鋼板樁+土工膜防滲技術(shù)在圍堰防滲工程中的應(yīng)用

肖雪華，周 龍

（廣東省源天工程有限公司 廣州 511340）

0 引言

鋼板樁圍堰是當(dāng)前具有明顯優(yōu)勢的深水基礎(chǔ)施工技術(shù)，并廣泛應(yīng)到在工程建設(shè)中，其設(shè)計計算方法簡單，工程經(jīng)驗豐富［1-4］。在圍堰各施工階段可以實時監(jiān)測，能有效處理施工過程中出現(xiàn)的異常情況。在圍堰設(shè)計中，除滿足擋水防滲的要求外，還應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、施工快速［5-6］。復(fù)合土工膜因其造價低、施工速度快、防滲性能好等特點，被廣泛作為土石圍堰的防滲材料，尤其是黏土料缺少的地區(qū)［7-8］。但由于堰體填料與防滲結(jié)構(gòu)之間存在不協(xié)調(diào)沉降變形［9］，經(jīng)常導(dǎo)致復(fù)合土工膜在與防滲墻的搭接處出現(xiàn)不同程度的損壞。結(jié)合工程實踐，本項目采用集合復(fù)合土工膜與鋼板樁防滲墻的圍堰防滲結(jié)構(gòu)及施工方法，包括鋼板樁防滲墻、復(fù)合土工膜和混凝土基座等，該技術(shù)在百色水庫灌區(qū)銀屯進水口工程得到了很好運用。

1 工程概況

百色水庫灌區(qū)某進水口工程位于水庫副壩左壩肩上游420 m處，屬于百色水庫的一處庫汊末端，距離百色水庫大壩5.0 km，距離右江主河道3.7 km，該處庫汊水面寬度約為170 m，庫底高程約為190 m，正常水深約為38 m，屬于山區(qū)峽谷水庫庫汊。百色水庫灌區(qū)為大（2）型Ⅱ等灌區(qū)，進水口級別為3 級，設(shè)計洪水標(biāo)準為30 年一遇，校核洪水標(biāo)準為100 年一遇。進水口導(dǎo)流建筑物級別為4 級，設(shè)計洪水標(biāo)準采用20 年一遇，施工圍堰全年截斷導(dǎo)流圍堰，土石結(jié)構(gòu)?？偺钪搅繛?05 000 m3，其中土料填筑41 280 m3、土石混合料和風(fēng)化料填筑215 840 m3，石渣填筑45 739 m3，級配碎石填筑4 781 m3，土工膜墊層7 718 m3，土石圍堰拆除177 290 m3。

施工圍堰由預(yù)留巖坎+土石圍堰組成。圍堰軸線距離進水塔基坑約220 m。圍堰軸線長165 m，圍堰頂高程為229.4 m，百色水庫正常蓄水位為228.17 m 高程，根據(jù)水庫最高蓄水位統(tǒng)計和年度蓄水調(diào)度情況，圍堰一期圍堰頂部高程為226 m，采用子堰加高到229.4 m。最大圍堰高為43 m，戧堤頂高程為206 m，一期圍堰頂寬10 m，子堰頂寬3 m。圍堰剖面如圖1所示。

圖1 圍堰剖面Fig.1 Profile of Cofferdam （mm）

圍堰劃分成土石混合料、風(fēng)化料拋填戧堤（Ⅰ區(qū)），上游拋填土料為主鋪蓋（Ⅱ區(qū)），上游風(fēng)化料壓實加高培厚區(qū)（Ⅲ區(qū)），下游風(fēng)化料壓實加高培厚區(qū)（Ⅳ區(qū)）以及下游土石混合料拋填石渣培厚區(qū)（Ⅴ區(qū)）等5 個區(qū)域。其中Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)填筑高程基礎(chǔ)～206 m高程，Ⅲ區(qū)填筑206～218 m 高程，Ⅳ區(qū)填筑206～226 m 高程，Ⅴ區(qū)填筑206 m 高程以下，黏土麻袋子堰高程為226～229.4 m。

外側(cè)邊坡206 m 高程以下為水下拋填，邊坡坡比為1∶4；206～218 m 高程填土為壓實土石方，邊坡坡比為1∶2.5；218～226 m 高程填土為壓實土石方，邊坡坡比為1∶2；內(nèi)側(cè)邊坡198 m 高程以下為拋填排水棱體護腳；198～226 m高程，邊坡坡比為1∶2。

