河道整治工程中雙層拉森鋼板樁圍堰的應(yīng)用

陳雅童

(福建省水利水電工程局有限公司,福建 泉州 362000)

0 引 言

河道整治工程水下作業(yè)空間的構(gòu)筑及圍護(hù)形式的選擇直接關(guān)系到工程施工質(zhì)量及效果。與傳統(tǒng)的沉井、地連墻、鋼套箱等結(jié)構(gòu)相比,雙層拉森鋼板樁強(qiáng)度高,防水性好,并能結(jié)合工程實(shí)際拼組成各種形式的圍堰結(jié)構(gòu),并能周轉(zhuǎn)使用,施工周期短,成本低。但是拉森鋼板樁必須按照永久性建筑物標(biāo)準(zhǔn)施工,拼接應(yīng)平順嚴(yán)密,鎖口較好咬合,支撐加固穩(wěn)妥,板樁打設(shè)進(jìn)度、垂直度、深度均有較高要求;支設(shè)好的板樁必須經(jīng)監(jiān)理工程師查驗(yàn)合格后再行基坑開(kāi)挖,施工過(guò)程控制及質(zhì)量要求較高。為此,文章依托具體的河道整治工程,對(duì)雙層拉森鋼板樁圍堰施工技術(shù)要點(diǎn)展開(kāi)分析探討,以供借鑒參考。

1 工程概況

溫嶺市南排工程由湖漫隧洞排澇工程、骨干河道整治工程和張老橋隧洞撇洪工程等組成。其中,骨干河道整治由東月河、雙橋河、大溪河、金清大港延伸段、南官河和聯(lián)樹(shù)橋河等組成,整治河道全長(zhǎng)約37.76km,其中,東月河長(zhǎng)8.31km,雙橋河長(zhǎng)8.06km,大溪河長(zhǎng)10.06km,金清大港延伸段長(zhǎng)2.1km,南官河長(zhǎng)3.60km,聯(lián)樹(shù)橋河長(zhǎng)5.63km。

該骨干河道整治工程2+441～2+701段為預(yù)制板覆蓋段,右岸原擋墻因變形及破損嚴(yán)重亟需拆除重建。按照原計(jì)劃,主要展開(kāi)明挖,同時(shí)設(shè)置鉆孔灌注樁等關(guān)鍵性的支護(hù)形式。然而,通過(guò)深入性地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)資料,該河道整治段面臨十分復(fù)雜的地質(zhì)條件,地下水活躍;擬打設(shè)鉆孔灌注樁擋墻的區(qū)域富含人工填土層、沖洪積粉質(zhì)黏土層、砂卵礫石層、殘積土層等不良土質(zhì),邊坡結(jié)構(gòu)缺乏穩(wěn)定性,施工過(guò)程中出現(xiàn)流砂及管涌等事件的可能性非常大。

2 施工方案

結(jié)合該河道整治工程實(shí)際,提出地連墻、雙排拉森鋼板樁、鋼筋混凝土沉井等施工方案,并進(jìn)行各方案工期、材料、施工質(zhì)量及安全、經(jīng)濟(jì)成本及環(huán)保效益等的比較,詳見(jiàn)表1。

經(jīng)過(guò)綜合比較,該河道整治工程最終選擇對(duì)周邊土體影響小,施工工期短,能有效防止流砂、流土發(fā)生,抗?jié)B性能優(yōu)異的雙層拉森鋼板樁加固方案,具體采用SP-IV型拉森鋼板樁,圍堰后期鋼板樁拔除后可回收利用,且占用河道面積小,取土量和混凝土使用量均大大減少,施工效果及經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益顯著[1]。

具體而言,在與設(shè)計(jì)好的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外部分別相距9m、11m、84m的區(qū)域打設(shè)單排相應(yīng)型號(hào)的拉森鋼板樁體,從而構(gòu)建成相應(yīng)設(shè)計(jì)寬度的堰堤體;同時(shí)借助袋裝黏土回填的方式在鋼板樁堰堤之間填筑起穩(wěn)固的擋水結(jié)構(gòu),高度應(yīng)超出施工水位+1.1m。此外,還應(yīng)將袋裝黏土編織袋加筑于鋼板樁結(jié)構(gòu)的背水面,高度應(yīng)達(dá)到擋水結(jié)構(gòu)相應(yīng)高度,為利用排水等方面的考慮,還應(yīng)當(dāng)按照1∶1.5的坡比放坡,設(shè)置起坡腳等輔助性結(jié)構(gòu)。

該河道整治拉森鋼板樁圍堰采用方形結(jié)構(gòu),平面尺寸內(nèi)設(shè)置5道內(nèi)支撐,封底設(shè)計(jì)厚度為2.2m。內(nèi)支撐圈梁為H800和H588型鋼梁,斜撐則采用φ630mm和φ800mm鋼管。首道支撐平面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 首道支撐平面圖(單位:mm)

