钢板桩临时围堰在内河斜坡码头施工中的应用

刘志峰

摘 要：钢板桩临时围堰具有稳定性高、防水性好、后期遗留问题处理方便、可多次重复使用等优点，在国内外广泛应用于各类水下基础工程，尤其在条件非常有限的非洲地区使用钢板桩临时围堰进行水下基础施工对工程项目的施工安全、质量和进度有着显著的提升。

关键词：钢板桩；临时围堰；稳定性；斜坡码头

一、工程概况

刚果（布）OYO内河码头项目位于刚果（布）OYO市郊

ALIMA河北岸，属奥龙博经济特区，区域交通状况良好，地理位置为东经15°59′59″，南纬1°10′54″；该地区为热带草原气候，分旱季和雨季，年平均气温约28℃，码头拟建区域河流水深为1～6米。该项目设计为500吨级的货运和客运两用码头，主要包括主码头场区、配套的房建和3.2公里的进出场道路；整个码头前沿呈东西走向，总长为494米，从西往东依次为

194米的斜坡式客运码头，前沿设计标高为+93.5m，200米的直立式钢板桩货运码头，前沿设计标高为+93.85m，100米的斜坡式码头堆场，前沿设计标高为+93.85m。

二、施工基础条件

1.设计图纸：该项目的设计执行标准为法国规范、欧洲标准；货运码头200米前沿设计为直立钢板桩形式，客运码头和堆场294米的斜坡式码头前沿采用雷诺石笼和粒径350～400mm的护底块石防护，斜坡码头堤心设计为20～120mm的石料填筑。

2.水文地质条件：项目所在区域年降雨量约1900mm，ALIAMA河水位随旱季和雨季而变化，5月份年最高水位达+93.0m，8月份年最低水位约为+92.0m；原始场地主要为滨河沼泽区，地貌属ALIMA河流Ⅱ级阶地，场区内埋藏的地层主要有回填砂、第四系沉积层及第四系冲积层，经地勘资料显示，斜坡码头前沿地表下30米的地质结构依次为素填土、腐殖砂、细沙混淤泥和粉砂。

三、钢板桩临时围堰施工可行性分析

1.设计斜坡码头前沿线紧靠ALIMA河水涯线，护底块石、堤心块石和雷诺石笼等附属设施的施工均处在水域，码头前沿护底块石的基底设计标高为+88.0 m，按最低水位推算斜坡码头前沿施工区域的水深约为4.0 m，按常规作业将使得斜坡码头前沿的整个防护工程及附属设施在4.0m水深的区域进行水下施工；雷诺石笼、堤心块石及钢筋混凝土踏步等都必须严格按设计要求的尺寸、坡比进行施工，ALIAMA河流速很大；水下施工不能满足相关要求，不具备施工条件。

2.当地地表可开采部分均为砂性土，可塑性非常低，该类砂性土具有高压缩性、高灵敏度、易触变、可液化、透水性强等特性，天然状态下，强度极低；该类砂性土围堤透水性强，稳定性差，给施工安全带来非常大的隐患，且码头前沿施工完成以后进行港池及回旋区域的清淤时土围堤将额外的增加很大的工作量；因此，土围堤在本项目现有的条件下不可行。

3.项目现场有近200延米的WRU26-600型钢板桩，配套的打桩设备齐全；经计算和反复讨论，钢板桩临时围堰具有稳定性高、防透水性好、可重复使用等特点，故斜坡码头前沿采取钢板桩临时围堰辅助施工。

四、钢板桩临时围堰稳定性计算

本工程为临时支护，故荷载分项系数均取1.0，围堰钢板桩顶标高设计为95.00m，码头前沿基床设计标高为88.00m，围堰钢板桩打设深度为8m；为增强钢板桩围堰的稳定性，钢板桩墙后方进行5m宽的自然土堤填筑，土堤坡比为1：2，顶标高设计为93.50米。前沿基床清淤前将围堰后方的水位采取水泵排水的方式降至87.0m再进行基坑清淤；河岸边线至围堰钢板桩的水平距离为28m，满足75t履带吊作业的要求。如图1所示

