淺談鋼管樁夾板圍堰在小潮河閘拆建工程中的應用

金孝權　張心衡　金友波

（1.連云港市金河水利工程建設監理有限公司，江蘇連云港　222006；2.灌南縣水利局，江蘇灌南　223500）

淺談鋼管樁夾板圍堰在小潮河閘拆建工程中的應用

金孝權1張心衡2金友波1

（1.連云港市金河水利工程建設監理有限公司，江蘇連云港222006；2.灌南縣水利局，江蘇灌南223500）

本文以小潮河閘拆建工程為例，闡述在淤泥等深厚軟基上建造鋼管樁夾板圍堰的設計、施工、維護及拆除等。

小潮河閘拆建工程；深厚軟基；鋼管樁夾板圍堰；應用

1　工程概況

小潮河閘位于灌南縣新沂河南堤110K小潮河入灌河處，溝通新沂河南偏泓與灌河。該閘建于1965年，設計流量300m3/s，主要排泄沭陽以上新沂河桃汛，保證新沂河灘地30萬畝麥收，汛期擋洪、汛后為灘地三麥退水降漬，干旱時納灌河水抗旱，是一座多功能使用頻繁的水工建筑物。經近50年的使用，雖經多次維修加固，但都未能從根本上解決問題，特別是近年來，多處出現險情。

經安全鑒定并報水利部大壩安全管理中心核查，認定小潮河閘為四類閘，同意對其進行拆除重建。

新建小潮河閘共3孔，每孔凈寬10m，設計流量300m3/s，屬中型水閘，工程等別為I等，主要建筑物為1級，次要建筑物為3級，臨時性建筑物為4級。

2　下游圍堰的設計

《水閘施工規范》（SL 27—91）條文說明3.0.6條:“在江蘇省導沂工程中的小潮河堵壩是建國后在潮水河中首次用埽工技術堵壩的，經歷了數次失敗后，才獲成功［1］。”

2000年小潮河閘下游加固時，下游圍堰填筑完成后在閘塘內抽水至0.8m時，每逢灌河側退潮時，堰體就明顯下沉，一直不能穩定。后采用分級控制水位的方法，筑第二、第三道圍堰的處理方法，前后花了3個多月時間，才最終成功［2］。

原設計提供的為土圍堰，堰頂高程4.5m，頂寬7m，外河側邊坡1∶5，閘塘側邊坡1∶8，河底高程在-4.5m左右。

從河底向下依次為③2層（Q4m），灰色淤泥質重黏土，夾少量砂壤土薄層，含腐殖質，流塑—軟塑狀態，高壓縮性，揭示層厚4.4～13.3m；⑤3層（Q3al+pl），灰黃色重、輕粉質砂壤土，局部近粉砂，夾薄層粉質黏土，含云母片，中密—密實狀態，中偏低壓縮性，層厚0.8～3.5m；⑦1層（Qa3l），黃灰色黏土、粉質黏土，含鐵錳質結核，局部軟塑狀態，中壓縮性，層厚3～7.5m；⑦2層（Qa3l），灰黃色粉質黏土夾薄層砂壤土，局部互層，含鐵錳質結核及砂姜，可塑狀態，中壓縮性，層厚7.5～13.8m。

根據《水閘施工規范》及2000年下游圍堰施工情況和該工程工期比較緊的特點，不采用原土圍堰方案，混凝土圍堰、圬工圍堰的基礎處理技術復雜，投資較大，也不作為比選方案，經參建各方討論，并經專家組專項論證后，采用以下設計方案。

2.1堰址選擇

現場水下測量，在下游300m處有150m長（順水流向）土埂，為2000年老閘加固時打設的施工圍堰，河底較平，河底高程在-2m左右；在此處補充鉆探，高程-2～-4.5m為素填土（Q4ml），灰色、黃褐色，以砂壤土及粉質黏土為主，夾腐植物及少量螺殼。高程-4.5m以下與原設計圍堰處地質基本相符。根據以上情況，將現狀圍堰移至該處。圍堰高度從9m降為6.5m。

2.2圍堰斷面結構設計

現設計的施工圍堰底寬40m，在圍堰兩側垂直水流方向打設直徑φ52.9cm，壁厚8mm的鋼管樁，間距2m，樁長12m，頂部高出低潮位0.5m以上；在低潮水位向下用1.5m×12m×1cm規格鋼板連接（垂直水流向），在河底鋪設一層φ8mm@100mm冷軋帶肋焊接鋼筋網片（見圖1）與10cm厚柴草的軟體排（在岸上就用鉛絲連接好，形成整體，見圖2），在土方回填至樁頂前，樁頂外側用雙拼28工字鋼作為管樁水平連接，然后用φ32精軋螺紋鋼筋連接對拉（順水流向），鋼板接頭采用搭接連接，接頭處鋼管樁加密；在低潮位（高程±0）時向板樁之間填土，按土圍堰正常施工方法施工；低潮位向上鋪設3層鋼塑格柵，間距1m（見圖3和圖4）。