3 施工材料及設(shè)備

3.1 施工材料

該河道整治工程施工開(kāi)始前,應(yīng)準(zhǔn)備1200根高400mm、寬170mm、厚15.5mm的SP-IV型拉森鋼板樁,單根長(zhǎng)15m,該型號(hào)拉森鋼板樁技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。8650m3袋裝黏性填土,用于圍堰背水面回填;98091個(gè)編織袋,用于黏性填土裝填;6530m3土工布污消格柵,阻止黏性土瀉出;高300mm、翼緣寬150mm、腹板厚6.5mm、翼緣板厚12mm的型鋼27.47t,用作導(dǎo)向架導(dǎo)樁材料;16a槽鋼6.89t,用作導(dǎo)向架導(dǎo)梁和托架材料。

表2 SP-IV型拉森鋼板樁技術(shù)參數(shù)

3.2 施工設(shè)備

該河道整治工程雙層拉森鋼板樁圍堰施工需要配備1臺(tái)0.8m3的小松PC220型液壓挖掘機(jī),1臺(tái)0.45m3的PC220-LC-6型液壓挖掘機(jī),1臺(tái)功率195kW的ECO100-3CA型靜壓植樁機(jī);2臺(tái)功率為12kW的Bx6-16型交流弧焊機(jī),2臺(tái)5.5kW的GQ40切割機(jī),1臺(tái)90t的DZ90型振動(dòng)錘;1臺(tái)QUY50型中聯(lián)履帶吊。1套浮箱和浮吊;20件10寸活動(dòng)扳手;4套5t倒鏈葫蘆;120kW的吹填設(shè)備6套,功率7.5kW及5.0kW的高壓潛水泵各2套;功率為5.0kW的φ50～100mm泥漿泵6臺(tái);套絲機(jī)1套。

4 施工控制要點(diǎn)

4.1 施工準(zhǔn)備

將鋼板樁運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)后,應(yīng)將鎖口內(nèi)雜質(zhì)、焊渣等全部清除,并整修缺陷處。完成后進(jìn)行垂直度、平整度、厚度等的檢查,并在板狀鎖口處均勻涂抹混合油,混合油由干鋸末和黃油以3∶5的比例配制而成,以增強(qiáng)板樁防滲性能。

結(jié)合施工方案中所確定出的鋼板樁圍堰尺寸,并密切依據(jù)待整治河道運(yùn)行實(shí)際,借助新型激光儀展開(kāi)測(cè)量放線,明確找出坐標(biāo)準(zhǔn)確的中點(diǎn)以及角點(diǎn)所在,進(jìn)而在劃定出的相應(yīng)點(diǎn)位全部打設(shè)起定位樁,以此為參照展開(kāi)板樁插打精度的控制。

4.2 安裝導(dǎo)向架體

為加強(qiáng)板樁豎直度和沉樁軸線位置控制,提升貫入性能,保證板樁打設(shè)精度,避免插打期間出現(xiàn)板樁扭曲變形,應(yīng)順著圍堰設(shè)置承載力、剛度均滿足要求的導(dǎo)向架[2]。該導(dǎo)架包括導(dǎo)樁和導(dǎo)梁兩部分,其中,導(dǎo)梁采用16a工字鋼;導(dǎo)樁則采用9.0m長(zhǎng)的H300×150×6×12型鋼,并按5.0m間距布設(shè)。具體見(jiàn)圖2。

(a)平面

4.3 鋼板樁施打

按照插樁正直、分散即糾、調(diào)整合攏的原則從上游開(kāi)始向下游合攏插打鋼板樁,先施作迎水面,待結(jié)束后再施作側(cè)水面。鋼板樁插打采用屏風(fēng)式工藝,即將10～20根樁體成排插進(jìn)導(dǎo)向架,形成屏風(fēng)狀,此后將屏風(fēng)墻兩端樁體打設(shè)至設(shè)計(jì)深度,形成定位板樁;此后將中間樁體按1/3及1/2板樁高度以階梯狀打設(shè)[3]。樁位的確定通過(guò)定位樁和激光射線結(jié)合實(shí)現(xiàn),按5.0m間距在定位樁中插設(shè)9.0m長(zhǎng)的H型鋼,調(diào)整導(dǎo)梁軸線及邊距,滿足設(shè)計(jì)要求后焊接導(dǎo)梁和水平槽鋼托架。

為增強(qiáng)圍堰上游首片鋼板樁打設(shè)的精準(zhǔn)性,應(yīng)在其插打時(shí)使鋼板樁樁背與導(dǎo)線架緊密貼合,打設(shè)過(guò)程中同步下放吊鉤,同時(shí)通過(guò)經(jīng)緯儀觀測(cè)板樁垂直度。鋼板樁的打設(shè)應(yīng)按“15m→10m→5m→導(dǎo)梁高度→拆除導(dǎo)架后至設(shè)計(jì)標(biāo)高”分步分次展開(kāi)。為保證前兩塊鋼板樁打設(shè)精度并起到樣板作用,每打入1cm深度均應(yīng)展開(kāi)1次測(cè)量。

