低水头钢板桩围堰施工技术研究与应用

低水头钢板桩围堰施工技术研究与应用

龚华

安徽水安建设集团股份有限公司，安徽 合肥  230601

摘要：传统填土围堰土方工作量大、施工周期长、受施工区空间限制较大、对水体污染较为严重。本文结合滁州市内城河闸站工程实例，通过对水深3.5以内，淤泥质、粉质黏土层小于6m河床上围堰填筑方法进行对比研究，形成利用双排钢板桩间填土筑起围堰方式——“低水头钢板桩围堰施工工法”。利用陆上设备、采用“屏风式”实时纠偏的打入方法，提高了钢板桩的施工质量，形成兼具防渗、挡土、交通综合性能的围堰结构。

关键词：钢板桩；陆上设备沉桩；综合性能围堰

作者简介：龚华(1979-12)，男，汉，安徽合肥人，高级工程师，主要从事水利工程施工管理。
 

(引言)

钢板桩围堰重要特点是结构尺寸小，不会产生过大影响，承载性能高，抗辩性性能好，还可以重复利用。尤其在软土、淤质土层中，相比传统围堰，具有较好的整体性和稳定性。传统填土围堰土方工作量大、防渗效果欠佳、受施工区空间限制大，对河流水体污染影响较大。

本文拟以滁州市内城河闸站工程为背景，介绍一种利用陆上机械设备沉桩采用“屏风式”实时纠偏的打入方法提高了钢板桩的施工质量。拉锚、围檩将钢板桩连接成H型结构，减小钢板桩的入土深度，提高了在狭窄河口施工的效率，形成兼具防渗、挡土、交通综合性能的围堰结构。

1工程概况

滁州市内城河闸站位于铁路桥下游50m处，主要包括排涝泵站、通航孔、引堤工程、道路工程等。泵站排涝设计流量为45.1m3/s，起排水位为11.20m，排涝标准20年一遇，形式采用抽自排结合。工程为Ⅲ等，是中型泵站的形式，主要建筑为3级，翼墙等为4级。

滁州市内城河闸站工程内城河围堰长50.0m，水深3.5米，需要填筑10米高围堰，顶宽6.0米且具备运输能力，经对比研究采用低水头钢板桩围堰施工工法，围堰抗渗能力优良，稳定性强，该围堰作为场内主要交通道路至今保持良好的运输通行能力。

2工艺原理

在非汛期施工，采用陆上设备沉桩，通过“屏风式”打入方式，将钢板桩打入持力层3～5m，通过设置拉锚和围檩连接双排钢板桩，形成整体受力结构；桩间进行填土，形成重力式挡墙结构，使围堰结构兼具挡水、抗渗、防冲、运输等综合功能。

3施工方法

3.1施工准备

3.1.1场地平整

现场杂物清理干净，去除障碍物，符合现场打桩机运行的要求；将场地进行平整处理，确保机械可以正常的运行，达到现场作业标准。

3.1.2施工平台准备

该施工方式应用陆地设备沉桩作业，通过目前的河道连杆制作施工平台，逐仓开始推进施工，打入钢板桩部件。

3.1.3钢板桩进场验收

钢板桩拼装开始前，做好全面检查，进行分类、编号，相同围堰钢板桩设计为相同锁口，根设计方案确定钢板桩作业数量。桩身损害、清洁度不足、卷曲等问题要做好检查，将表面的残渣清理干净，锁口内没有任何杂质，并及时修复缺陷部位，完成整修处理。钢板桩堆放顺序、位置、方向等按照施工方便的顺序进行施工；钢板桩分层堆放，每一层数量控制在5根以下，相邻层应设置枕木，并间隔3-4米布置，并且上、下垫木在竖向垂线上；整体堆放高度在2米以内。

3.1.4检查振动锤

振动锤是打桩施工的重要设备，钢板桩插打前，应进行全面性检测，整个线路达到通畅性要求，运行效果合格；振动锤应保持端电压合格，夹板齿完整性合格。

3.2定位桩、导向架安装

a.围堰施工中，应用全站仪根据设计方案开展现场定位放样，确定围堰施工的位置，并应用标记杆标记，且要进行固定。

b.钢板桩现场施工加强监控，沉桩轴线部位达到精度的要求，垂直度达到标准要求，并打入精度合格，预防发生曲变的问题，贯入度符合要求，并根据需要布置导梁、导桩等结构，设置导向架，为整个结构施工质量控制提供基础。

c.导架作业要点：应用经纬仪控制导梁位置，达到精度的要求；导梁高度根据设计方案控制，确保钢板桩的高度符合要求，施工顺利的进行；在打入环节，应做好钢板桩施工控制，且导梁不会存在变形的问题，也不能出现下沉；导梁应尽量保持水平度的效果，且没有和钢板桩存在碰撞的危险。

图1  导向架平面示意图

图2  导向架剖面示意图

3.3钢板桩打设

3.3.1钢板桩试打

钢板桩围堰正式施工前采用履带式带震动锤机试打，试打严格按方案将钢板桩打至设计高程。试打时观察进尺情况、起动电流，配套设备运行情况等，并收集相关数据形成记录。

3.3.2打设方式

钢板桩打入方式应用屏风式作业方法，把制作好的10-20根钢板桩放入在导架内，设计为“屏风墙”的形式，再进行打入施工；先把导架两端的钢板桩打入到规定深度内，并检测垂直度参数，应用电焊直接固定到围檩上，然后再打入中间钢板桩，按照钢板桩总长度的1/3或1/2打入施工。

