海上钢板桩围堰防渗漏质量控制

2018-02-19谢龙

山西水利 2018年11期

谢龙

（温州市瓯飞经济开发投资有限公司，浙江温州 325025）

钢板桩围堰是最常用的一种板桩围堰。钢板桩是带有锁口的一种型钢，其截面有直板形、槽形、Z形等，有各种大小尺寸及锁联形式。常见的有拉尔森式，拉克万纳式等。钢板桩围堰具有施工速度快、经济效益好、可重复利用等诸多优点，被广泛应用于修建桥梁、水闸等深水基础的围堰工程[1]。温州市瓯飞一期围垦工程北1号、北2号水闸钢板桩围堰，是国内有史以来最大的双排冷弯钢板桩围堰，一旦防渗失控，可能造成重大质量安全事故，后果不堪设想，有必要结合现场施工条件，针对质量问题进行研究。

1 工程概述

瓯飞一期围垦工程位于温州市瓯江、飞云江河口间平直岸滩，东临大海，西连瑞安丁山、龙湾永兴、天城、海滨等沿海围垦区，南顺飞云江北岸至长拔山，北顺瓯江口南岸，经批准的规划用海面积为0.89万hm2，堤线总长36.6 km，总工期9.5年，概算投资272.9亿元，工程分两阶段实施，主体工程北区于2013年7月份开工。

该工程立足于防御超强风暴潮的基本功能，围堤与交通道路和港口相结合，是一项集防洪、农业、渔业、生态、港口等为一体的多功能综合性工程，是在建的国内最大的围垦工程。其中施工Ⅰ标段所含的北闸是本工程中最大的水闸，包括北1号、2号两座水闸。由于两个水闸距离较近，设计将两个水闸布置于一个基坑内，基坑外侧布置环形钢板桩围堰。采用钢板桩围堰，在海上形成干地施工条件，为后期地基处理及水闸上部施工创造有利条件。既能满足基坑维护的安全要求，又能尽量经济，并考虑拆除方便，就近利用于海堤加高、龙口合龙等。两座水闸围堰合二为一，形成围区面积10万m2的超大型施工围堰，围堰设计采用钢板桩结合土石方压护结构形式，主体采用双排钢板桩结构，与海堤结合部位采用土石围堰结构。水闸规模大，结构复杂，将近2年时间才完成，围堰形成后已安全度过4个台汛期。

本工程围堰轴线总长度为1 532.88 m，共需16 382.2 t U型钢板桩（0.7 m×27 m，3.4 t/根，以及配套拉杆及槽钢）。

2 质量问题及原因分析

2.1 质量危害

危害一：钢板桩围堰隔仓中的吹填砂有流失现象，影响钢板桩围堰的整体稳定性，存在安全隐患。

危害二：围堰的主要作用就是为后续的水闸施工提供干地作业环境，而本工程的设计高潮位为+4.52m，围堰内北1号闸闸底板底标高为-3.5 m，北2号闸闸底板底标高为-4.5 m，当围堰外水位达到设计高水位时，围堰内外水位差为9.02 m，围堰易发生渗漏，影响水闸上部结构施工。

2.2 质量原因

围堰内抽水清淤工作结束后实地调查及抽水测算，钢板桩围堰渗漏点较多，围堰内总的渗流量达到6 100 m3/d，具体调查结果见表1。

从调查表中可以看出，钢板桩围堰主要渗漏部位是土石围堰段和钢围堰段拉杆孔及锁扣，是影响钢板桩稳定的主要因素[2]。因此必须严格控制，保障后期稳定。

2.3 原因分析

产生质量问题的原因很多，如材料的挤压变形、技术交底不到位、工人技术不过关、海上风浪大等等。主要原因可以从环境因素与工艺因素两个方面来看。

表1 海上钢板桩围堰渗漏量调查表单位：m3/d

2.3.1 环境因素

根据水文气象资料，工程所处位置年潮高，最大值为717 cm，年潮高平均值为603 cm，换算成潮位位标高，为年最高潮位为+5.59m，年平均高潮位为+4.62m。围堰内干地施工的水位标高需小于-4.5 m，高潮位时围堰内外水位平均差达到9.12 m，围堰容易发生渗漏。

2.3.2 工艺因素

钢垫片在拉杆非受力状态下安装。

北1号、北2号闸钢板桩围堰桩身长27 m（临海侧桩顶标高6.3m，内侧桩顶标高5.5m，桩尖标高-21.5m），两排钢板桩间距11 m，每33 m分成一段隔仓。在2.0 m高程处设置拉杆以连接两排钢板桩，拉杆采用直径70 mm钢拉杆，间距1.4 m，倾斜度小于2°。拉杆高程以上回填高度大于70 cm后方可临时行走施工机械。双排钢板桩间采用杂填土充填至4.5 m高程；再在4.5 m高程处铺设土工格栅，50 cm石渣垫层保护至5.0 m堰顶。为满足围堰稳定及防冲要求，钢板桩两侧设置抛石镇压层压护，抛石面上用C 20混凝土灌砌块石护面。

钢板桩拉杆安装符合设计及规范要求，但是由于钢垫片与拉杆紧密相接，且钢垫片是在拉杆未受力时安装，当拉杆受力伸直时，拉杆会对钢垫片产生拉力，容易导致钢垫片松动。

仓内抛石时砸到钢垫片。

按照仓内土方与外侧石方同级加载的原则，应同时进行外侧抛石。土方填筑分水上施工和陆上施工两种方式，石方则全部采用水上抛填、陆上挖机理坡的施工方法。原则上，+2.7 m（钢拉杆标高以上70 cm）以下采用水上施工，+2.7 m至堰顶采用陆上施工。

