連云港武障河閘感潮河段鋼管樁拉錨組合式圍堰施工

宋 力，季 榮，楊從倫，許 祥

(1.江蘇省水利科學研究院 材料結構所，江蘇 揚州 225002； 2.上?？睖y設計研究院有限公司，上海 200335； 3.灌南縣水利建筑工程有限公司，江蘇 灌南 222502)

0 引 言

施工圍堰是水利工程重要的臨時設施，形式主要有土石圍堰、草土圍堰、木板樁圍堰、鋼板樁圍堰等。上述圍堰各有其適用范圍及優點[1]，但針對沿海感潮河段均適用性不強。

沿海地區受海水漲落潮影響顯著，感潮河段內涌河水位隨海水漲落潮變化。在感潮河段進行施工圍堰填筑具有地質條件復雜、河水位受潮水位影響變化頻繁、施工難度大等特點[2-3]。

本文針對傳統土石圍堰填筑結合鋼板樁圍堰施工工藝，總結提煉了感潮河段鋼管樁拉錨組合式圍堰施工工藝，并成功應用于連云港鹽東控制工程武障河閘擴建工程中。

1 工程概況

連云港鹽東控制工程武障河閘擴建工程位于灌南縣境內武障河與鹽河交匯處東側，主要施工內容為拆除原武障河老閘，新建1 座13孔節制閘(每孔凈寬10 m)，上、下游引河及老河槽拓浚 2.74 km。武障河閘設計排澇流量 849 m3/s，工程等別為Ⅱ等[4]。

2 感潮河段圍堰施工難點

新建武障河閘下游側為灌河，灌河通海，為典型感潮河流，圍堰平面總布置見圖1。下游側圍堰施工難點如下。

(1) 武障河閘下游圍堰設計堰頂標高6.0 m，灌河側10 a一遇最高潮水位3.87 m，最低潮水位-0.5 m，臨閘室側河底高程約為-3.5 m，施工期圍堰內外側水位落差大。

圖1 圍堰平面總布置Fig.1 General layout of cofferdam

(2) 河底高程以下 4 m深度范圍內均為淤泥質黏土，承載力差。地質資料顯示：下游圍堰基礎為灰黑淤泥質重粉質壤土、灰白中粉質壤土及粉質黏土，土中夾雜腐殖質，有腥臭味，呈流塑-軟塑態；高含水量，高孔隙比，高觸變性，強度低，性質極差，土層分布高程為 1.64～-2.08 m和-0.57～-3.80 m。

(3) 圍堰施工受潮汐影響大，因土方作業受潮汐時間限制，工作效率低，施工期長[5-6]。

3 施工工藝

武障河下游側圍堰(灌河側)外河道是潮汐河道，地質條件差，攔截灌河潮水，1 d兩潮，水位變化大，施工期最大潮位差約4 m，最小潮位差約2 m，潮漲潮落時間短(平均為6 h 12 min)，對下游圍堰邊坡穩定影響大?；谏鲜鍪┕l件，采用鋼管樁拉錨組合式圍堰施工工藝：在土質圍堰基礎上增設兩排鋼管樁，鋼管樁內側插入1.50 m×12.00 m×0.01 m(高×長×厚)鋼板，樁頂外側設雙拼工字鋼圍囹，上下游圍囹用精軋螺紋對拉，雙鋼管樁樁位距壩軸線上下游各 20 m，樁間距2 m，并在樁內側土方填筑到最低水位時鋪設帶肋鋼筋網片，增強壩體整體性。下游圍堰斷面示意詳見圖2。

圖2 下游圍堰斷面示意(單位：m)Fig.2 Schematic diagram of downstream cofferdam cross section

鋼管樁拉錨組合式圍堰施工工藝流程見圖3。

圖3 鋼管樁拉錨組合式圍堰施工工藝流程Fig.3 Construction process flow chart of steel pipe pile pull-anchor combined cofferdam

