钢管桩、木桩组合围堰施工技术在新沟河延伸拓浚工程中的应用

钢管桩、木桩组合围堰施工技术在新沟河延伸拓浚工程中的应用

陈婷顾新刚

上海勘测设计研究院有限公司上海200434

摘要：钢管桩结合木桩中间填粘土筑成围堰。钢管桩、木桩水上施工作业克服了陆地交通要求，满足围堰抗滑和稳定要求，防渗效果良好，可在河网及陆地交通限制地区推广和应用。

关键词：钢管桩；木桩；围堰；应用

1工程概况

新沟河延伸拓浚工程为太湖流域水环境综合整治项目，是《太湖流域防洪规划》中须实施流域洪水排长江的十一项重点工程之一。工程主要任务为：减少进入太湖的污染负荷，改善梅梁湖湖区水质，增强太湖西北部湖湾有序流动，提高太湖水环境容量，保障梅梁湖等湖湾水源地供水安全，增加流域洪水北排长江的能力。

西直湖港南枢纽工程是新沟河延伸拓浚工程的一个节点工程，位于新沟河东支无锡市境内直湖港与锡溧漕河交汇处。枢纽由穿锡溧漕河立交地涵（3孔*5.2m宽*4.3m高，总长331m）、节制闸15m（3孔*5m）和Ⅳ级船闸（闸室16m宽*180m长）及引河组成。为不影响锡溧漕河航道航运设立立交地涵工程下穿锡溧漕河航道。节制闸与地涵上洞首合并布置，地涵洞首涵洞顶板即为节制闸底板。船闸工程位于直湖港航道上、锡溧漕河南侧，用于沟通南直湖港与锡溧漕河的水上交通。为减少征用土地，船闸靠船设施紧邻锡溧漕河交叉口布置。根据施工安排，工程需在直湖港与锡溧漕河交汇口填筑4条围堰，然后进行基坑内降水才能满足地涵及船闸干地施工。1#~4#围堰总体布置详见图1。

2围堰的选型

施工围堰堰顶高程按照10年一遇洪水标准设计，堰顶高程5.70米、1#、2#、4#围堰均采用粘土填筑，围堰边坡1：3，根据防汛和现场堰顶车辆通行需要围堰顶宽为6~10米。围堰断面详见下图2。

3#围堰位于直湖港东侧的锡溧漕河上，由于南北两岸均为厂房和电力设施，陆上施工道路不能到达围堰位置。根据现场实际情况、结合工程施工特点，为解决道路交通问题，围堰需全部由船舶在水上进行施工。3#围堰采用钢管桩、木桩作为两侧支撑，中间填筑粘土的围堰结构型式。围堰共设3排桩，采取钢管桩中间插打木桩的组合成排模式，两根钢管桩中间插打2~3根木桩，其中背水侧每两根钢管桩中插打3根木桩，其他段每两根钢管桩中插打2根木桩。桩与桩中心间距均为80cm。根据实测河道水深，将围堰处水深超过2.5m的迎水侧前排桩调整为Ф30cm、长12m钢管桩。其他部位采用Ф20cm、10m桩长，靠近河岸边水深较浅处可调整为8m桩长，桩顶标高均为▽5.70m。每排桩设置横向围檩。3#围堰断面详见图3，钢管桩与木桩围堰桩位分布详见图4。

3围堰稳定计算

3.1围堰抗滑稳定验算

围堰的滑力由水压力产生，每延米围堰水压力F1=0.5*（e1+e2）*H*B=0.5*（0+49）*4.9*1=120.0（KN）。为安全起见，围堰的抗滑力暂不考虑填土重量与滑动面产生的摩擦力。单根木桩能承受的剪切力P1=[σ]×A=[σ]×п×d2/4（取桩允许剪切应力1.6）=1.60×103×3.14×0.22/4=50.27（KN）（d=0.2m）。围堰设3排桩，桩与桩中心间距80cm，每延米围堰有3.75根桩提供抗滑力。按全部为木桩计算抗滑力。F抗滑=3.75×P1=3.75×50.27=188.5（KN）。抗滑稳定安全系数λ=F抗滑/F1=188.5/120=1.57≥【λ】=1.30。

