桩膜围堰在清安河联锁式空箱挡墙护岸施工中的应用

杨忠华 张德华

桩膜围堰在清安河联锁式空箱挡墙护岸施工中的应用

杨忠华 张德华

一、工程概况

清安河位于淮河流域洪泽湖下游淮安市境内，是淮安市区京杭大运河和里运河之间唯一的排水通道，承担淮安市主城区清江浦、淮安区、生态新城区共计24.37km2的排捞任务。清安河起于淮安市船舶修理厂，止于淮河入海水道清安河穿堤涵洞，河道全长22.04km。由于河道多年来存在淤积、排水不畅问题，同时随着河道周边行政区划的调整，政府组织实施清安河水系连通工程，其中实施河道清淤6.57km，联锁式空箱挡墙护岸长200m。

二、设计参数

1.工程水文

根据《南水北调东线第一期工程淮安市截污导流工程初步设计报告》（2007年）新穿运洞洞上水位为7.13m，洞下水位为6.30m，上游1.90km处的生态新城改道段末端水位7.69m。

此次水位按照下游穿运洞上水位向上推求，并与原河道水位相衔接，确定盐化厂位置清安河设计水位为7.68m，河下大桥位置设计排涝水位7.54m，友谊桥处排涝水位7.43m，穿运洞洞上水位为7.13m。

2.地质

苏北平原为第四系覆盖，地层属扬子地层区，全区无基岩出露，第四纪沉积物最大厚度大于300m。构造隆起区较小，为数十米到近百米。成土母质均为第四纪黄土，后受黄河、淮河、洪泽湖影响，形成北部为黄泛冲积平原，南部为河湖相沉积平原。主要土质为人工土、粘性土、砂类土等，综合分析认为，场地区域构造稳定性较好。

三、护岸型式

此次采用的箱式连锁墙砌块规格型号为2.0（1.0）m×1.2m×0.6m（长×宽×高），强度为C30，抗冻等级为F50，在满足混凝土强度、抗冻等指标前提下，砌块尺寸可微调，砌块内回填素土。墙后回填土应分层夯实，厚度为15～20cm，压实度不小于0.91。

根据工程设计，位于生态新城段桩号20+927～21+127段，常水位以下铺设生态预制块护坡，排涝水位以下、常水位以上新建抗震式生态联锁墙，排涝水位以上铺设草皮进行防护。联锁式预制空箱尺寸见图1,护岸典型断面设计型式见图2。

四、导流方案选定

清安河作为市区西南化工区及两运夹滩之间的唯一排水出路，不能全线断流施工，因此，导流成为本次清安河工程实施的关键。因此，切实可行的施工导流方案，既涉及施工方法，又对工程的质量、进度、投资有较大的影响。

1.导流工程等级

根据清安河疏浚工程等级为Ⅳ级，确定清安河下段导流工程等级为Ⅴ级。

2.导流流量

经计算，清安河下段三年一遇，排涝流量为8.5m3/s，下段河道日常生活、工业污废水为1.5m3/s。因此导流流量为10m3/s。

3.导流方案

桩号20+927～21+127位置，新建抗震式生态联锁墙段拟采用桩幕围堰方案，于河道中心打设桩膜隔水围堰，利用半幅河道进行导流，另半幅河道断流施工。

4.围堰方案

新建联锁式挡墙处设计采用桩膜隔水围堰施工方案。围堰方案如下：

图1 联锁式预制空箱尺寸图

图2 联锁式预制空箱挡墙护岸典型断面图

沿河道方向在挡土墙外2m左右，每隔50～80cm打一根φ50mm钢管桩，计两排，两排桩间距1.0m，钢管入土深度一般为3.0m以上，施工段两端同时也打上钢管桩封闭，工段长一般在200m左右，钢管桩中间加上横撑固定，每2m左右设置一根斜支撑，以加强横向强度（视具体情况而定，挡水深度小于1m时可不设斜撑）。在两排桩内侧加挡水板，挡水板可一般采用竹笆、模板等；再在挡水板外侧铺设“U”型隔水膜，隔水膜采用350g/m2土工膜或隔水彩布条；膜内填土封闭，截断渗水。桩膜隔水围堰结构示意图如图3。