4 操作要點

4.1 施工放樣

根據下游圍堰設計圖進行實地放樣，測放圍堰的軸線位置以及雙排鋼管垂直水流的軸線位置，并在岸邊釘立控制樁。

4.2 鋼管樁施打及橫向聯結

4.2.1 沉 樁

鋼管樁沉樁前，進行鋼管樁工藝性試驗，根據工藝性試驗結果選擇鋼管樁的進尺速度、振動頻率等施工參數。

鋼管樁沉樁主要采用在河床內浮吊船上放置簡易振動錘高頻率振動施打的方式，施打過程需拉線定位。工程船將鋼管樁運到樁位后，浮吊船吊起 60 型振拔錘(帶液壓鉗)插入至鋼管樁頂口，利用液壓鉗鉗緊鋼管樁端口后附帶振動錘整體起吊，就位至放樣樁位后，保證鋼管樁方向準確及位置垂直。

鋼管樁按從邊岸向河中間的次序進行施打，首先每間隔10 m施打定位樁，以利于圍堰初步定位和確定圍堰底寬，然后在定位樁間每隔2 m中心距按管樁設計根數進行間距內插鋼管樁[7]。

管樁施打前，要求浮吊船只泊位穩定牢靠不移位。施打過程中，通過移動浮吊船上的移位導架，調整好鋼管樁樁位和垂直度，滿足要求后進行管樁施打，振動錘一邊振動，一邊插打下沉。每根管樁施工完畢后檢測平面位置和垂直度，滿足要求后依次施打其余鋼管樁。施工過程中應加強對鋼管樁傾斜度的監測，確保每根樁的傾斜度不大于2%。

4.2.2 橫向聯結及加固

雙排鋼管樁沉樁結束后，在其外側垂直水流方向雙拼28工字鋼連接系梁。工字鋼采用浮吊船吊裝就位后，通過焊接與鋼管樁間連接，形成抵抗圍堰土體滑動及側向土壓力的整體結構。

4.3 安裝擋土鋼板及鋼筋網片

鋼管樁施打完成、橫向聯接加固后，垂直水流方向，在鋼管樁內側采用浮吊船進行1.50 m×12.00 m×0.01 m(高×長×厚)鋼板安裝，鋼板底部插入河床中，相鄰兩塊鋼板相互搭接2 m，在鋼板上部增設高2.2 mΦ8 mm@10 cm冷軋帶肋鋼筋網片，網片內側綁扎模袋布，與鋼管樁綁扎牢固。

4.4 圍堰土體填筑

下游圍堰土體填筑施工順序分為：最低潮位以下，最高潮位至最低潮位之間和最高潮位以上。

(1) 最低潮位以下部分土體填筑。采用進占法施工，當潮水退到最低潮位之上 50 cm 時，采用15 t自卸汽車水中倒土，1 m3挖掘機結合推土機整平碾壓。當潮水漲到填土前則停止施工，對填筑堰體表面再次進行整平、壓實，堰頂中間比兩側略高，便于壩頂排水；最低潮位以下堰體填筑，堰頂允許過水。填筑完成后，鋪設模袋布及Φ8 mm@10 cm冷軋帶肋鋼筋網片，鋼筋網片尺寸為12.0 m×2.3 m和6.0 m×2.3 m兩種規格，長邊順水流方向鋪設，縱橫錯縫留50 cm鋪設，以增強堰體整體穩定性。

(2) 圍堰拉錨穩固。模袋布及鋼筋網片鋪設完成后，繼續趁低潮位平層回填堰體至高程1.0 m后，對圍堰上下游鋼管樁進行拉錨穩固，利用鋼管樁外側的雙拼工字鋼作圍囹，安裝精軋螺紋對拉，增強堰體整體性。

(3) 高潮位至低潮位之間土體填筑。精軋螺紋對拉完成后，進行最高潮位至最低潮位之間堰體土方填筑。這部分堰體填筑是下游圍堰填筑的關健。采用分層填筑，為確保圍堰壓實度，嚴格控制分層鋪土厚度≤50 cm，每一個落漲潮時間填筑完一層、壓實一層，漲潮時允許壩頂全斷面過水。因全斷面過水流速相對較小，水流對堰頂沖刷影響較小。

(4) 高潮位以上部分的堰體填筑。對高潮位以上部分的堰體填筑釆用分層填筑、分層壓實施工。在圍堰筑岀最高潮位后，繼續用15 t自卸汽車外運土，挖機結合大推土機壓實整平，分層加高填筑，直至達到設計高程。

