灌区节水配套改造工程钢板桩围堰施工要点探讨

杨词范

(九江市科翔水利工程监理有限公司，江西 九江 332000)

1 工程概况

九江市彭泽县余家堰灌区节水配套改造工程渠道线路长、沿线地质地形条件复杂，灌区渠道形式繁多，施工具备很大的流动性，生产生活设施分布较分散。在灌区节水配套改造施工期间，面临防洪排涝及灌溉问题，必须安排在11月-次年3月枯水期进行施工。本次实施低压管道输水灌溉总长度为8.96km，其中余家堰水库灌片主干管7.92km，桩号范围0+000-7+920；湖西支管1.04km，桩号范围0+000-1+040；设阀门井45座、消能设施11处、水表量测设备11处。芳湖灌片渠道清淤衬护2.90km，其中国有圩县道西渠1.85km，桩号范围0+000-1+850，重建机耕桥5座；芙农圩二联渠1.05km，桩号范围0+000-1+050。

2 施工难点及施工方法

2.1 施工技术难点

根据该灌区节水配套改造工程实际特点，在设计过程中进行了砂包围堰、填土围堰和钢板桩围堰方案的比较，最终选用工期短、施工过程简洁、施工成本低、占地面积少、更有利于水质安全的拉森Ⅲ型钢板桩围堰施工技术。结合施工区域内地质条件、钢板桩进场总量及渗漏问题，将单侧150m范围划定为一个施工作业面。在芙农圩二联渠施工过程中，因未预见到施工过程中可能出现的复杂情况，且该段堤顶路为施工区域和外界连接的唯一干线，施工机械在作业期间必须考虑对车辆和行人的避让，所以，该桩号范围施工进度较为缓慢。

此外，项目区部分地段地质条件复杂，钢板桩施打过程中会频繁遭遇大块石和不明障碍物，影响钢板桩插打深度，可使用弧形桩或转角桩绕过此类障碍物[1]。在杂填土地段插打钢板桩时容易因侧向挤压力而引发桩体偏斜，为此应采用以下纠偏措施：将发生偏斜的钢板桩上拔1-2m后，再继续锤进，锤进过程中若再次发生偏斜，则再次上拔后重新锤进。通过此类操作可以震碎大块石或使其发生位移，达到钢板桩纠偏的目的。如果钢板桩发生较大幅度的倾斜，可以利用上宽下窄或宽度明显不同于标准宽度的异形桩进行纠正，可以结合实际需要将异形桩进行焊接加工[2]。对于软弱基础下打设钢板桩时可能发生邻桩带入，为此必须在桩体打设前将黄油等润滑物塞入钢板桩锁口中，降低锁口摩擦力，避免出现邻桩带入。

在钢板桩围堰挡水过程中，必须加强桩顶位移观测，将位移量严格控制在2-10cm范围内；一旦出现围堰底鼓等变形情况，必须立即停工，及时处理。

2.2 施工方法

按照施工进度计划，进场钢板桩总共1600t，其中长6.0m 和长9.0m的钢板桩各1300t和300t，并同时安排5个班组流水作业。施工开始后，先安排测量人员进行钢板桩围堰轴线测定，并按照一定间隔增设导向桩、挂绳，在打桩时遵循设定的轴线。单桩逐根连续施打，并严格控制桩顶高程差。

3 钢板桩围堰施工要点

3.1 打桩

本灌区节水配套改造工程钢板桩围堰施工采用2台由KATO-1250型挖掘机加振动锤后改装而成的打桩机，其中振动锤为激振力200kN的NPK-HP-7SXB型号。考虑到新开河道河面较宽，故必须增设水上钢板浮船施工平台，以方便钢板桩施打。1套打桩设备设计施工速度为40m/d，各工作面钢板桩围堰设计长度共190m，包括150m的围堰和40m的端头，故各工作面打桩时间为4.75d，结合类似工程施工经验，预留出2d的浮动时间，故各工作面打桩时间按照7d确定。

项目区地质条件主要表现为耕植土和红黏土，结合实际水深情况，水深1.8-2.5m的施工区域地质条件较好，应使用长度6.0m的钢板桩，钢板桩入土深度应控制在3.0-3.5m，便可达到自稳状态；而水深2.5-3.5m的区域地质条件不良，应结合使用两种长度钢板桩，每间隔3块长度6.0m钢板桩便打入1块长9.0m钢板桩，并通过增设钢丝绳斜拉以增大支撑力(具体见图1)。根据相关设计及施工经验，钢板桩入土深度必须达到设计桩长的0.5倍以上[3]。

图1 渠道拉森钢板桩围堰加固示意图(单位：mm)

