穿越海河钢管桩围堰设计与施工

李洪飞

【摘要】水利工程施工中一般采用的围堰型式多为土石围堰，钢管桩围堰的应用较少，本文以穿越海河输水管线施工中钢管桩围堰实例作一介绍。

【关键词】水利工程 钢管桩围堰

1.前言

一般水利工程中围堰设计大多采用土石围堰较多，因其就地取材，施工方便，应用范围很广。其它型式的围堰因工程特点不同根据实际情况采用。钢管桩围堰在市政桥梁工程应用较多，均为施工桥墩过程中作水中围堰，而在水利工程作为大型的围堰，钢管桩围堰的应用较少，下面将穿越海河输水管线施工中钢管桩围堰应用做介绍。

2.工程概况

天津市南水北调中线滨海新区供水一期工程输水管线工程的任务是向天津市滨海新区的永定新河以南地区输送引江原水。输水管线工程起点位于天津干线末端的曹庄泵站终点为东丽区津滨水厂东侧预留进水口处，管线总长约36.195km。

本项目工程在为桩号S34+335～S34+715，主要包括海河穿越长0.38km双排DN2600钢管管线工程。本标段管线在卧河村穿越海河（桩号51+698）。本标段DN2600钢管长0.76km。

该管道为穿越海河施工，由于受到海河蓄水通航及下游工农业用水要求的影响，施工期间海河不能断流，所以采取搭设两期围堰的方式进行施工。

海河河道地質和水文条件较复杂，水位较深，一期围堰自海河左堤开始搭设，于桩号A34+422处合拢，围堰外侧（海河右侧滩地）挖设导流明渠，保证非汛期通航和过水要求。因采用土石围堰需要大量的土源，而且现场土源较少，同时考虑土围堰对于后期河道通航影响较大。采取的围堰型式须较快进行施工，堰体能不受水流影响，不进行水下清基，减少围堰基础防渗处理。根据现场的情况，采用钢管桩综合围堰的型式。本文主要介绍一期围堰的设计与施工。

3.地质条件

勘探深度范围内揭露的地层均为第四系全新统及更新统松散堆积物。现由老至新简述如下：

上更新统四组第海相层粉质粘土

上更新统五组第Ⅲ陆相层粉质粘土、粘土、粉土、粉质粘土、粘土

全新统下组第Ⅱ陆相层粉质粘土、淤泥质粉质粘土

全新统中组第Ⅰ海相层淤泥质粉质粘土

全新统上组第Ⅰ陆相层粉质粘土质淤泥

4.围堰设计

4.1结构形式（围堰断面图附后）

（1）采用双排Φ630钢管桩加单排拉森桩围堰挡水。

采用双排Φ630钢管桩加单排拉森桩围堰挡水做为围堰，桩顶高程2.5，高出水面0.7m（考虑非汛期引黄济津影响，水面高程1.8），桩底高程-21.5。两排管桩桩顶采用132a工字钢连接，在围堰内侧高程-1.0m处设45o斜向支撑，支撑采用Φ630钢管，围堰迎水侧高程1.8m处设钢绞线拉撑，斜撑间距均为6m。

围堰断面图

（2）围堰呈U型布置，围堰轴线圆弧顶点桩号为A34+422，U口桩号为 A34+581。计算得围堰轴线长369m，其中圆弧段长115m，海河上游侧围堰直线段长118m，海河下游侧围堰直线段长136m。上、下游侧围堰净间距64.94m。

4.2计算模型及计算方法

依照工程实际情况建立准确、合理的计算模型，按相关规程规范对整个结构及构件进行受力分析和截面设计，确保围堰结构满足承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求。

采用软件进行计算，计算方法采用经典极限平衡法，计算内容包括各种工况下抗倾覆及嵌固深度计算。

计算假定：围堰挡水进行素填土模拟，即取填土重度与水相同为10kN/m3、粘聚力及内摩擦角均为零，在非挡水侧河底经过块石挤淤后1.5m厚度的碎石或者堆放袋装土。

计算所得最大弯矩设计值为1811.51 kN.m，φ630x12mm钢管组合界面最大截面宽度为1890mm，组合界面惯性矩Ι=1.388x1010mm4，界面中和轴至受拉边缘的的最大距离为533.24mm，经计算最大拉应力为109.61Mpa<材料抗拉强度设计值215 Mpa。

支撑钢管结构φ630x12mm轴向抗压 根据前述计算结果，6.0m间距水平支撑力为1501.88 kN，轴向支撑力为2123.98 kN，单根φ630x12mm钢管截面面积A=23286mm2，经计算轴向应力为91.21 Mpa，满足要求。

围堰的抗倾覆稳定性验算及抗隆起验算均满足要求。

5.围堰施工程序与方法

5.1打桩设备选择

采用振动锤配合履带吊，作为沉设拉森桩主要动力，为确保基坑开挖安全，并采用D609钢管实施围囹加固，必要时可沉设锚桩，对围护实施拉锚加固。投入钢板桩振动锤3台用于施工。

5. 2导向架的安装

在围堰施工中，为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，设置一定刚度的、坚固的导向架，亦称“施工围檩”。导向架采用单层双面形式，通常由导梁和围檩桩等组成，围檩桩的间距一般为2.5～3.5m，双面围檩之间的间距不宜过大，一般略比板桩墙厚度大8～15mm。安装导向架时应注意以下几点：

（1）、采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。

（2）、导梁的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效。

（3）、导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形。

（4）、导梁的位置应尽量垂直，并不能与钢板桩碰撞。

5. 3钢管桩及拉森桩打设

管桩及拉森桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分，以便使打设后的板桩墙有足够的刚度和良好的防水作用，且板桩墙面平直，以满足基础施工的要求，对封闭式板桩墙还要求封闭合拢。根据现场施工条件，采用单独打入法。

此法是从一角开始逐块插打，每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。因此，桩机行走路线短，施工简便，打设速度快。但是，由于单块打入，易向一边倾斜，累计误差不易纠正，墙面平直度难以控制。

（1）、先由测量人员定出钢板桩围堰的轴线，可每隔一定距离设置导向桩，导向桩直接使用钢板桩，然后挂绳线作为导线，打桩时利用导线控制钢板桩的轴线，在轴向法向要求搞的情况下，采用导向架。

（2）、准备桩帽及送桩：打桩机吊起钢板桩，人工扶正就位。

（3）、单桩逐根连续施打，注意桩顶高程不宜相差太大。

（4）、在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。

6.结论

本项目因地制宜采用了钢管桩围堰型式，有效解决了因缺少土源无法采用土围堰的问题，也减少因通航要求土石围堰拆除后的清淤问题。同时利用钢板桩解决了防渗及减少围堰基础防渗处理。在类似河道的围堰施工中可以借鉴。