組裝式鋼板圍堰在城市河涌中的應(yīng)用

中交上海航道局有限公司，上海 200002

1 工程概況

金陡涌水系黑臭水體綜合整治項(xiàng)目位于大良西部與勒流的邊界，從勒良河起至金陡水閘止，河道寬度為8～20m，水系向南向北依次連接的支涌有龍眼猛流大涌、三益河、古紅人工涌，河道寬度為6～18m，主涌及支涌河道全長(zhǎng)約18.04km。

河涌涌底淤泥厚度在1.5～4.5m，水位受潮汐影響，水深為0.6～2.5m，兩岸為房屋圍墻、景觀綠化帶等。土袋圍堰內(nèi)側(cè)抽水后在外側(cè)壓力差作用下易發(fā)生滑移和傾覆，安全性不滿足要求，且河涌及周邊場(chǎng)地條件限制施打鋼板樁大型機(jī)械無(wú)進(jìn)場(chǎng)條件。因此，在綜合考慮成本、工期、安全性和施工難易程度后，決定采用新型的組裝式鋼板圍堰，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段施工，其止水效果和穩(wěn)定性得到驗(yàn)證，同時(shí)還具有成本低、易安拆、工期短等優(yōu)點(diǎn)。

2 組裝式鋼板圍堰結(jié)構(gòu)的適用范圍

（1）適用于水深較淺（h≤2.5m），流速較緩（v≤3m/s），但圍堰搭設(shè)工程量較大的河涌清淤工程。（2）因該圍堰便于安裝，圍堰施工周期短，尤其適合用于需要快速圍堰、快速清淤、快速抽換水等雨季施工的工程。（3）組裝式鋼板圍堰施工工藝簡(jiǎn)單，不需要大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行水上作業(yè)，適用于周邊環(huán)境條件復(fù)雜、機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)困難，水上作業(yè)難度大的城市河涌。

3 施工工藝

3.1 測(cè)量定位

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)圍堰筑設(shè)位置進(jìn)行放樣定位。

3.2 打設(shè)導(dǎo)向樁

施工時(shí)先清除圍堰部位石塊，并根據(jù)測(cè)量定位線打設(shè)鋼管導(dǎo)向樁，導(dǎo)向樁為φ48mm×3.5mm鋼管，用于固定阻水鋼板及搭設(shè)鋼管架操作平臺(tái)，導(dǎo)向樁采用人工配合船載挖機(jī)打設(shè)，打設(shè)深度為4m，施工時(shí)從兩端固定同一直線開(kāi)始，后逐步延伸至對(duì)岸，保證鋼板圍堰的平整性和密封性，導(dǎo)向樁打設(shè)后及時(shí)用斜撐對(duì)鋼管架加固，斜撐與地面夾角為45°～60°。

3.3 施打擋水鋼板

擋水鋼板采用工廠定制，每幅鋼板寬度為1.25m，高度為3m，鋼管搭接位置用橡膠止水條密封，保證鋼板圍堰的密封性，擋水鋼板施打采用改裝船載挖機(jī)施打，施打時(shí)需拉線定位。

3.4 組合鋼板圍堰加固

（1）擋水鋼板加固。在擋水鋼板兩側(cè)打設(shè)φ203mm×5mm鋼管立柱，鋼板通過(guò)內(nèi)排φ48mm×3.5mm鋼管立柱、φ48mm×3.5mm鋼管水平桿支撐在φ203mm×5mm鋼管立柱上，鋼管立柱的加固根數(shù)、位置、間距以及打設(shè)深度根據(jù)圍堰抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算確定。

（2）鋼管架加固。擋水鋼板施工結(jié)束后需按照圍堰設(shè)計(jì)圖對(duì)鋼管架進(jìn)行加固，采用φ48mm×3.5mm的鋼管小橫桿對(duì)鋼管架進(jìn)行加固，拆除操作平臺(tái)的同時(shí)用小橫桿和鎖扣將鋼管架立桿緊密連接，增強(qiáng)鋼管架的整體性和穩(wěn)定性。

3.5 圍堰抗?jié)B處理

（1）擋水鋼板采用夾板式拼裝工藝，防水結(jié)構(gòu)為夾板+橡膠止水帶，用防水螺栓緊密固定。（2）兩岸端部采用沙袋圍堰填筑，進(jìn)行圍堰兩端缺口堵漏，擋水鋼板的承壓水側(cè)鋪設(shè)水密封的彩條布。

