淺談鎖扣鋼管樁在引黃濟青倒虹中的應用

邵志豪，李靜旭，孫啟潼

（1.山東省水利勘測設計院有限公司，山東 濟南250014；2.高密市引調水工程運營維護中心，山東 高密261500；3.淄博市萌山水庫管理中心，山東 淄博255318）

小清河復航工程是山東省政府主導并貫徹國家發展文件加快內河發展有利時機的條件下應運而生，同時也是省委、省政府的重點項目，將小清河作為山東省內河“一縱三橫”水運主通道之一。為滿足通航要求，復航工程將小清河河底在現狀基礎上下挖，受河底高程降低影響，現狀引黃濟青倒虹不滿足通航需求，需進行拆除重建，該工程是引黃濟青調水工程重要節點性建筑物，能否按時完成保證引黃濟青正常輸水要求起到了關鍵性的作用。

引黃濟青穿小清河倒虹橫跨小清河主河槽，位于小清河干流樁號187+390，輸水規模為50 m3/s，長度312 m，設計洞身尺寸4.0 m×3.5 m（高×寬），孔數為2孔。小清河底高程為-4.70 m，施工期導流及基坑開挖問題較為突出，是本工程能否順利實施的重點和難點。

倒虹工程施工具有作業面長、基坑作業、洞身結構統一等特點，有利于導流圍堰布置。根據相關要求，2020年汛期前對金家橋閘閘下河道（含引黃濟青倒虹段）須全斷面擴挖完成。擴挖后河底高程由-1.01 m挖深至-4.7 m。根據引黃濟青工程引調水的工作安排，倒虹工程需于2021年3月底施工完成。

與倒虹上、下游側銜接的王道泵站引水暗涵分別于2020年9月、10月開工建設，開工時河道底高程已挖深至-4.70 m，較原圍堰施工時的河道底高程降低了3.69 m，土石圍堰高度增加、底寬變大，受王道泵站施工河地形條件限制，圍堰之間的導流明渠不具備進一步拓寬的條件，倒虹的施工條件發生了很大變化。綜合以上因素，結合工程實際需要提出了既能滿足圍堰擋水要求又能滿足深基坑支護穩定要求的鎖扣鋼管樁方案。

1 鎖扣鋼管樁設計

1.1 設計標準

引黃濟青倒虹工程導流建筑物級別為4級，采用10年一遇洪水標準，設計導流時段為11月～4月，設計洪水流量為148 m3/s，11月～4月10年一遇潮水位為2.399 m。

1.2 鎖扣鋼管樁水位確定

施工期間鎖扣鋼管樁擋水水位按工程所在小清河處10年一遇最大設計洪峰流量148 m3/s對應水位與10年一遇潮水位中的大值確定。

鎖扣鋼管樁在使用期最不利工況下，上游來水通過束窄河床下泄，此時按束窄河床進行泄流能力水力計算，計算上游河道產生的水位壅高，從而計算上游圍堰堰前水位。根據施工時10年一遇導流流量148 m3/s和現場條件，用迭代法試算水位壅高值。經計算，上游圍堰堰前水位為2.009 m；10年一遇潮水位為2.399 m，故本工程上游圍堰擋水位按2.399 m設防。經計算，圍堰頂高程為3.499 m。

1.3 鎖扣鋼管樁布置及結構設計

根據引黃濟青倒虹所在河道地形條件，先利用鎖扣鋼管樁圍封小清河河槽左側，利用束窄的右側河床下泄上游來水，二期圍封小清河河槽右側，利用河床左側下泄上游來水。

引黃濟青倒虹鎖扣鋼管樁一期圍封左側倒虹部分，總長為184.92 m，其中上、下游橫向各長為82.8 m，縱向長為19.32 m。二期圍封右側倒虹部分，總長為147.08 m，其中上、下游橫向各長為63.88 m，縱向長為19.32 m，施工右側部分倒虹。鎖扣鋼管樁斷面如圖1所示。

圖1 鎖扣鋼管樁圍封斷面圖

河床內圍封采用鎖扣鋼管樁，單根鋼管樁長24.0 m，入土深度為7.8 m，共計488根，總長11 712 m，兩側設置鎖扣連接。內部共設置兩層支撐，一層采用C20混凝土封底，厚度為0.5 m。第一層支撐由458H型鋼和Ф630鋼管樁組成，第二層支撐由雙拼400 H型鋼和Ф630鋼管樁組成，橫撐之間增加斜撐,確保圍封后基坑的穩定。

1.4 鎖扣鋼管樁施工

1）鎖扣鋼管樁打、拔。鎖扣鋼管樁圍封主要打拔設備為DZ-90振拔器、吊裝設備為75 t履帶吊，二者配合施工。

2）鋼管樁加固。在確保安全的前提下，基坑支撐的施工與基坑內泥面的下降按“先支撐后降水開挖或吸泥，分層支撐分層降水開挖或吸泥”的原則進行基坑施工，根據觀測基坑變化情況，需要及時對鋼管樁進行加固處理。同時為了防止鋼管樁縱、橫向支撐變形，需對縱、橫向支撐的四角采用圍檀鋼管固定。

3）施工工藝流程。鋼管樁打入施工工藝：測量放樣→安裝導向架→插打樁、焊接→圍封合攏→鋼管樁堵漏→安裝圍封內支撐→C20混凝土封底→倒虹施工→拔除鎖扣鋼管樁→完工場地清理。

2 結語

引黃濟青倒虹主體工程的順利完成，充分論證了鎖扣鋼管樁結構型式可同時滿足圍堰擋水、深基坑支護的穩定要求，很好地解決水文地質條件復雜、基坑開挖深度大、工作面小、土側壓力大等不利于工程施工的不良基礎條件的問題，具有結構穩定性好、可重復周轉使用等特點，可為今后類似工況條件的相關工程提供一定的技術支撐。