圖1　φ8@100mm熱軋帶肋鋼筋焊接網

圖2　φ8@100mm冷軋帶肋焊接鋼筋網片與10cm厚柴草的軟體排

圖3　下游圍堰橫斷面示意圖

圖4　下游圍堰平面示意圖

迎水側采用覆蓋防水土工膜，袋裝土防護圍堰。下游圍堰頂高程4.5m，頂寬4m，迎水面高程2m處留平臺，高程2m以上坡比1∶2.5；背水面在高程1m處留平臺，高程1m以上坡比1∶2.5。

2.3圍堰抗滑穩定計算

該次設計的圍堰是5級，根據《堤防工程設計規范》（GB 50286—2013）第3.2.3條規定，4級土堤邊坡的抗滑穩定最小安全系數（瑞典圓弧法）不應小于表1中的數值［3］。

表1　堤防抗滑穩定最小安全系數

根據補充鉆探資料，圍堰的巖土物理性質參數見表2。

表2　圍堰的巖土物理性質參數

圍堰抗滑穩定計算水位取最不利工況（見表3）。

表3　圍堰抗滑穩定計算水位

成果表明:圍堰在最大潮水位最不利工況下背水側邊坡抗滑穩定安全系數大于《堤防工程設計規范》（GB 50286—2013）第3.2.3條規定的最小安全系數，故圍堰抗滑穩定滿足安全要求。

3　圍堰的施工

下游側（灌河側）低潮位以下采用鋼管樁與鋼板組合的夾板圍堰，底鋪冷軋帶肋鋼筋網片為基礎；低潮位以上部分采用陸地填筑方式進行填筑，填筑時鋪設鋼塑格柵作為受力筋的圍堰方案。

a.鋼管樁施打、鋼板連接。

鋼管樁制作。現場根據不同的水深在岸上進行鋼管樁的拼接，接頭滿焊后用4塊15cm×15cm鋼板在焊接部位四周加強，鋼管樁為直徑φ529×8mm。

振動下沉鋼管樁。振動錘參數見表5。

鋼管樁采用浮吊船配置的5t振動錘打樁機進行插打鋼管樁。

鋼管樁平面位置及垂直度調整完成后，開始壓錘，依靠鋼管樁及打樁錘的重量將其壓入土層，復測樁位

計算結果見表4。和傾斜度，偏差滿足要求后，開始錘擊（見圖5）。鋼管樁打入深度根據地質情況而定，主要以入土深度控制。

表4　背水側圍堰抗滑穩定計算成果

表5　振動錘參數

圖5　鋼管樁施打中

鋼管樁施打完成，緊接著連接鋼板安裝，鋼板上口及時用鋼筋連接在鋼管樁上，防止潮水沖刷傾覆，然后在河底鋪設一層φ8mm@10cm冷軋帶肋鋼筋網片（應購買工廠焊接成型網片）與10cm厚柴草組成的軟體排（在岸上就用鉛絲連接好，形成整體），在土方回填至樁頂前，樁頂用φ32mm精軋螺紋鋼筋對拉（見圖6）。

圖6　樁頂用φ32精軋螺紋鋼筋對拉

b.填筑。考慮到河道受潮汐水流的影響，圍堰合龍難度較大，可以采用兩岸填土進占，使龍口處在河道的中心偏南側處，以減少沖刷。

在設計圍堰壩址位置兩岸同時開始準備進土，壩頭用挖掘機進土、整平、碾壓，使壩體密實。

低潮水位向上0.5m處鋪設GSZ80-80鋼塑格柵（縱、橫向每延米極限抗拉強度80kN/m，見圖7），共3層，間距1m，順水流向鋪設（見圖8），能有效地提高加筋承載面的嵌鎖、咬合作用，極大程度增強地基的承載力，有效約束土體的側向位移，增強堰體穩固性能。

