某水閘鋼管樁圍堰施工技術(shù)及質(zhì)量控制

羅裕綜

（廣東省佛山市順德區(qū)容桂街道城建和水利辦公室，廣東 佛山 528000）

1 工程概況

某水閘工程為重建新塘閘站，閘孔凈寬5 m，過閘流量設(shè)計(jì)為14.95 m3/s；電排站設(shè)計(jì)流量為5.56 m3/s，安裝2 臺(tái)1000ZLB-125型立式軸流泵機(jī)組，配套電動(dòng)機(jī)額定功率220 kW；裝機(jī)總?cè)萘繛?×220 kW=440.00 kW。該水閘工程根據(jù)地形地質(zhì)條件，對(duì)建筑物進(jìn)出水條件進(jìn)行考量，分析工程圍堰和布置廠區(qū)場(chǎng)地等條件因素，選擇重建的閘站在原新塘水閘閘址上，設(shè)計(jì)水閘與排澇泵站一體式的堤身。工程縱軸線遵循原有縱軸線，橫軸線設(shè)計(jì)原則是方便施工交通、滿足圍堰的施工，在原水閘內(nèi)江側(cè)布置，距離原有新塘水閘頂交通橋10.00 m 的位置。該閘頂交通橋兩側(cè)新堤段高程與新閘頂為6.20 m，同時(shí)延伸到兩岸平順連接原有堤面，形成完整的防洪體系，整體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)防洪。

2 工程的總體規(guī)劃

2.1 一期圍堰工程規(guī)劃

2.1.1 考慮改變圍堰導(dǎo)流方式

改變以后能夠顯著縮短工期，可以確保此工程項(xiàng)目在枯水期內(nèi)完工，以履行約定的合同工期。左移縱圍堰可以提升施工高程，減小縱圍堰的建設(shè)難度，整體安全性得以保障，而且閘體的大部分工程皆在非汛期施工，有效減輕了二期圍堰度汛的壓力。進(jìn)行整體澆筑閘室底板，讓底板的施工質(zhì)量得以保障，大大減少了混凝土澆筑次數(shù)以及混凝土施工縫。

2.1.2 圍堰導(dǎo)流方式更改的弊端分析

施工強(qiáng)度有所加大，工程安排更加緊張，施工費(fèi)用相應(yīng)提高。基于渠底會(huì)形成很大沖刷，必須進(jìn)行干砌石護(hù)底，為了強(qiáng)化抗沖性，可以利用混凝土灌注減小糙率，但面對(duì)特大洪峰，存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，要實(shí)施的預(yù)案在預(yù)留缺口處放水。伴隨基坑施工進(jìn)度，導(dǎo)流明渠和縱向圍堰的安全會(huì)受到影響。可以考慮在基坑內(nèi)預(yù)留4.50 m寬的作業(yè)面，方便開挖時(shí)安置鋼管護(hù)臂樁，同時(shí)有必要在圍堰相鄰基坑側(cè)安置密排鋼管樁，預(yù)防基坑有深度后外露的鋼管擠出樁身。

所以按照該水閘工程節(jié)點(diǎn)工期和整體工期需要，擬調(diào)整原有招標(biāo)文件規(guī)定的縱向圍堰工程位置，將縱向圍堰向閘室左邊轉(zhuǎn)移，更方便整體閘室的建設(shè)，保證充足的時(shí)間進(jìn)行上部閘室結(jié)構(gòu)施工。可以在縱向圍堰內(nèi)側(cè)預(yù)留4.50 m寬的作業(yè)面，縱圍堰左側(cè)留10 m 寬的導(dǎo)流明渠，并進(jìn)行干砌石保護(hù)以應(yīng)對(duì)水流沖刷。基于閘室底板左邊與圍堰較近，為了確保縱圍堰在施工過程中的安全，針對(duì)縱圍堰設(shè)計(jì)考慮布設(shè)12 m 長(zhǎng)的密排鋼管樁。一期工程圍堰長(zhǎng)度分別為：外圍堰74 m、內(nèi)圍堰40 m，縱圍堰33.60 m。