3.2 基坑排水及清淤

结束围堰施工及基坑闭气处理后，为保证主体工程施工顺利进行，必须针对基坑内积水、围堰堰体及堰基渗水、降雨汇水等进行基坑初期排水。初期排水量主要结合工程地质条件、施工进度及工期安排、施工技术水平等综合确定，公式如下：

Q=ηV/T

(1)

式中：Q为基坑初期排水量，m3/s；η为经验系数，根据覆盖层厚度、渗透系数等在3.0-6.0范围内取值，本工程取2.0；V为基坑内积水量，m3)，在水深3.0m的情况下为6862.5m3；T为排水时间，s，根据工程规模，应为86400s。

结合本工程地质条件、工程实际及施工条件等，根据式(1)所确定出的基坑初期排水量为572.5m3/h，故应选用额定流量600m3/h、扬程12.5m、额定功率30kW的250-HW-12A型蜗壳式混流泵排水设备，在85%的出力情况下，实际流量为504m3/h，所需混流泵数量为2台。在基坑初期排水过程中，必须加强水位降幅和降速的控制，在抽水过程中应时刻观察围堰变化，避免因水位下降过快、渗透压力过大而引发围堰堰体失稳、滑坡。

该工程渠道清淤衬护距离长、方量大，弃渣场与施工现场距离为3.0km，考虑到部分路段施工期间外界车辆和行人较多，故将原3.0m宽、15m3装载量的自卸车换成了2.0m宽、8m3装载量的自卸车。自卸车在施工现场行驶速度12km/h，其从作业面行驶至弃渣场耗时15min，同时配备2台挖掘机分别在河床底部和堤顶进行淤泥接力装车，装满1车耗时4min，所以1辆自卸车从施工现场装料开始到弃渣后返回原作业面总耗时35min。为保证挖掘机装载淤泥速度与运力配合后略有富余，共配备9辆自卸汽车，1d内清淤工作时间12h，本工程全部清淤任务在2d内顺利完成。

3.3 边坡开挖及修整

在边坡开挖前必须测量放样。参照建设方所移交的坐标点、高程点编制施工现场测量示意图，引测坐标控制点及局部控制点。放置边坡开挖边线，进行坡顶、坡底标高测量，通过全站仪并根据1∶1.5的设计坡比及150m的间隔设置加密控制桩，再采用水准仪引测高程至施工现场及周围既有建筑物。在直尺的配合下确定并用白灰撒出坡顶开挖边线。

通过1台1m3的反铲挖掘机由下至上进行主河道开挖，并将一块钢板焊接在挖掘机斗齿外侧与挖斗平行，以消除开挖过程中留下的斗齿印。对于必须培厚的边坡，应先开挖出台阶再回填碾压、修坡，增强新旧土料的黏合程度。边坡开挖过程中应充分利用地表天然排水沟渠，若天然排水效果不良，则应沿边坡顶部开挖截排水沟。

3.4 混凝土浇筑

本工程单侧渠道底部宽12.5-13.5m，渠底混凝土浇筑施工任务应在1d内完成，才保证后续渠坡混凝土浇筑施工顺利展开。渠底混凝土浇筑主要采用10m3混凝土搅拌运输车3台、PC-200型挖掘机1台、泵车1台。

该工程渠道边坡衬砌长度7.58-8.85m，按照3.0m间隔设置横向伸缩缝，故边坡混凝土浇筑施工应跳块进行。浇筑后的混凝土通过平板振捣器匀速振捣2-3遍，边角及平板振捣器无法到达的小范围区域应采用插入式振捣器。该工程渠道边坡混凝土浇筑后平板振动控制情况详见图2。

图2 渠道边坡浇筑混凝土平板振动控制情况

结束以上操作并检验合格后向基坑放水，在放水期间不能拉拔钢板桩，应拔除钢板桩顶30cm处预留孔内的填塞物，使水流入孔内，待基坑内充满水后开始下道工序施工。

3.5 拔钢板桩

全部施工环节结束后，通过拔桩机将钢板桩头部夹住后持续振动2min，待桩体周围土体松动并表现出液化状态后，缓慢拉拔钢板桩。在拉拔过程中若出现拉拔困难，则应立即停止，继续振动2min后向下锤击1.0m左右深度，再进行拉拔。重复以上操作，直至完全拔除钢板桩。

4 结 论

综上所述，与砂包围堰和填土围堰相比，钢板桩围堰在九江市彭泽县余家堰灌区节水配套改造工程渠道中的应用有助于加快施工进度、简化施工过程、缩小占地空间、降低施工成本，且钢板桩具有较高的重复利用率，安全，环保。本工程施工经验可为拉森钢板桩施工技术在窄河堤岸整治、大水深、急水流以及不适宜使用砂包围堰、填土围堰的淤泥及粉细砂软基工程施工中的应用提供借鉴参考。