3.3.4打设顺序

在打入时，先打入的钢板桩出现了倾斜的情况后，应根据具体倾斜方向向相反方向施打；屏风墙两端钢板桩达到垂直条件后，连续进行打入作业；板桩墙长度比较长的情况下，应采取复合顺序施打作业。现场施工中，根据实际情况调整施工顺序，逐一将钢板桩打入到规定高度上，通常打入深度在0.5-3.0米之间。

3.4安装围檩及拉锚

a.履带式带震动锤机施打有效半径一般为12m，有效半径范围内施打后，在封头位置打设4根钢板桩作为填土防护桩；填土防护桩在施打后，应在导向桩三角支撑部位焊接钢板，作为工作人员行走搭板，并开始安装围檩与拉锚。

b.钢板桩每仓打设完成后，根据测出的控制标高，在钢板桩焊接钢围檩牛腿。三脚架的制作应选择合适的钢材，保证和钢板桩稳定连接，尺寸与精度合格，达到结构整体性的要求。

3.5桩间填土

a.围檩和拉锚安装工作结束后，及时填土施工，先进行拉锚下部填充施工，分层填筑到拉锚部位上，单层填筑作业的厚度应保持在40-60cm之间，并采取人工压实的方式，压实度超过90%。填筑环节，禁止应用挖机锤压作业，预防发生拉锚变形的问题，保持结构的整体性合格。

b.填土工作结束后，应铺设8-10mm的钢板，整个平面都必须进行铺设施工，然后打入下一仓钢板，再应用分层压实施工，直到最终完成整个结构施工。       

图3  低水头钢板桩围堰剖面示意图

3.6钢板桩拔出及围堰拆除

a.围堰在水下工程完工后进行拆除,拆除前先挖出最上层一道围檩上部土方，逐层解除拉锚和围檩，选择容易拔出的钢板桩，先应用打桩机夹住钢板桩的头部，联合液压钳进行振动3次作业，将周边的土体完成松动处理，避免在结构内有填充物影响打入施工，并缓慢的提升钢板桩，加强桩机负载参数的控制。对于拔出难度较高的钢板桩，不能一味的增大拉拔力，应先向下进行锤入，在松动后再缓慢的向上拔起，反复多次后，即可将钢板桩拔出。如果引拔阻力过大，可以通过应用间歇振动的操作方式，每次振动操作15min，连续作业控制在1.5h以内。

b.将钢板桩拔出或，应及时进行表面清理，并涂抹一层防锈油。在运输、堆放环节，防止发生碰撞的问题，避免出现弯曲、变形的情况，并做好现场施工记录工作，不会影响工程质量。

c.拆除水上土方时利用现有的两侧道路作为运输道路；水上土方采用挖掘机挖掘，环保车运至指定弃土区。拆除水下方时利用现有航道作为水上运输航道，采用抓斗船将水下土方清理至原有航道断面，土方使用驳船运至指定弃土区。

4质量控制

a.钢板桩取样检测应根据国家标准和工艺方案进行，检测也必须按照标准要求项目实施。

b.钢板桩在开始施工前，应先对表面涂抹一层减磨剂，通常使用的是黄油，确保起拔施工顺利进行。打入钢板桩的环节，先应用吊车把钢板桩吊入到规定位置，然后开始插打施工，需要加强垂直度控制，不会出现偏移等问题。打入到规定深度部位上，应把钢板桩与围檩固定，通过使用支架联结。

c.围檩接口部位焊接施工，达到稳定、牢固性要求，焊脚高度在8mm以上，且采取满焊方式。

5工程实施效果

滁州市内城河闸站工程于2019年9～12月采用低水头钢板桩围堰施工工法，施工工期较传统土方围堰预计缩短40工日，围堰抗渗能力优良，稳定性强，该围堰作为场内主要交通道路至今保持良好的运输通行能力。降低了围堰渗流量，为基坑内施工作业的开展打下了坚实的基础。节省土方近15000方，成本节约43.9万元，也有效保证了施工质量，取得了良好的经济及社会效益。

6技术创新点

a.利用陆上沉桩设备、采用屏风式实时纠偏的打入方法，提高了钢板桩围堰的施工质量，形成了兼具防渗、挡土、交通综合性能的围堰结构。

b.通过拉锚、围檩连接成H型结构，减小钢板桩入土深度，提高了在狭窄河口施工的效率。

c.与传统土石围堰相比，减少了环境污染，受施工区限制小，且降低了对基坑内作业的不利影响。

7结语

低水头钢板桩围堰在河道截流以及在河流湖泊区域施工水下墩体结构的应用，为类似工程提供了较为可靠的参考依据。本工法较传统土石围堰大大减少了土方工程量，钢板桩内侧填土外侧挡水，有效地隔离了水体和土体，钢板桩的打设和拆除过程中土方均不直接与河流水体接触，避免土体对河流的污染，促进环境可持续发展。