5.稳定复核

为保证工程安全，对施工围堰的稳定性进行了复核计算。钢管桩承担的水平方向压力由桩受到的被动土压力及斜支撑承担。被动土压力计算式按朗肯土压力计算：

σp=rzkp

式中：kp=tg2（45°+φ/2）

σz—朗肯被动土压力强度；

r—土的浮容重，取r浮= 19.0kN/m3（粘土）；

z—桩的入土深度，取z=2.0m；

kp—朗肯被动土压力系数；

φ—土的内摩擦角，取φ=25°（粘土）。

kp=tg2（45°+25°/2）=2.464

σz=19.0×2.0×2.46=93.63kN/m3

一根桩所承受的被动土压力p桩为：

p桩=1/2σz×z×d

其中d为桩的直径，d=0.05m。

p桩=1/2×93.63×2.0×0.05 =4.68kN

假设每米长度打钢管桩3根（两根竖桩，一根斜撑），每2.0m设一根斜支撑，则3根钢管桩被动土压力和为3p桩=14.04kN。

在钢管斜支撑下的钢管桩的受力示意见附图，简化为简支梁计算：

p土×（3.3+2.0×2/3）-p水×2.5× 2/3=0

p土=（30.63×2.5×2/3）/（3.3+2.0× 2/3）=11.02kN＜［p土］=14.04kN，满足要求斜撑力。

RA=2×（p水-p土）=（30.63-11.02）=2×19.61=39.22kN，拟选用φ50钢管作为斜支撑材料。

为减小斜支撑压力，同时保证围堰的整体性，拟加一排钢管，并且与受力钢管用扣件联结成整体。经复核，工程稳定满足施工要求。

五、围堰施工

1.围堰支架的搭设

由于围堰施工时在水中作业，在河中进行围堰拼装，所以预先在陆地上进行分段安装，以便成型后吊装就位。考虑到支架吊装方便，每段支架长度不宜过长，自重不能过大，根据钢管和钢模板的模数，确定围堰每3m一段。为了保证围堰在水中受力均衡，在搭设时必须严格控制高端和宽度值。各个结点利用转轴卡子卡接牢固，不得有松扣现象，防止应力集中，而造成支架垮塌；立杆用3m架子管联接成一体，增加整体稳定性。

2.模板铺设

每段支架搭设完成后，在支架斜面上铺设钢模板。钢模板横向铺设，选用无撬边、无破损的模板，以减少接缝和防止产生较大缝隙；为防止污染河水，铺设前对钢模板全部进行清理，并用洗衣粉将油污洗净。模板用铅丝固定在支架上，模板与搭板之间也用铅丝联接，接缝紧密以尽量减小缝隙，以减少河水对防水布产生的压力。围堰拐角处的支架在陆地上放样拼装，以便于安放时能与两侧支架顺接，减小接缝，使防水布的铺装更加平顺。

3.防水布铺设

防水布铺设顺序为先下游后上游，逆水流方向铺设，顺水压茬；河底平铺设1.5m，在其上沉入沙袋使防水布与河底、模板紧密接合，以减少渗水。沙袋压在防水布外沿、中部及防水布与模板的转角处，沙袋要排列紧密。为便于防水布沉入水底，在防水布水中一端水拴上沙袋，将防水布伸展平顺后沉入水中，另一端固定在支架上。沙袋采用尼龙袋，防止袋体在水中腐烂，同时袋口用绳子绑牢，以便围堰拆除时能将其彻底捞出。

4.基坑排水及泵坑排水

待围堰搭设完成后进行基坑排水。在围堰内侧做一导流水槽，将渗过围堰的水汇集到泵坑排出，使基坑内干槽作业。围堰内河水抽净后，必须专人看完围堰及水泵，并准备一些砂袋及防水布，如围堰局部出现防水布破裂的情况，可及时加铺防水布，将漏水处堵住。

5.围堰拆除

待水下建筑物完成后，在不妨碍永久或临时建筑物的安全运行为前提的情况下，在监理工程师批准后，及时拆除围堰，特别是水下部分围堰，确保清理彻底，保证河道汛期行洪通行安全。

拆除前先将围堰内清理干净，并拆除各段围堰连接杆，使各段围堰之间全部分开。之后将砂袋一一捞出，将围堰内放满水后，将防水布全部拆除，使河中只剩下围堰支架及模板。用吊车将围堰吊上河岸进行拆除模板及支架的工作。施工时，先拆下流围堰。

图3 施工围堰结构剖面图

六、结束语

清安河担负着淮安市主城区多个片区的排水任务，河道整治施工过程中，不能实现断流、创造无水施工条件，如采用传统填筑临时土质围堰方案，受河道宽度受限制，满足不了导流需求。桩膜围堰基于利用原有河道半河导流，采取半幅施工，一般情况下，可有效节省工期、大大提高施工效率，本工程为其他类似工程提供经验，在以后的规划设计及施工过程中值得予以考虑使用■

（作者单位：淮安市淮阴区水利工程队 223300 淮安市淮安区水利局223200）