3.2围堰的抗倾覆稳定验算

围堰的倾覆力矩由水压力产生，每延米为M水=F1×（1/3）×H=120.00×（1/3）×4.9=196.00（KNm）。围堰的抗倾覆力矩由两部分构成：围堰内的填土重量G产生的抗倾覆力矩。根据实际的填土的情况，围堰内的填土容重按平均容重γ土=18.00（KN/m3）考虑，则有每纵向延米围堰内的填土重量：G=γ土×V=18.00×（2×5.7+4×6.2）×1.0=651.6（KN），MG=18.00×2×5.7×1+18.00×4×6.2×3=1544.4（KNm）；为保证围堰稳定，圆木桩在土层中的锚固作用产生的抗拔承载力（N1）和抗压承载力（N2）构成的力矩暂不考虑。根据上述计算，抗倾覆稳定安全系数可知λ=MG/M水=1544.4/196.00=7.88≥【λ】=1.10。

3.3整体抗滑稳定计算

采用理正岩土软件中的边坡稳定分析模块进行计算，计算工期采用稳定渗流期，采用圆弧滑动法，不考虑地震荷载。经计算，整体抗滑稳定安全系数K=2.57≥【K】=1.05可以满足要求。

4围堰施工

首先采用水上挖掘机进行围堰底部清基，清除底部淤泥和大状块石及阻碍管桩插打的障碍物。钢管桩、木桩采用运输船只运输至液压打桩船附近，根据放样的桩位置，启动液压打桩锤进行施打，将桩打入河道，顶面标高控制在5.7m。根据河道水深情况，按照方案将不同的桩打入河底，桩入土深度与水深之比大于控制在1：1～1：1.25之间。

钢管桩及木桩插打完成后，使用圆木横打好的桩固定成排。围檩为双排横档木（不低于20mm稍径的木桩）使用Φ15mm钢丝绳与竖向桩进行捆扎固定。采用密目网在围堰两边桩内侧进行围挡，以防内部土方外泄。堰体内土方采用抓斗式挖泥船向内填筑。为保证围堰安全，堰体内填土分两步实施。外侧围堰内土方先填筑至高程4.8m，内侧围堰内土方先填筑至高程3.8m，待围堰内土体沉降稳定后，外侧围堰填筑至高程5.3m，内侧围堰填筑高程4.8m，顶部及外侧用土工布覆盖。

为确保施工围堰安全，钢管钢插打完成、围堰内填筑完毕后，在围堰被水侧根部填筑土料。围堰内侧抽水前覆土1m，基坑抽水后加高覆土。为防止船只误撞围堰，在围堰外侧20m处采用钢丝绳串联警示浮筒，围堰上安装警示灯。

5结语

本工程围堰施工完成后进行了基坑降水，防渗效果良好，围堰整体稳定，水下主体工程已完成。工程3#围堰钢管桩不受木材天然因素的限制，长度和管径可以根据水深的变化相应增加。采用钢管桩、木桩结合的围堰形式比完全采用木桩施工的围堰，其整体稳定性和抗滑性有较大的提高。钢管桩、木桩结合的围堰相比采用拉森钢板桩围堰，工程成本大为降低。桩木围堰使用的钢管桩、木桩、粘土等材料来源丰富，可就地取材。围堰填筑和使用完成后的拆除均可利用船只在水上作业，特别适用于城区或对岸上施工道路要求较高的河道围堰工程。该施工方法最大程度减少了工程施工对对河道两岸已有建筑物和陆上交通通行的影响，特别适用于水系河网发达地区河道工程的使用和推广。