2 工程特點

圍堰采用土工膜防滲+鋼板樁防滲，設(shè)置1 道鋼板樁防滲墻，采用拉森Ⅵw 型600×210×18 鋼板樁，樁長6～24 m，樁底插入全風(fēng)化層下不小于1 m。206 m高程以上采用土工膜防滲。戧堤后設(shè)反濾層+水平排水，內(nèi)坡坡腳為拋石排水棱體護腳。圍堰施工時限與百色水庫水位調(diào)度關(guān)系很大，圍堰施工的窗口期短，要求在8 月中旬完成圍堰填筑，方能滿足百色水庫的水庫水位調(diào)度要求。施工圍堰規(guī)模大，圍堰軸線長165 m，最大圍堰高為43 m，圍堰填筑方量達30余

3 圍堰施工計劃

圍堰填筑施工是工程的施工難點，施工計劃必須按照各時間節(jié)點水庫水位要求安排。

⑴填筑I區(qū)（含戧堤部份），總方量約10.3 萬m3，以土石混合料、風(fēng)化石料為主。圍堰壓實區(qū)的土石混合料、風(fēng)化料壓實度要求≥0.96，石渣料相對密度要求≥0.75。施工期17 d，平均每天填筑0.6 萬m3，考慮前期工作面狹窄和填筑效率等影響，填筑高峰強度超過0.9 萬m3/d，以1.0 萬m3/d 的填筑強度安排運輸能力。

⑵在Ⅰ區(qū)填筑圍堰閉合并形成足夠工作面后，安排防滲鋼板樁施工，連同準備安排8 d，總量為1 650 m，平均約207 m/d。

⑶在Ⅰ區(qū)圍堰完成后，安排鋼板樁施工。同時施工Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)圍堰?？紤]土工膜施工，水面以上Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)圍堰分兩部分施工，以土工膜位置分界，先施工背水側(cè)部分，修坡及鋪設(shè)級配碎石墊層后，敷設(shè)土工膜后，再填筑迎水面堰體。

⑷在圍堰閉氣后，進行基坑排水，約45 萬m3。其中206～200 m 約24 萬m3，安排10 d，初期降幅約為0.5 m/d；下部200 ～190 m約為21萬m3，安排8 d。

⑸基坑基本排水完成后，進行排水棱體施工及堰體坡面修整。

⑹226 m 高程以上子堰在堰體完成后根據(jù)情況施工，利用編織袋裝土填筑。

4 施工工藝流程

圍堰主要施工流程為：測量放樣?圍堰岸坡清理?戧堤填筑?圍堰防滲?基坑排水?圍堰填筑?圍堰檢修?圍堰拆除，詳細流程如圖2所示。

圖2 圍堰填筑流程Fig.2 Flow Chart of Cofferdam Filling

4.1 鋼板樁及復(fù)合土工膜防滲

4.1.1 施工計劃安排

在Ⅰ區(qū)（206 m 高程）圍堰填筑出水后，進行鋼板樁施工；同時安排填筑Ⅱ區(qū)土石混合料及Ⅴ區(qū)石渣區(qū)，拓寬工作面。鋼板樁完成后，再進行Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)圍堰填筑碾壓及防滲體土工膜施工。

Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)圍堰填筑時按標(biāo)高分3 層，每層4 m，即按210 m、214 m、218 m 及222 m、226 m 高程填筑堰體及敷設(shè)土工膜?？紤]土工膜施工，Ⅲ區(qū)圍堰每層分兩部分施工，以土工膜位置分界，先施工背水側(cè)部分，修坡及鋪設(shè)級配碎石墊層完成后，敷設(shè)土工膜，再填筑迎水面土料。

4.1.2 施工措施

圍堰防滲采用鋼板樁及復(fù)合土工膜防滲，鋼板樁與復(fù)合土工膜連接形成防滲整體。鋼板樁施工高程為206 m，施工長度為96.441 m，采用SK460-6E 打樁機打樁。

⑴鋼板樁

戧堤部分（206 m 高程以下）防滲采用1 道鋼板樁防滲，鋼板樁軸線長96 m，庫汊中部寬24 m 的區(qū)間，庫底高程為187.4～189 m，需要選用24 m 的鋼板樁，且在206m 平臺開槽施工，使樁頂下沉，使樁底深入庫底覆蓋層1～2 m。鋼板樁的長度根據(jù)庫汊的地形情況選用6～24 m規(guī)格的樁長，如圖3所示。

圖3 鋼板樁施工Fig.3 Steel Sheet Pile Construction

⑵土工膜

圍堰206～226 m高程部分防滲采用土工膜，206 m高程土工膜鋪設(shè)與鋼板樁緊密貼合以便達到最好的防滲漏效果，如圖4 所示。坡面鋪設(shè)用卷揚機自坡頂徐徐展放至坡底，坡頂、坡底處理入固定溝。焊接形式采用雙焊縫搭焊。用干凈紗布擦試焊縫搭接處，做到無水、無塵、無污垢，土工膜平行對正，搭接寬度為10～15 cm。焊縫處PE 土工膜應(yīng)熔接為一個整體，不得發(fā)現(xiàn)虛焊，漏焊或超遲焊。