按照連接桿法處理鋼板樁轉(zhuǎn)角,具體而言,借助相應(yīng)形式的連接件展開(kāi)板樁朝向以及布設(shè)數(shù)量等的調(diào)整優(yōu)化,為板樁墻較好封閉合攏提供保證[4]。在施打鋼板樁的過(guò)程中,必須采取適宜手段展開(kāi)板樁墻有效寬度的量測(cè)以及控制,在以上處理均完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行合攏區(qū)域的合理確定。

4.4 圍堰施工

4.4.1 抽水施工要點(diǎn)

按照以上流程封閉雙層拉森鋼板樁后必須通過(guò)抽水泵抽取結(jié)構(gòu)內(nèi)部泥水。為保證抽取效果,必須結(jié)合總水量及機(jī)械效率選取水泵。為確保鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性,必須逐次分階段展開(kāi)抽排水,當(dāng)實(shí)際水位下降30～50cm后必須暫停抽水過(guò)程30～60s。抽水期間必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水位降低速率。待按照以上流程將圍堰中積水全部抽出后,還應(yīng)借助高壓氣泵吸泥機(jī)展開(kāi)基底清理,結(jié)束后對(duì)基底實(shí)際平整度展開(kāi)測(cè)量。

4.4.2 土方回填

通過(guò)袋裝黏性土回填鋼板樁堰堤,填筑高度達(dá)到施工水位以上1.1m后,在背水面壘砌袋裝黏土編織袋至同樣高度,并按1∶1.5設(shè)置坡腳。為避免袋裝黏性土傾斜而出,還應(yīng)將土工布污消格柵增設(shè)在鋼板樁內(nèi)部。

編織袋裝土量應(yīng)按照設(shè)計(jì)袋容量的75%控制,裝料后使用綁扎絲或麻繩縫好袋口;將堰底河床的塊石、雜草、樹(shù)根等徹底清除,避免影響填筑及壘砌效果。黏性土袋投放時(shí)應(yīng)順坡滑溜,上下層錯(cuò)縫擺放、堆碼整齊。待將編織袋碼放至一定高度后,必須及時(shí)填筑黏性土,并分層夯實(shí),增強(qiáng)堰堤穩(wěn)固性和強(qiáng)度。

待圍堰土方回填結(jié)束,應(yīng)結(jié)合水流流速,使用防水布包封圍堰外側(cè),相鄰防水布間按設(shè)計(jì)寬度搭接,防止編織袋和筑堤土沖刷流失;防水布堰頂端和河床端均應(yīng)通過(guò)土袋壓實(shí),避免沖刷。拉森鋼板樁圍堰施工結(jié)束后應(yīng)安排專(zhuān)人定期測(cè)量、巡查堰體,如遇土袋破裂、失穩(wěn)、沖刷流失等情況,必須及時(shí)處理。

4.4.3 圍堰拆除

待該河道整治段回填土施工結(jié)束后,拔除鋼板樁,清理干凈并在鋼板表面均勻涂覆防銹油后回收利用。拔樁時(shí)采用振動(dòng)拔樁法,即借助機(jī)械振動(dòng),激發(fā)鋼板樁結(jié)構(gòu)共振,克服土體阻力及樁體與土體的黏附力后拔除[5]。拔除次序應(yīng)與插打次序相反,拔樁時(shí)應(yīng)先通過(guò)錘擊振動(dòng)60s,再借助機(jī)械拔高1～2m,待樁體松動(dòng)后一次拔出。對(duì)于因鎖扣變形、打卷的樁體,應(yīng)增大機(jī)械拔除力。

為避免將周邊鋼板樁同時(shí)拔除,應(yīng)逐根解除樁體支撐圍檁。對(duì)于拔除后變形較大的樁,必須調(diào)直后清理備用。

5 結(jié) 論

綜上所述,溫嶺市南排工程骨干河道整治工程2+441～2+701預(yù)制板覆蓋段采用SP-IV型雙排拉森鋼板樁后施工效果良好,施工周期縮短,施工成本降低,施工環(huán)境改善,工效提升。工程應(yīng)用結(jié)果還表明,拉森鋼板樁高強(qiáng)質(zhì)輕,耐久性好,止水性強(qiáng),施工時(shí)占地少,可周轉(zhuǎn)使用,在河道整治等基礎(chǔ)工程中具有廣闊的應(yīng)用前景。該河道整治工程從板樁施打到拔除,全過(guò)程未發(fā)生任何滲水、漏水、流砂、管涌,施工質(zhì)量和安全得到較好保證,也為類(lèi)似工程提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。