3.结构强度计算。经计算，板桩弯矩设计值273.9KN·m/m

根据Eurocode3-Part5中的规定，板桩抗弯强度计算公式如下：MEd≤Mc，Rd。其中，Med——计算出的板桩弯矩设计值，Mc，Rd——板桩截面抵抗弯矩值。Mc，Rd=βBWelfy/YMO

式中，βB——截面抵抗矩折减系数，取0.7； Wel——截面抵抗矩， WRU26-600钢板桩抵抗矩1800cm3/m；fy——板桩材料强度，S355GP，fy=355Mpa； γM0——安全系数，取1.0

经计算，钢板桩截面抵抗弯矩Mc，Rd=447.3KN·m/m大于弯矩设计值273.90KN·m/m，钢板桩强度满足要求。

4.稳定性计算。Plaxis中稳定性采用强度折减法，该方法计算出的安全系数反映出的是包括结构整体失稳、板桩踢脚失稳、板桩抗滑抗倾覆失稳等围堰存在的各种潜在土体失稳破坏的最不利情况。经计算，结构滑动面如图6所示.

安全系数曲线如图7所示，稳定性安全系数取曲线趋近直线处纵坐标数值，约为1.66

五、钢板桩临时围堰施工

本工程为矩形驳岸挡水开挖临时围堰，采用75t履带吊机和90KW振动锤进行围堰钢板桩的打入。施工前完善履带吊机的作业平台，对不满足吊机臂长作业范围的区域进行回填、拓宽，保证履带吊机前沿至围堰钢板桩轴线距离不大于28米，在河堤平台满足履带吊作业条件下方可进行围堰钢板桩的打入。为保证围堰钢板桩打入后线型的规范，以自制的导向架为辅助，采取屏风式先排列后打入的方法进行钢板桩的打设；导向架采用360型工字钢焊接在围堰轴线两侧定位桩的牛腿支架上，对钢板桩打设方向进行引导，两侧工字钢的间距略大于钢板桩上下口的宽度，保证钢板桩打设过程中能顺利通过导向架，并能有效控制围堰钢板桩的线型。

1.施工流程

2.施工过程中注意事项。（1）围堰钢板桩施工前应对每一根钢板桩进行检查，发现钢板桩和锁口有变形的采取矫正措施，并在施工前对锁扣内涂抹黄油，减小打桩时锁口之间的摩擦力；若地层阻力大沉桩困难，应采取辅助措施进行施工，比如采取水冲法，将钢板桩底部设置高压水喷头，高压水流能扰动、疏松砂层，降低钢板桩在砂层中的阻力和锁口之间的摩擦力，易于沉桩，减少钢板桩和打桩设备的损坏。（2）第一根定位桩对整个钢板桩墙的线型起引导作用，在打设首根定位桩时应严格测量其横向、纵向偏差并在打设前设置转角连接件，一般情况下定位桩每打入2-3米应作一次测量校正；钢板桩排列过程中严格控制沿轴线方向的倾斜度，轴线方向的倾斜度呈累积的态势延续，倾斜过大将增大锁扣之间的摩擦力，二次沉桩将无法进行；排列过程中检测发现倾斜度过大应及时将钢板桩拔出重新调整、打入，确保每一根钢板桩打入的垂直度。（3）由于局部地层存在淤泥混沙，该地层比较松软，钢板桩排列、打设过程中会出现将相邻钢板桩带入的情况，可采取将相邻的几根钢板桩用型钢焊接为一体再进行排列、打设，二次沉桩呈阶梯状打入，最后再将连带的钢板桩分开，逐一打设。（4）为保障钢板桩墙的稳定，后方土堤回填时严格控制围堰内外的水位差，待水下回填到一定高度再进行排水，然后继续回填，以此反复作业，直达土堤填至设计高度。（5）为减小水流的冲击，围堰钢板桩的打设从上游往下游进行，待码头前沿施工完成后围堰钢板桩的拔除从下游往上游进行。

六、结束语

由于非洲地区经济落后，长途交通不便，各种物资非常匮乏，水运工程施工难度较大；特别是存在水下施工的区域，在各项条件非常有限的环境下采用钢板桩临时围堰辅助斜坡码头的水域部分施工具有非常明显的优势，在类似地区的水工作业中有着良好的参考意义。

参考文献：

[1] 中华人民共和国行业标准. 板桩码头设计与施工规范（JTS 167-3-2009）