2.3 二期圍堰的規(guī)劃

二期圍堰施工量包括左岸上下游的連接堤段以及刺墻等，計(jì)劃二期圍堰的施工在一期圍堰拆除后進(jìn)行，必須在施工期做好防汛工作。下游圍堰所需的鋼管樁可以利用一期圍堰拆除的鋼管樁，可以利用松木樁實(shí)施上游圍堰打設(shè)。縱圍堰設(shè)計(jì)采用邊墩，二期圍堰的結(jié)構(gòu)等同一期圍堰。工程用材包括：φ219 mm 鋼管樁588 根；7.50 m 長(zhǎng)對(duì)拉圓鋼1 305 根，28a 槽鋼750 m；4.50 m長(zhǎng)的20a槽鋼334 m，松木樁393根；竹籬笆2 260 m3；無紡?fù)凉げ? 070 m2；土方20 000 m3；拋石2 000 m3。

3 重建閘站基礎(chǔ)工程中鋼管樁圍堰施工技術(shù)

3.1 圍堰設(shè)計(jì)

3.1.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

按照當(dāng)?shù)爻毖春退奶攸c(diǎn)，并結(jié)合設(shè)計(jì)招標(biāo)文件以及該水閘項(xiàng)目的具體施工位置，圍堰標(biāo)準(zhǔn)選擇5年一遇。施工圍堰高潮位設(shè)計(jì)3.44 m，頂高程設(shè)計(jì)為4 m，圍堰頂部預(yù)留超高0.55 m，施工時(shí)必須達(dá)到6 m以上，并預(yù)留搶險(xiǎn)空間。導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)按照非汛期5年一遇的設(shè)計(jì)，大約流量為58.60 m3/s，該工程均在枯水期進(jìn)行水下部分結(jié)構(gòu)施工。基于狹小的施工場(chǎng)地，設(shè)置后過水面積的最小斷面為18.65 m2，混凝土護(hù)坡糙率為0.015，明渠底高程按0.50 m設(shè)計(jì)，渠道坡降1：2 000，下游根據(jù)非汛期潮水位的1.57 合并計(jì)算，該導(dǎo)流明渠流量為42 m3/s，設(shè)定流速2.03 m/s，對(duì)應(yīng)上游的洪水位為4.24 m，足以符合原設(shè)計(jì)枯水期的流量標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.2 圍堰布置

按照工程現(xiàn)場(chǎng)的具體狀況以及閘室設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，考慮在水閘出口防沖樁外出布設(shè)外圍堰，與防沖樁的凈距離為2.50 m，在上游混凝土護(hù)坦的上游側(cè)邊線處設(shè)置內(nèi)圍堰，預(yù)留作業(yè)面4.50 m。

3.1.3 結(jié)構(gòu)形式

基礎(chǔ)利用土方填平到0.50 m的高程。土方開挖可以利用上游接線工程河道進(jìn)行，在填土的過程中布設(shè)圍堰樁。基于緊迫的工期，結(jié)合同類閘室的陽光圍堰施工經(jīng)驗(yàn)，更考慮到增加抗彎性能，決定把原設(shè)計(jì)的40a 槽鋼改為φ219 mm 的鋼管樁。基于主體為淤泥質(zhì)粉砂土的較好地質(zhì)，所以，將鋼管樁入土深度和外露長(zhǎng)度的比值可設(shè)置為1.50～1.00 之間。根據(jù)圍堰的高度調(diào)整鋼管打設(shè)的總長(zhǎng)度，通常為11.50～16.50 m。圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可選擇鋼管圍令，橫向必須確保對(duì)拉的兩排鋼管，其他的對(duì)拉采用圓鋼，讓整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。雙排鋼管樁圍堰結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

圖1 雙排鋼管樁圍堰結(jié)構(gòu)圖

反濾可采用無紡?fù)凉げ迹O(shè)定潮位的平均高度為1.50 m，在高度以下利用黏土閉氣，方便固結(jié)；1.50 m以上部分利用2 m寬的黏土芯墻，利用黏土實(shí)施兩側(cè)的閉氣。圍堰的寬度因?yàn)樽匀坏牡乩項(xiàng)l件限制，只能根據(jù)原設(shè)計(jì)4.50 m寬布設(shè)。圍堰頂?shù)脑O(shè)計(jì)，必須考慮預(yù)留搶險(xiǎn)的空間，并且可以考慮加高子圍堰，必須是鋼管高出設(shè)計(jì)高程50 m的標(biāo)準(zhǔn)。