圖7　GSZ80-80鋼塑格柵（縱、橫向每延米極限抗拉強度80kN/m）

圖8　GSZ80-80鋼塑格柵鋪設中

c.合攏。圍堰合龍應盡量選擇在低潮時，因為大潮時水位高，退潮時水流沖刷對龍口的影響大。

在準備合龍前，整理龍口；低潮水位以下用鋼板封堵；計算龍口合龍用土量及沖刷量，并配足機械。

龍口合龍后，繼續集中機械進土加固龍口，尤其是在下游迎水面更要重視，確保漲潮時水不能浸頂。

d.迎水面防護。圍堰合龍后，在低潮時，迎水面鋪設土工膜和袋裝土壓實。

下游圍堰從2015年10月24日開始進行施工，2015年11月8日施工完成，歷時16d。

4　圍堰的使用、維護和應急措施

在施工期間，采取一切必要的措施確保施工圍堰的安全。盡量避免對其產生干擾和不利的影響。施工時做好圍堰的位置、高程、邊坡、斷面尺寸、填筑方案的確定和穩定驗算等工作，并準備必要的應急措施等。

圍堰的安全穩定對該工程十分重要，確保圍堰填筑質量和圍堰擋水運行期間的安全穩定。在施工過程中，安排專人對水位進行全天監測，并做好記錄，同時備足用于搶險的編織袋、草包、圓木、鋼管、木樁等材料，挖掘機、自卸車隨時聽候調遣。一旦發現問題及時采取有效的應急措施進行圍堰加固，以確保施工期間的壩體安全。

在閘塘開挖過程中對施工圍堰進行經常性的檢查和維護，安排專人值班巡查，發現問題及時報告，采取有效的補救措施進行加固。同時在圍堰上設立圍堰的安全責任人、看管責任人及聯系電話公示牌，明確人員及責任，加強圍堰安全管理。

經1個月的觀測，基本沒有水平位移，觀測沉降在15cm左右，最大沉降在合攏段，累計沉降23cm，10d后基本趨于穩定。

5　圍堰的拆除

主體工程施工完成，經過水下驗收，并報業主、監理書面確認同意后，先打開閘門，圍堰拆除前先采用倒虹吸管道對閘室進行注水，待堰體兩側水位接近時，對圍堰進行拆除，拆除圍堰先從下游開始，按上述同樣的辦法，對上游圍堰進行拆除。

圍堰全部拆除至原河床高程。采取水上和水下兩部分進行，水上部分開挖拆除到水面以上50cm，采取后退法開挖，即圍堰中間開始，分別往兩岸后退開挖，反鏟裝車，自卸汽車裝運往指定堆土區；水下部分的臨時圍堰，采用4臺長臂反鏟開挖，自卸汽車運輸，棄土運至業主、監理工程師指定地點堆放。

鋼管樁拆除采用浮吊船上配置的5t振動錘打樁機拔除鋼管樁。

圍堰拆除完成后，經自行“三檢”合格，并做好記錄后，報請業主、監理工程師、設計代表等聯合檢查驗收。

6　結語

沿海地區河口水利樞紐工程，地基一般為深厚軟基，且多為淤泥、淤泥質黏土。選擇施工圍堰方案時，混凝土圍堰、圬工圍堰的基礎處理技術復雜，投資較大，一般不作為比選方案，而軟基上常用的土石圍堰也因斷面過大，特別是圍堰比較高時，往往因沉降變形大或影響建筑物的布置，不宜作為布置方案。采用鋼管樁夾板填土圍堰，具有適應地基變形能力強，斷面較小、投資較省、施工方便等特點。

小潮河閘下游圍堰選用鋼管樁夾板圍堰，實踐證明，圍堰方案是成功的，為類似工程提供了一種可供參考的圍堰填筑形式。■

［1］SL 27—91水閘施工規范［S］.北京:水利電力出版社，1991.

［2］孫國昌，王麗，彭勃.小潮河閘下游圍堰坍塌原因淺析及處理措施［J］.江蘇水利，2003（1）.

［3］GB 50286—2013堤防工程設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2013.

Discussion on the application of steel pipe pile splint cofferdam in Xiaochao River Gate Removal and Construction Project

JIN Xiaoquan1，ZHANG Xinheng2，JIN Youbo1
（1.Lianyungang Jinhe Water Conservancy Engineering Construction Supervision Co.，Ltd.，Lianyungang，222006 China；2.Guannan County Water Resources Bureau，Guannan 223500，China）

In the paper，Xiaochao River Gate removal and construction project is adopted as an example.Design，construction，maintenance and removal，etc.of construction steel pipe pile splint cofferdam on sludge and other deep soft foundation are described.

Xiaochao River Gate Removal and Construction Project；deep soft foundation；steel pipe pile splint cofferdam；application

TV551

B

1005-4774（2016）05-0004-05

10.16616/j.cnki.11-4446/TV.2016.05.002