柴米閘灌注樁攔船設(shè)施改造維護(hù)應(yīng)用研究

尚振蘭

（江蘇省淮沭新河管理處，江蘇 淮安 223005）

1 概述

柴米閘地處江蘇省宿遷市沭陽(yáng)縣沭城鎮(zhèn)以南7km處，位于沭陽(yáng)閘上游右岸淮沭河?xùn)|堤150m 處，上游為淮沭新河，下游為柴米河，是分淮入沂淮水北調(diào)工程之一。柴米閘為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共9 孔，單孔凈寬4m，閘身總寬44m，閘長(zhǎng)126.5m，設(shè)裝配10 噸螺桿式啟閉機(jī)9 臺(tái)，設(shè)計(jì)流量為352m3/s。受泄流的影響，當(dāng)柴米閘行洪時(shí)，淮沭新河側(cè)水流向柴米閘流動(dòng)，過(guò)往船舶受到水流牽引，船身向柴米閘偏移，影響行船安全。先前在柴米閘上游約110m 處設(shè)置攔船浮筒，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，浮筒難以承受船舶撞擊，無(wú)法阻止船舶向柴米閘偏移，尚存在一定的安全隱患。

因此，對(duì)現(xiàn)有攔船設(shè)施進(jìn)行科學(xué)地改造維護(hù)是避免發(fā)生安全事故的有效措施[1]。本文提出新設(shè)三角形灌注樁攔船墩等措施進(jìn)行改造，并詳細(xì)闡述其設(shè)計(jì)過(guò)程、穩(wěn)定性驗(yàn)算、施工難點(diǎn)及措施，同時(shí)通過(guò)對(duì)改造后的攔船樁身結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證了此種攔船設(shè)施改造維護(hù)方法的可靠性。

2 改造維護(hù)基本措施

為達(dá)到攔船效果，保證行船安全，本工程在現(xiàn)有攔船浮筒上游約15m 處新建一排三角形灌注樁攔船墩，間距20m，共計(jì)5 個(gè)，攔船墩之間采用浮標(biāo)與浮筒相連，基本措施如下：

（1）三角形灌注樁攔船墩上部為三角形C30 鋼筋砼承臺(tái)，邊長(zhǎng)5.60m，邊角處修圓，半徑為80cm；承臺(tái)中間做成空心，各邊厚度為1.2m；承臺(tái)下為3 根直徑80cm，長(zhǎng)22m 的C30 鉆孔灌注樁，樁間距為4.0m，泥面線以上采用8mm 厚鋼護(hù)筒防護(hù)。

（2）浮標(biāo)采用HF1.5-D2 型，共計(jì)4 個(gè)，采用沉石錨固方法，使用φ17.5mm 錨鏈將浮標(biāo)與砼預(yù)制塊地錨相連。

改造后攔船設(shè)施典型段平面布置圖如圖1 所示。

圖1 改造后典型段平面布置圖

3 工程設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性驗(yàn)算

3.1 灌注樁設(shè)計(jì)

本工程灌注樁主要承受船舶產(chǎn)生的水平撞擊荷載，根據(jù)《港口工程樁基規(guī)范》（JTS 167-4-2012）要求，灌注樁入土深度宜滿足彈性長(zhǎng)樁條件[2]。判別標(biāo)準(zhǔn)如下：

計(jì)算得T 為1.92m，本次設(shè)計(jì)22 長(zhǎng)樁基，入土深度為18.4m＞4T，滿足彈性樁要求。根據(jù)《港口工程樁基規(guī)范》規(guī)定，單樁在水平力作用下的樁身內(nèi)力和變形可采用m 法計(jì)算，計(jì)算公式按照規(guī)范附錄D3。

根據(jù)《船閘水工建筑物設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 307-2001），船舶撞擊荷載按照如下公式計(jì)算[3]：

計(jì)算得船舶撞擊力為115.77kN。荷載作用時(shí)單根樁所受船舶撞擊力為77.18kN。

本次采用理正結(jié)構(gòu)工具箱（7.0 版），計(jì)算灌注樁內(nèi)力和變形，計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 灌注樁內(nèi)力和變形計(jì)算結(jié)果表

由上表可知，樁在泥面處水平位移為5.3mm，小于規(guī)范允許值6mm，滿足要求。按照《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》正截面受彎與斜截面受剪公式進(jìn)行配筋計(jì)算[4]。由此，縱筋選配2018，箍筋選配1φ10。

3.2 浮標(biāo)與浮筒技術(shù)參數(shù)與規(guī)格

浮標(biāo)燈架采用國(guó)標(biāo)角鋼80mm×8mm；標(biāo)志牌貼有3M 級(jí)夜間反光膜，并涂有環(huán)氧防生銹底漆加氯化橡膠層再涂長(zhǎng)效防污涂料；吊環(huán)、活動(dòng)扣采用316 鋼鍛造加工，耐蝕性、耐大氣腐蝕性和高溫強(qiáng)度好，可在苛刻的條件下使用。

浮筒規(guī)格直徑800mm×1100mm，采用高分子聚乙烯填充聚氨酯，采用兩半分體式，在浮標(biāo)與浮標(biāo)之間的鋼絲上面放置夾緊，浮筒兩側(cè)設(shè)置卡扣防止浮筒之間滑動(dòng)[5]。本工程共需HF1.2-D2 型浮標(biāo)29 個(gè)，高分子聚乙烯浮筒84 只。