3.6 圍堰抽水、監(jiān)測(cè)

圍堰搭設(shè)結(jié)束后即可抽水，抽水時(shí)須派專人觀察圍堰整體情況，每道圍堰在鋼板上每2m設(shè)置1個(gè)水平和沉降位移觀測(cè)點(diǎn)，如發(fā)生水平位移、傾斜等異常情況需及時(shí)采取措施，加固處理。

3.7 圍堰拆除

施工圍堰拆除前，先對(duì)河槽充水，水位平衡后才能進(jìn)行鋼板及鋼管的拔除。拔除按與打樁順序相反的次序進(jìn)行，拔除采用定位樁船進(jìn)行，拔出的鋼材應(yīng)及時(shí)清除土砂，涂以油脂，拔1根清理1根。

4 圍堰荷載及穩(wěn)定性計(jì)算

4.1 參數(shù)計(jì)算

組合鋼板圍堰承受荷載的擋水鋼板和鋼管架材料為Q235鋼，圍堰類型為三類圍堰（結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=0.9），根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，圍堰打設(shè)深度內(nèi)土質(zhì)均為淤泥質(zhì)土，確定計(jì)算參數(shù)如表1所示。

表1 計(jì)算參數(shù)表

4.2 荷載計(jì)算

整個(gè)圍堰受力體系的最危險(xiǎn)工況如下：圍堰施工結(jié)束后，單側(cè)抽水并清淤至設(shè)計(jì)底標(biāo)高-0.8m；圍堰未抽水側(cè)水位達(dá)到設(shè)計(jì)高潮水位線（該工程為+1.5m）。設(shè)計(jì)圍堰迎水面水深h1=1.5m，涌底線以上淤泥深度h2=4m，背水面淤泥深度h3=3.2m。

（1）設(shè)計(jì)涌底線以上水壓力均布荷載q1計(jì)算：。

（2）設(shè)計(jì)涌底線以上淤砂壓力均布荷載q2計(jì)算：淤砂的干重度；淤砂的浮重度；。

（3）淤砂面以上的最大均布荷載q3計(jì)算：。

（4）設(shè)計(jì)涌底面以上的最大均布荷載q4計(jì)算：。

4.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

（1）模型建立。采用Midas Civil軟件對(duì)圍堰鋼板及支架、φ203mm×5mm鋼管立柱進(jìn)行整體建模（截取河涌主河道寬3.4m單元）。

（2）施加邊界條件。根據(jù)各構(gòu)件實(shí)際情況設(shè)置材料及界面特性，以設(shè)計(jì)清淤底面為固定支承，鋼板與立桿之間、水平桿與φ203mm×5mm鋼管立柱之間按只受壓彈性連接，鋼管支架各構(gòu)件之間按半剛性彈性連接。

（3）施加荷載。按荷載模型對(duì)鋼板施加最危險(xiǎn)工況下水壓力及淤砂壓力。

（4）結(jié)構(gòu)計(jì)算。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）附錄B規(guī)定，單層鋼結(jié)構(gòu)柱頂水平位移容許值[f]=H/60=2800/60=46.7mm，對(duì)圍堰進(jìn)行組合變形分析。根據(jù)組合變形分析結(jié)果，在最危險(xiǎn)工況下，組合鋼板圍堰整體結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的結(jié)構(gòu)變形，其中鋼管柱水平位移變形程度最大，最大水平位移fmax=5.43mm＜[f]=46.7mm；滿足結(jié)構(gòu)變形安全要求。

4.4 抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算

該項(xiàng)目清淤采用人工水力沖吸，河涌不允許降水，圍堰內(nèi)外側(cè)均采用水土分算法計(jì)算主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力，根據(jù)《鋼圍堰工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 51295—2018），對(duì)多支撐鋼板圍堰按以下公式進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算：

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，組裝式鋼板圍堰是適用于城市河涌的新型圍堰施工技術(shù)，圍堰材料主要為鋼板和鋼管，周轉(zhuǎn)率高，不會(huì)對(duì)河涌產(chǎn)生污染；而且該技術(shù)減輕了圍堰結(jié)構(gòu)自重，降低了工程造價(jià)，簡(jiǎn)化了施工工藝，縮短了施工工期，利于狹長(zhǎng)的、周邊環(huán)境復(fù)雜的城市河涌清淤作業(yè)。