4.5 圍堰迎水面拋石防護

圍堰迎水坡面采用復合防滲土工膜防護，土工膜鋪設時，應相互搭接大于50 cm，坡腳向堰底外側延伸大于2 m。土工膜鋪設后，采用塊石壓重防風浪沖刷，塊石由機械裝船后，運到指定位置，船載挖掘機在船上拋投。拋投過程中應實時參照圍堰斷面尺寸均勻拋壓，圍堰迎水面頂部采用人工疊實袋裝土防護。

5 圍堰穩定性分析

5.1 參數選取

計算施工期最不利工況，基坑側邊坡整體穩定計算工況及水位組合詳見表1。采用地勘鉆孔土層直接快剪參數，各土層采用的指標參數見表2。

表1 工況及水位組合

表2 邊坡整體穩定驗算參數

5.2 設計荷載

圍堰作用荷載主要有自重、水壓力和堰頂人群荷載。施工期工況堰頂荷載按10 kN/m2考慮，分布寬度為堤頂寬度。

5.3 計算方法

采用“理正邊坡穩定分析”軟件，運用瑞典圓弧滑動法進行抗滑穩定計算(圖4)。圓弧滑動法計算公式如下：

K=

W=W1+W2

上式中：W為條塊重，kN；W1為壩坡外水位以上的條塊濕重，kN；W2為壩坡外水位以下的條塊浮重，kN；Q，V分別為水平和垂直地震慣性力，kN(向上為負，向下為正)；u為作用于土條底面的孔隙壓力，kPa，取0；b為土條寬度，m；α為條塊重力線與通過此條塊底面重點的半徑之間的夾角，(°)；cu，φu為土條底面的直剪快剪指標；Mc為水平地震慣性力對圓心的力矩，kN·m；R為圓弧半徑，m。

注：Z為坡外水位至條塊底的高差。圖4 圓弧滑動條分法示意Fig.4 Schematic diagram of the arc sliding bar division method

計算簡圖見圖5。

圖5 邊坡整體穩定計算簡圖(單位：m)Fig.5 Simplified diagram of the overall stability calculation of the slope

5.4 穩定計算結論分析

根據GB 50286-2013《堤防工程設計規范》得出邊坡安全系數允許值KS。由表3可知，施工期基坑側邊坡穩定計算結果均滿足規范要求，滑弧位置上限見圖5。

表3 基坑側邊坡穩定計算成果

6 鋼管樁深入河底深度與預留沉降

鋼管樁深入河底高程以下深度與河床面以上懸挑長度比考慮為1∶(1～1.5)，參照拉錨板樁結構進行穩定性復核。下游圍鋼管底端高程-9.8 m，經復核，圍堰整體穩定性及抗滑能夠滿足要求。

圍堰需考慮預留沉降量，主要由圍堰所處地基沉降和圍堰自身沉降量2個部分組成。工程下游圍堰使用期為11個月，預留沉降15 cm。

7 經濟性分析

以連云港鹽東控制工程武障河閘擴建工程下游40.0 m×180.0 m×9.5 m(圍堰底寬×圍堰長度×圍堰高度)圍堰為例，選取江蘇省連云港市2021年第一季度物價指數，對鋼管樁拉錨組合式圍堰施工方案與原招標文件常規進占堆土圍堰方案進行比較測算。測算結果表明：與傳統土方圍堰進占合龍施工工藝相比，感潮河段鋼管樁拉錨組合式圍堰施工工期可以壓縮60%，綜合施工費用可以節約18.9%[8]。

8 結 語

武障河閘擴建工程下游灌河側感潮河段鋼管樁拉錨組合式圍堰于2021年1月14日開始施工，于1月20日填筑至設計高程發揮擋水功能。工程于2021年7月17日晚開壩放水行洪，下游側圍堰為水下主體工程施工的順利實施提供了有力保障。

感潮河段鋼管樁拉錨組合式圍堰施工技術較傳統圍堰進占合龍施工工藝可以解決潮汐河道填土施工時間受限、填筑土體流失量大、圍堰合龍困難等問題，可提高填筑效率，且具有鋼管樁吊裝設備簡單、施工便捷、縮短工期、節約成本、節能環保等特點，經濟效益、生態環保效益及社會效益顯著，可為類似感潮河段圍堰施工提供借鑒。