在圍堰的整體工程中，要重點(diǎn)保護(hù)基坑側(cè)，施工順序要科學(xué)合理；務(wù)必先進(jìn)行基礎(chǔ)樁灌注，實(shí)現(xiàn)加固地基、保護(hù)圍堰的作用。開挖方式利用分層進(jìn)行的水力沖挖，必須保證足夠地放坡，并要注意邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)，方便隨時(shí)實(shí)施保護(hù)手段。

3.1.4 地基整體穩(wěn)定計(jì)算

該圍堰工程設(shè)定的水位組合條件，為抵御5年一遇最高洪水位，設(shè)計(jì)圍堰以外水位4.22 m，圍堰以內(nèi)不設(shè)水位，河床底高程為-2.40 m。為了確保工程安全，可以忽略鋼管框架的阻滑作用。

3.1.5 滲流穩(wěn)定計(jì)算

如圖2所示，設(shè)定管涌范圍為B，作用其上的所有滲透壓力為J，計(jì)算公式為：

圖2 滲流破壞計(jì)算簡(jiǎn)圖

式（1）中：h表示水頭損失的區(qū)域，在范圍B內(nèi)從鎮(zhèn)壓層頂面到堰底，取h≈hw/2；γw表示水的容重；發(fā)生流沙的區(qū)域設(shè)定為B，按照以往經(jīng)驗(yàn)，會(huì)最先發(fā)生的區(qū)域?yàn)榫嚯x坑壁大約埋入堰體一半深度內(nèi)，約等于公式為B≈D/2。土體水中抵抗?jié)B透壓力重量計(jì)算公式為：

W=γ′DB=5.80×4.00×2.00=46.40 kN（2）

式（2）中：γ′表示土的浮容重；埋入堰體的深度設(shè)定D。要避免發(fā)生管涌，必須符合W＞J 的要求，則必須滿Ks=46.40÷9.80=4.70，符合設(shè)計(jì)中抗?jié)B流穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 鋼管圍堰施工

3.2.1 施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

基于文章介紹的水閘圍堰工程不具備設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的壩頂高度，在施工中務(wù)必要進(jìn)行二次加高的工序。以弧形結(jié)構(gòu)作為加高頂部的結(jié)構(gòu)形式，可以采用從C15混凝土澆筑施工。設(shè)計(jì)規(guī)格為1.14 m 寬、2.12 m 高，加高之后的圍堰高程為237.10 m。應(yīng)該將防浪墻設(shè)置在壩頂部分的上游位置，防浪墻為混凝土結(jié)構(gòu)，34 mm 的厚度，下游有必要設(shè)置0.80 mm 的鋼管制成的圍欄。在工程建設(shè)中必須重視新建設(shè)的圍體結(jié)構(gòu)混凝土澆筑的施工過程，圍堰混凝土澆筑程序見圖3。針對(duì)新舊壩體的結(jié)合處，必須進(jìn)行鑿毛和沖洗施工，確保良好的連接性能。

圖3 圍堰混凝土澆筑程序圖

3.2.2 具體施工方式

鋼管樁圍堰施工：進(jìn)行土方填筑時(shí)，土方開挖施工應(yīng)該在河道的上游部分進(jìn)行，而且還要將鋼管樁打入施工位置，打入施工利用平板駁運(yùn)輸，以確保鋼管打入的質(zhì)量。另外，必須利用人工操作進(jìn)行焊接鋼管、鋪設(shè)土工、對(duì)接圓鋼等工序，對(duì)于重要的開挖填筑工序，可以選擇小型水上挖掘機(jī)進(jìn)行，確保工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

圍堰施工排水：可以利用抽水機(jī)、泥漿泵、潛水泵等設(shè)備進(jìn)行圍堰工程的排水工作，必須確保全部設(shè)備性能都滿足使用的需求，最大限度地保證排水質(zhì)量的合格。另外，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)督管理也是不可或缺的，這樣可以確保抽水之后圍堰結(jié)構(gòu)具備足夠的穩(wěn)定性與安全性，杜絕圍堰發(fā)生漏水、滲水等結(jié)構(gòu)性的問題，并且要通過查看掌握圍堰的結(jié)構(gòu)變化狀況，以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)其中存在的缺陷和隱患，一旦發(fā)現(xiàn)問題就要進(jìn)行準(zhǔn)確、果斷地處理。