圖4 土工膜鋪設(shè)Fig.4 Geomembrane Laying

4.2 鋼板樁防滲墻施工工藝

鋼板樁防滲墻技術(shù)施工主要工藝流程為：放線、確定施工場地?開挖平整場地?定位放線確定鋼板樁線路?鋼板樁運輸?shù)轿?打樁機械安裝到位?導(dǎo)軌設(shè)置?鋼板樁起吊?鋼板樁豎直定位與夾持?插打鋼板樁?安裝檢測儀器?鋪設(shè)復(fù)合土工膜?粘土鋪蓋?混凝土澆筑?工程檢測。

4.3 鋼板樁施工方法

鋼板樁施工采用單根插打法，該法施工速度快，樣架高度相對較低。位于斜坡上的鋼板樁需采用2次打樁，必要時采用氧割切斷鋼板樁。為防止鋼板樁傾斜，避免先打入的鋼板樁被后打入的樁帶入土中，在1根樁打入后，應(yīng)與前1根樁焊牢。

打樁前需對鋼板樁逐根檢查，對銹蝕、變形的鋼板樁應(yīng)及時進行調(diào)整，以減少鋼板樁鎖口阻力。在軟土中打樁時，由于鎖口處阻力大于鋼板樁周圍的土體阻力，使鋼板樁向前進方向傾斜。當(dāng)發(fā)生傾斜時必須及時調(diào)整，或采用特制的異型鋼板樁進行糾偏。

鋼板樁樁底應(yīng)深入全風(fēng)化帶下限不小于1 m，當(dāng)無法繼續(xù)往下打入時可停止。鋼板樁應(yīng)按設(shè)計長度下料，需要接樁處理時，接樁樁頭應(yīng)采用自然冷卻，相鄰鋼板樁的焊縫應(yīng)錯開，不得位于同一高程。鋼板樁施工前應(yīng)在鎖口內(nèi)涂黃油混合物油膏，以減少插打時的阻力和增加防滲性能。施工過程中應(yīng)防止鎖口脫開，當(dāng)鎖口脫開或鎖口開裂時，應(yīng)及時采取補救措施。

鋼板樁頂部鎖口梁和土工膜基座混凝土按5～15 m分段澆筑，段與段之間施工縫面應(yīng)按施工縫進行處理（包括鑿毛、沖洗、刷凈水泥漿等），并設(shè)16間距@1 000×1 000并縫鋼筋，并縫鋼筋伸入新舊混凝土各0.5 m長。

4.4 圍堰邊坡修整

圍堰每填筑一層則修整一層，在保證邊坡穩(wěn)定的同時，通過對水上部分圍堰的坡度修整，方便安裝敷設(shè)堰體防滲土工膜。

⑴為防止挖掘機斗齒擾動破壞邊坡，在挖掘機斗齒上焊接3 mm 厚鋼板，從而使挖掘機與土體接觸由點變面，保證邊坡的平整度及填筑質(zhì)量。

⑵采用單元填筑到設(shè)計高程后、自上而下修坡，保證坡面平整度，外觀平順。

⑶先用挖掘機每隔25 m按設(shè)計要求修一道1.5 m寬的標(biāo)準坡面，再用大功率推土機自上而下粗修，后用小功率推土機配合挖掘機精修。

⑷施工期如發(fā)現(xiàn)圍堰出現(xiàn)滲水較嚴重的情況，立即采取修補措施，確保安全施工。

4.5 圍堰拆除

圍堰在進水口施工完成后進行拆除，并將棄渣運至銀屯棄渣場堆放。銀屯進水口的最低運行水位為203.17 m，百色水庫該副壩庫汊無通航、發(fā)電等要求，水上部分圍堰采用1～2 m3挖掘機開挖，10 t 自卸汽車運至棄渣場棄渣。水下部分（水庫5～6月低水位206 m以下）淺水區(qū)（水深4 m）采用1～2 m3挖掘機開挖端退法施工。鋼板樁采用450型打樁機進行拔出。

5 結(jié)語

防滲體系是圍堰工程的生命線，如果防滲處理不到位，可能導(dǎo)致整個圍堰工程的失穩(wěn)，加之圍堰工程規(guī)模非常大，可能引發(fā)嚴重的安全事故。為達到圍堰防滲要求，發(fā)揮工程鋼板樁和土工膜的優(yōu)點，將鋼板樁頂鎖口梁與土工膜防滲體相聯(lián)接，可在水平和垂直方向形成完整封閉體系。經(jīng)過圍堰防滲工程實踐，采用集合復(fù)合土工膜與鋼板樁防滲墻的圍堰防滲結(jié)構(gòu)及施工方法是有效、可靠的防滲處理措施，給類似工程項目借鑒參考。