仓内土方回填+2.7 m以下采用1台抓斗船停靠在围区外侧进行填筑作业，+2.7 m至顶部采用陆上施工。依据同级加载的原则，仓内石方回填至+2.7 m时，钢板桩两侧抛石已经基本达到设计高程（-1.2 m），考虑50 cm的后期沉降，抛石标高约-0.7 m，此时相对潮高基准面（黄大岙），标高达到+3 m，再考虑抓斗船的吃水深度，需要+5 m以上的水位才能保证船舶的进点和移动。因此，此时再使用抓斗船进行作业显然已经不合时宜了，因此+2.7 m以上采用陆上回填的施工方法。即以左、右岸为起始工作面逐仓立堵填筑堰内土方至+4.5 m（土方顶部高程为+4.5 m）。

路上抛石工艺相当成熟，但是由于拉杆标高为+2.0 m，此时抛石工艺为水上施工，抓斗船松放石料时难免有块石会砸到钢垫片，致使其松动。

土石围堰段仓内填料为抛石。

现场抛石全部采用的是开山天然级配石料，但是由于石料本身的渗透系数太大，且钢板桩两侧均未采取闭气防渗措施，导致土石围堰段严重渗漏。

3 解决措施

总体解决原则：钢围堰段拉杆孔及锁扣处采用堵漏王进行封堵；土石围堰段采用混凝土浇筑与黏土回填相结合的方法进行封堵，±0.0～+3.5 m标高整体浇筑混凝土，-3.0～+0.5 m标高黏土回填。

3.1 确定钢板桩围堰段堵漏方案并采取堵漏措施

本工程钢板桩围堰段轴线较长（总长度为1 415.28 m，桩号为0+020.65～0+802.99和0+861.79～0+1 494.73），经过现场调查，发现拉杆孔及锁扣处渗漏点多，其中拉杆孔处渗漏点的渗漏量较大，锁扣处渗漏点的渗漏量较小。确定最终的堵漏方案为：在低潮位时用堵漏王（速凝混凝土）对外排钢板桩渗漏部位进行封堵。具体方法如下：

渗漏部位除锈：在低潮位时（潮水退至±0.0 m以下）让操作人员依次从大桩号向小桩号方向寻找渗漏点，用除锈工具进行渗漏点周围的锈渣清除工作，并用水冲洗干净，为后续的堵漏工作提供作业面。

对渗漏部位进行封堵：待锈渣全部清除后，按照堵漏王说明书上的掺水比例进行加水调和，穿戴防腐蚀橡胶手套，手工堵漏。由于钢拉杆处渗漏较严重，锁扣处渗漏较轻，因此堵漏方法略有不同。

钢拉杆处堵漏：手工将堵漏王环绕拉杆填塞进缝隙内，并在缝隙周围的钢板桩及钢拉杆上堆填大量的堵漏王。

锁扣处堵漏：手工将堵漏王填塞进缝隙内，然后将堵漏王均匀涂抹在缝隙周围，宽度约为4 cm左右。

效果验证：经过对钢板桩围堰段拉杆孔及锁扣处渗漏点进行堵漏，钢板桩围堰段基本无渗漏现象，防渗效果显著。

3.2 确定土石围堰段堵漏方案

本工程土石围堰段轴线较短，总长度为117.6 m，桩号为0+000～0+020.65、0+1 494.73～0+1 532.88（0+000）和0+802.99～0+861.79。对土石围堰段渗漏现象进行现场调查，分析土石围堰段渗漏情况与钢板桩围堰段渗漏情况，发现钢拉杆处的渗流量与钢板桩围堰段相仿，但锁扣处的渗流量比钢板桩围堰段要大许多，现场按照钢板桩围堰段的堵漏措施，对外排钢板桩拉杆处以及锁扣处进行堵漏，发现钢拉杆处的堵漏效果明显，但是锁扣处的堵漏效果较差。钢拉杆的堵漏方法与钢板桩围堰段相同，区别是内外排钢板桩均实施了封堵，锁扣处只在围堰内侧采用堵漏王封堵，再用混凝土整体浇筑，然后黏土回填相结合的方法。

锁扣处堵漏步骤如下：

第一，渗漏部位除锈。首先将土石围堰段内侧的抛石开挖至±0.0 m，低潮位时让操作人员逐一用除锈工具进行锁扣周围的锈渣清除工作，并用水冲洗干净，为后续的堵漏作业提供工作面。

第二，堵漏王封堵。手工将堵漏王填塞进缝隙内，然后将堵漏王均匀涂抹在缝隙周围，宽度约为4 cm。

第三，C 20混凝土整体浇筑。经过现场观察，发现锁扣渗漏顶标高在+3.2 m左右，渗漏最严重段为+0.5～2.3 m，因此决定对±0.0～+3.5 m标高整体浇筑混凝土。首先在钢板桩上加焊受力钢筋，其次放置宽度为90 cm的木模板，然后紧贴木模板对称放置两根背枋，并通过模板上的预留小孔用扎丝将背枋与受力钢筋进行绑扎，达到固定模板的作用，最后进行混凝土浇筑。

第四，-3.0～+0.5 m标高黏土回填。在土石围堰段内侧±0.0～+3.5 m全部浇筑过后，±0.0 m以上锁扣已无渗漏现象，但±0.0 m以下还有轻微渗漏现象，用长臂挖机开挖至-3.0 m才无渗漏。采用黏土回填作为巩固措施，首先铺设30 kN/m无纺土工布，然后回填黏土至+0.5 m。

效果验证：堵漏效果显著，土石围堰段基本无渗漏现象。