圖2 浮標(biāo)結(jié)構(gòu)大樣圖

3.3 砼預(yù)制塊地錨穩(wěn)定計(jì)算

本工程設(shè)計(jì)地錨尺寸為1.5×1.5×1.5m 立方體，取單個(gè)地錨作為脫離體計(jì)算。

3.3.1 計(jì)算公式

根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)和抗浮穩(wěn)定安全系數(shù)按照下式計(jì)算[6]：

根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》，水流力計(jì)算公式如下[7]：

3.3.2 計(jì)算結(jié)果

具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 地錨穩(wěn)定計(jì)算

由上表可知，各工況下，地錨抗滑穩(wěn)定系數(shù)大于要求值，滿足要求。

4 攔船墩灌注樁施工方案

4.1 灌注樁施工難點(diǎn)分析

本工程灌注樁，位于河道中間，主要難度有以下幾點(diǎn)：①搭建打樁平臺(tái)困難；②平臺(tái)的安全性及平整度影響樁的質(zhì)量；③灌注樁混凝土運(yùn)輸及澆筑困難；④泥漿排放困難，廢水、廢渣不能污染排入河道。

4.2 灌注樁施工措施分析

經(jīng)過(guò)對(duì)工程施工特性的認(rèn)真分析，水上鉆孔灌注樁施工采取了如下措施：

（1）搭建灌注樁施工平臺(tái)，為確保平臺(tái)的穩(wěn)定性，采用滿堂腳手架搭設(shè)，并對(duì)平臺(tái)的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，并確保平臺(tái)的水平度；

（2）保證成孔質(zhì)量及環(huán)境不受污染，采用長(zhǎng)度6.5m以上的鋼護(hù)筒，泥漿通過(guò)泵吸膠管輸送到指定淤泥排放點(diǎn)排放；

4.3 灌注樁水上平臺(tái)施工方案

平臺(tái)采用人工搭設(shè)，機(jī)楲輔助，從岸邊一端向河中搭設(shè)。具體的施工步驟：材料準(zhǔn)備充足→人工從安排搭設(shè)，在現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的指揮下，將鋼管移動(dòng)至要打入的位置→用人工或機(jī)械輔助將鋼管壓入軟土中2m，在壓入過(guò)程中須保持鋼管豎直→重復(fù)上述操作，直至所有的鋼管樁都打入土中，打好的鋼管應(yīng)整齊排列，樁的間距須大致相等。

圖3 水上排架立面布置示意圖

5 改造后攔船設(shè)施穩(wěn)定性檢測(cè)分析

5.1 攔船設(shè)施檢測(cè)范圍

共檢測(cè)柴米閘改造后的12 根混凝土鉆孔灌注樁攔船設(shè)施，占總樁數(shù)的100%。

5.2 檢測(cè)原理與過(guò)程

檢測(cè)采用低應(yīng)變反射波法。該方法以一維線彈性桿件模型為依據(jù)，采用低能量瞬態(tài)激振方式在樁頂激振，實(shí)測(cè)樁頂部的速度或加速度響應(yīng)時(shí)域曲線，對(duì)樁身完整性進(jìn)行判定。

5.3 樁身結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)結(jié)果

表3 樁身結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)結(jié)果表

本次試驗(yàn)共檢測(cè)8 根工程樁，其中Ⅰ類樁7 根，占所測(cè)樁數(shù)的83.3%；Ⅱ類樁1 根，占所測(cè)樁數(shù)的16.7%。實(shí)測(cè)波速平均值3893m/s，標(biāo)準(zhǔn)差324.74m/s，其中最小波速3521m/s、系3-2 號(hào)樁，其中最大波速4525m/s、系3-3 號(hào)樁。檢測(cè)結(jié)果表明改造維護(hù)后的攔船設(shè)施結(jié)構(gòu)性能完好，可以達(dá)到有效攔船、保證行船安全的功能。

6 結(jié)論

本文提出新設(shè)三角形灌注樁攔船墩等措施對(duì)柴米閘攔船設(shè)施進(jìn)行改造，同時(shí)通過(guò)對(duì)改造后的攔船樁身結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證了此種攔船設(shè)施改造維護(hù)方法的可靠性，本文內(nèi)容總結(jié)如下：

（1）本工程在現(xiàn)有攔船浮筒上游約15m 處新建一排間距20m 的三角形灌注樁攔船墩，并創(chuàng)新性地采用沉石錨固方法、增設(shè)高分子聚乙烯浮筒，計(jì)算結(jié)果證明，在最不利情況下灌注樁的水平位移、最大彎矩、最大剪力滿足規(guī)范要求，地錨抗滑穩(wěn)定系數(shù)小于規(guī)范限值。

（2）本文提出水上灌注樁施工流程，通過(guò)采取滿堂腳手架搭設(shè)施工平臺(tái)、通過(guò)泵吸膠管輸送淤泥、地泵輸送灌注澆筑等一系列措施，解決了攔船墩灌注樁施工過(guò)程中的一系列問(wèn)題。

（3）通過(guò)低應(yīng)變反射波法對(duì)12 根混凝土鉆孔灌注樁攔船設(shè)施進(jìn)行穩(wěn)定性分析，實(shí)測(cè)樁頂部的速度或加速度響應(yīng)時(shí)域曲線，驗(yàn)證了本文提出并應(yīng)用的新型攔船設(shè)施技術(shù)的可靠性。