软弱土地质条件下双排钢板桩围堰加固实践

邓 前 锋

(上海市基础工程集团有限公司，上海 200002)

0 引言

双排钢板桩围堰常用于建造大型的港口、码头、船坞、发电厂取排水构筑物等工程。有些工程所在地存在深厚软弱土，地质条件较为复杂，加之受到周边潮汐、风浪等外界因素影响，围堰可能出现变形过大、渗漏水、芯土流失等情况，对围堰的安全十分不利。目前双排钢板桩围堰结构的设计还没有明确规范，相关设计还停留在半理论半经验的方法，实际施工可能与设计预想存在一定差异[1,2]。

1 工程概况及环境条件

1.1 工程概况

某双排钢板桩围堰，平面呈喇叭口状，内、外排钢板桩间距10 m，出口段宽67 m，末端宽171 m，整个围堰东西向长168 m，中心线周长约535.4 m。钢板桩采用拉森WRU26型，桩顶标高外排桩+6.0 m，内排桩+3.0 m，桩底标高-22.5 m。内、外排钢板桩采用围檩拉杆系统连接，桩间填筑粘土。

1.2 工程地质、水文情况

施工区涉及到的主要地层有：

①-3流泥，厚度3.5 m～6.3 m，强度低，压缩性高。

②淤泥，厚度7.85 m～17.3 m，强度低，压缩性高。

③粘土，厚度0.9 m～14.0 m，强度较低，压缩性较高。

工程场地跨越两种地貌单元，分别为基岩区和海滩区。围堰西侧为基岩区，向东逐步过渡到海域，海域地貌为海涂滩地，滩地表面地形较为平坦，平均高程在-0.5 m～-1.0 m左右，退潮露出水面。

本工程区域潮汐系东海潮波，每日两次涨落，属正规半日潮流性质。工程设计潮位采用实测资料统计值，20年一遇设计高潮位为4.79 m，20年一遇设计低潮位为-3.62 m。

2 围堰变形及分析

2.1 围堰变形情况

围堰合龙时随即进行堰内抽水，钢板桩桩顶出现缓慢位移。围堰南侧中部区域钢板桩出现突发快速倾斜现象，围堰芯土向基坑内平移。外侧钢板桩出现整体向内侧偏移，桩顶单次变化最大137 cm，累计位移195 cm，芯土面向基坑内最大平移为88 cm。内侧钢板桩向基坑内倾斜，倾斜幅度较外侧钢板桩小，内侧钢板桩与泥面结合处出现隆起现象。钢板桩倾斜后，堰内芯土出现倾斜、裂隙、下陷，渗漏水情况较为严重(见图1)。随后几天内围堰钢板桩的倾斜程度继续扩大，发展速率变慢。围堰北侧和东侧也出现钢板桩位移倾斜的现象，位移最大的部位均在中部(见图2)。

2.2 围堰变形分析

受到地质条件变化以及海域环境的复杂性等多方面因素的影响，围堰在合龙后发生了较大变形。结合多方面因素，对围堰变形分析如下：

1)根据钢板桩的插打情况，沉桩过程较为容易，钢板桩插入土层多位于①-3层流泥及②层淤泥中，具有低强度、高压缩性的特点，能够提供的侧向土压力(土层基床系数)很小。围堰南侧部分基岩与原设计有差异，整体抬高2 m～8 m，基岩上覆土层全部是淤泥土，钢板桩无法入岩，插入比小，对钢板桩稳定性不利。现场海域潮位高、风浪大，尤其是围堰东北侧受到的海浪冲击、冲刷较大(见图3)。

2)围堰变形最大的位置均处于每个面的中心区域，变形向两侧逐步减小。围堰南侧受到基岩面抬高、土质条件差、地形不利等综合因素影响，因此其变形较北侧和东侧大。而北侧和东侧，虽然钢板桩已达到设计深度，但由于入土部分的土层强度低，能提供的被动土压力小，且受到海域涨落潮周期性反复作用，土体受扰动，导致强度大幅度降低，无法提供足够的土压力，使围堰发生变形。

3 围堰加固措施

3.1 增强局部薄弱区域

考虑围堰南侧插入最浅且深度范围内为淤泥土，地形走势也对安全性极为不利。另外围堰三个面的中部均为变形最大区域，必须加大上述局部薄弱环节的强度。

对围堰南侧的内排钢板桩进行堆土，高度与芯土高度相同，增大被动土压力。为防止外排钢板桩倾覆，在外侧采用抛石堆载，堆载范围为围堰南侧中部1/3范围，抛石离开外侧钢板桩3 m，减少由于抛石堆载对围堰产生的主动土压力影响。通过采取内挡外压措施，围堰南侧的变形得到了控制。

在围堰北侧和东侧外排钢板桩进行抛石堆载，抛石宽度4 m～6 m，厚3 m，对外侧钢板桩起到压脚作用，同时减少风浪对钢板桩的冲击。抛石离开外侧钢板桩3 m，减少由于堆载对围堰产生的主动土压力影响。

3.2 加强围堰整体性

考虑到内、外排钢板桩间土体强度很低，外排钢板桩受力后，能提供的被动土压力小，无法直接传递到内排钢板桩。故在围堰顶部增加钢支撑，增加钢板桩整体性共同抵抗高潮时的水压力；同时采用高压旋喷桩剪力墙加固内外排钢板桩间深层土体，提高桩间土体的强度。

围堰横支撑采用WRU26拉森钢板桩两层叠加进行支撑，间距5.2 m。支撑范围为三个面的位移最大区域向两侧延伸。在围堰芯土面以下一定深度范围内采用高压旋喷桩形成成排的剪力墙，增强两排钢板桩共同发挥作用。剪力墙采用直径1 000 mm的高压旋喷桩，每道剪力墙由双排高压旋喷桩形成，桩间距750 mm，围堰南侧桩底至基岩面，围堰东、北侧桩长12 m(见图4)。

4 加固效果

通过设置在钢板桩上的位移监测点以及对围堰整体观察情况看，采取加固措施后，钢板桩的变形速率逐渐减少，钢板桩间芯土沉降稳定，整个围堰的风险得到控制。

如图5所示，在围堰外侧抛石后，减少了波浪对钢板桩的直接冲击，防止外排钢板桩的倾覆。从监测数据可见，在横支撑完成后，内、外排钢板桩在顶部发挥了协同作用，钢板桩位移速率得到有效控制，局部监测点出现“回弹”现象。在剪力墙施工期间，由于高压旋喷桩作用机理(先破坏土体结构，再硬化加固)，钢板桩的位移略有增加，在逐步完成并形成一定强度后，钢板桩的变形趋于平稳，围堰整体的变形得到了有效控制。

5 结语

目前对于双排钢板桩围堰的设计还停留在半理论半经验阶段，而且受地质条件、潮汐、风浪等外界因素影响，使工程的不确定风险增加。本工程经多项加固措施应用，确保了围堰安全，为后续围堰内结构施工提供了安全保障。在后续研究阶段，还应重视几点：

1)双排钢板桩围堰的设计应充分考虑工程所在地的水文、地质、气象等因素，结合围堰的受力体系进行结构设计。

2)软弱土地质条件下钢板桩围堰应充分考虑围堰在潮汐、波浪等动水作用下的受力特点，结合土体在动载作用下的特性进行设计。

3)对于体型较大、长度较长的双排钢板桩围堰，空间变形效应明显，可通过增加横向隔仓板桩、横支撑等措施联系内、外排钢板桩之间的受力协调，加强围堰的整体性。