄膜繩底部裝有配重物，當(dāng)配重物落至硬質(zhì)板土?xí)r安裝完畢［9］。

圖3 塑料薄膜繩堵漏方案［6］Fig.3 Leakage Plugging Scheme of Plastic Film Rope

2.2.2 堵漏導(dǎo)管

在漏水上方鋼板樁外側(cè)設(shè)置堵漏導(dǎo)管，將級(jí)配粗砂、鋸沫粉、水泥混合作為堵漏材料；堵漏導(dǎo)管的工作示意圖如圖4 所示，通過(guò)堵漏導(dǎo)管將堵漏材料下放到需要堵漏的上方，粗砂、鋸沫粉、水泥等可被吸進(jìn)漏水的鋼板樁鎖口縫隙中，當(dāng)滲漏通道被填充密實(shí)即可達(dá)到止水效果［10］。

圖4 堵漏導(dǎo)管的工作示意圖Fig.4 Diagram of the Working of the Plugging Pipe

2.2.3 潛水堵漏

基坑在抽水開挖后拉森鋼板樁圍堰內(nèi)、外會(huì)形成水壓差，因此可利用水流吸附力作用，由潛水員從圍堰外側(cè)潛入水下找到對(duì)應(yīng)滲漏點(diǎn)，使用止水條或者水工布等富纖維棉絮材料進(jìn)行堵漏，達(dá)到止水的目的。

2.2.4 其余方式

除上述堵漏方式外，工程中還可采用集水明排或者設(shè)置引流管等方式處理拉森鋼板樁滲漏問(wèn)題。其中集水明排方式是根據(jù)滲流量的大小設(shè)置明溝和集水井進(jìn)行引流，并選取合適的抽水設(shè)備，連續(xù)或者間斷抽水保證鋼板樁內(nèi)部作業(yè)環(huán)境和安全。設(shè)置引流管方式是通過(guò)在滲漏點(diǎn)打入引流管，用鋼板和雙快水泥封堵引流管周圍，待周圍封堵材料達(dá)到強(qiáng)度后封閉引流管［11］。

2.3 創(chuàng)新可視化堵漏思路

分析發(fā)現(xiàn)目前關(guān)于處理拉森鋼板樁滲漏水的措施存在一些不足，比如潛水堵漏會(huì)存在較大的安全隱患，利用導(dǎo)管傳送混合材料吸附堵漏等方式不能精準(zhǔn)堵漏，效率較低。因此提出一種結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的可視化堵漏思路，進(jìn)一步改良當(dāng)前使用的工具，比如在堵漏導(dǎo)管方法中，可在導(dǎo)管上加裝微型攝像頭，同時(shí)通過(guò)無(wú)線信號(hào)傳輸將圍堰外側(cè)情況傳遞到實(shí)時(shí)設(shè)備終端，即可精確尋找堵漏點(diǎn)，提高堵漏效率?？梢暬侣┧悸返氖疽鈭D如圖5所示。

圖5 可視化堵漏思路Fig.5 A Visual Plugging Idea

3 結(jié)語(yǔ)

分析水下拉森鋼板樁圍堰工程中易出現(xiàn)滲漏水問(wèn)題的原因，并對(duì)工程中防滲漏施工關(guān)鍵技術(shù)以及發(fā)生滲漏水問(wèn)題的解決措施進(jìn)行歸納總結(jié)、研究創(chuàng)新，有利于推廣拉森鋼板樁在水下圍堰工程中的應(yīng)用。具體結(jié)論如下：

⑴復(fù)雜的施工環(huán)境、樁身缺陷和人員施工水平是導(dǎo)致鎖扣產(chǎn)生咬合縫隙甚至脫扣，繼而發(fā)生滲漏水的主要原因；

⑵拉森鋼板樁插打前的質(zhì)量檢查和施工時(shí)的軸線定位及修正是工程中預(yù)防拉森鋼板樁滲漏水問(wèn)題的重要措施；塑料薄膜堵漏、導(dǎo)管堵漏和潛水堵漏等是工程中常采用的應(yīng)對(duì)偶發(fā)滲漏水問(wèn)題的解決方案。但上述方案存在安全隱患、效率低等問(wèn)題；

⑶提出一種將導(dǎo)管堵漏方法與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的可視化堵漏思路，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、安全、高效堵漏。避免人工潛水堵漏引發(fā)安全隱患問(wèn)題，為解決水下拉森鋼板樁圍堰工程中的滲漏水問(wèn)題提供參考。