圍堰拆除施工：直到防滲板、混凝土灌注樁以及鋼筋混凝土閘墩等工程環(huán)節(jié)全部完工而且可以滿足工程設(shè)計(jì)以及通水的要求后，就可以全部拆除圍堰結(jié)構(gòu)，這樣有效提升施工的效率和工程質(zhì)量，而且及時(shí)進(jìn)行二期圍堰工程的施工，確保整個(gè)水利項(xiàng)目如期完成。

4 重建閘站基礎(chǔ)工程中鋼管樁圍堰施工質(zhì)量控制措施

4.1 工程質(zhì)量管控措施

構(gòu)建科學(xué)合理的質(zhì)量保證體系，并一絲不茍地落實(shí)體系中的責(zé)權(quán)。每個(gè)項(xiàng)目環(huán)節(jié)都要做好技術(shù)交底，讓操作者清楚地知道工序規(guī)范和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。認(rèn)真落實(shí)“三檢制度”施工程序，必須經(jīng)過監(jiān)理工程師審核同意并簽字后方可進(jìn)行下一道工序。施工資料整理必須到位，促進(jìn)工程技術(shù)法規(guī)的落實(shí)，虛心接受監(jiān)理部門和業(yè)主的監(jiān)督檢查。

4.2 工程質(zhì)量保障措施

鋼筋質(zhì)量。此工程所用鋼筋主要來自比較信賴的廠家，鋼筋的規(guī)格從Ф8～Ф25 之間，都附帶生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量證明書，按照工程的進(jìn)度要求進(jìn)行兩批進(jìn)場(chǎng)，同時(shí)對(duì)材料的工藝性能和力學(xué)性能進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，其中Ф8～Ф25 型鋼筋進(jìn)行12 組的力學(xué)性能檢驗(yàn)，Ф16～Ф25型鋼筋進(jìn)行6組焊接接頭檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

橡膠止水產(chǎn)品質(zhì)量合格證明一應(yīng)俱全，并進(jìn)行一組取樣送檢，結(jié)果顯示各項(xiàng)指標(biāo)都滿足要求。

所采用的混凝土的配合比、水泥、碎石、砂等都具備生產(chǎn)廠家出示的物理性能和設(shè)計(jì)檢驗(yàn)報(bào)告。另外，在施工過程中始終嚴(yán)格按照工程規(guī)范對(duì)混凝土試塊進(jìn)行送檢和抽查，沒有發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量問題。

閘室主體兩側(cè)主堤的回填土及內(nèi)外江連接段建筑物兩側(cè)土方回填，完全符合設(shè)計(jì)要求。內(nèi)江連接段建筑物兩側(cè)土方填筑全部使用利用方、施工單位自檢127 組，利用方填筑壓實(shí)度為0.94～0.98，委托清遠(yuǎn)市水利水電工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司抽檢5 組，干密度值為1.48～1.58 g/cm3，壓實(shí)度為0.95～1.10，填土的干密度都符合工程要求。

5 結(jié)語

通過以上重建水閘工程案例介紹可以看出，圍堰是水閘工程的主體結(jié)構(gòu)，該技術(shù)的應(yīng)用效果是良好的，可以在相關(guān)的水利工程中推廣。但也要強(qiáng)調(diào)的是，基于圍堰具有擋水的關(guān)鍵作用，是水利工程安全的重要保障，所以加大監(jiān)督和監(jiān)管的力度是必不可少的，以確保該部分結(jié)構(gòu)符合工程耐久性、強(qiáng)度等諸多方面的要求，提升水利工程整體的使用性能。水閘工程利用鋼管圍堰技術(shù)施工，具備工程進(jìn)度快、無須考慮加荷速率因素，加之小斷面、小空間占用等優(yōu)勢(shì)，更適合布置導(dǎo)流。所以，如果能把該施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)得以發(fā)揮，必將對(duì)城市防洪和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作出巨大貢獻(xiàn)。