复杂环境深水软基钢管桩临时支护结构应用探微

李小鹏

（广东省水利水电第三工程局有限公司，广东 东莞 523710）

1 工程概况

本工程位于广东粤北山区某大型枢纽电站坝址处，工程内容为紧贴旧船闸新建一条1000 t 级船闸，施工期间要确保旧船闸通航。作为地下连续墙施工平台的临时支挡结构，位于大型枢纽电站的库区紧贴旧船闸的上游引航道，上游引航道平均水深9 m。区域地质详勘资料显示工程区内主要出露地层岩性为石灰岩，河床覆盖层分别是塑状淤泥质和砂卵石土，厚度为6～10 m（区域环境见图1）。

图1 施工区域环境原状

本工程施工难点为：在库区深水位环境下，在一期二线船闸上游地连墙围堰施工土平台填筑过程中，要防止平台填筑侵占航道，确保旧一线船闸上下游引航道通航宽度；同时，施工土平台在地连墙施工期间要保证大型起重设备和其他重型运输及作业设备的安全作业，不能出现超规范的沉降和整体滑移变形[1]。

2 原设计支挡结构方案缺点

原方案采用钢筋石笼作为挡土墙（见图2），但在深水环境下无法保证钢筋石笼网的水下施工和成型，同时考虑到旧船闸的运行，采用钢筋石笼作为挡土墙势必侵占旧船闸引航道，不利于船舶安全通航。

图2 上游地连墙围堰施工平台钢筋石笼网支挡结构

3 钢管支挡设计方案及其优劣分析

经过分析比较，一期二线上游支护结构决定采用双排钢管桩挡土方案，即挡土桩+锚固桩（见图3）。挡土钢管桩采用Ф820×10 型，L =15 m，间距0.90 m，锚固钢管桩采用Ф820×10 型，L=15 m，间距2.50 m，上部采用［30B 型槽钢冠梁围檀与钢管桩焊接。双排钢管桩之间采用［30B 型槽钢连梁与钢冠梁，挡土桩挡土侧铺设土工格栅和土工布。施工平台迎水侧袋装土填筑，钢管桩顶端设置安全警示灯。挡土钢管桩中心距旧船闸中心线27.38 m。

图3 上游地连墙围堰施工平台钢管桩支护结构

采用钢管作为支挡结构具有以下优点：①断面较小，占用通航航道少；②作为垂直支护利于往来船舶的通航安全；③可在水面施工，降低了施工难度；④方便后期拆除（不过工程造价相对较高）。钢管桩施工效果如图4 所示。

图4 上游地连墙围堰施工平台钢管桩施工完成效果

4 设计受力验算及施工

4.1 稳定性验算

钢管临水侧水位▽36.5 m，施工土平台高程▽38.32 m，河床底持力层高程▽29.32 m，为确保安全性，水压力和淤泥质土被动土压力均不考虑计入，锚固桩拉力取1/2 最大锚固拉力，施工荷载取施工设备均布荷载。经计算，挡土钢管嵌固稳定安全系数为1.65，抗滑稳定安全系数为1.52，均满足规范要求。

4.2 钢管桩支护施工

4.2.1 施工工艺流程

航道河床清淤疏浚→放线定位→扫床→钢管桩施工→围堰施工土平台填筑→地连墙围堰施工→钢管桩拆除。

4.2.2 主要施工方法

（1）前期施工准备。钢管桩施压前，先进行河床清淤疏浚，河床尽可能清除淤泥覆盖层。然后由测量人员放样定位，放出钢管桩位置轴线。再利用挖掘机辅以浮船进行水下扫床，挖除旧河床浆砌石护底或水下孤石[2-3]。

（2）二线、一线上游钢管桩施工。因上游常年水位为▽37.32 m，钢管桩施工需在水上进行，利用浮船作为打桩平台进行钢管桩施工。利用运输船把钢管桩运至施工水域，采用浮船配以25 t 浮吊将钢管桩吊放就位，用长臂履带机配以液压振动锤在船上施压钢管桩至设计高程。对于液压振动锤不能将钢管桩压入设计深度的，再采用电动打桩锤辅以浮船进行水上施打直至设计高程。钢管桩施压（打）完后，沿锚固桩、挡土钢管桩上部纵向用［30B 槽钢通长焊接，横向用［30B 槽钢连梁进行焊接，形成双排钢管桩体系，然后填筑黏土平台。平台钢管桩施工见图5。

图5 上游施工平台钢管桩施工作业

（3）施工控制指标。打桩时，在正面布置一台全站仪观测定位，侧面设置两台经纬仪在两个方向加以控制，保证钢管桩的垂直度。钢管桩施工的质量控制以桩顶达到设计标高或桩底达到岩面控制为标准[4-5]。

4.2.3 钢管桩拆除

待地连墙围堰施工完成具备挡水条件后，钢管桩即可拔除。钢管桩拔除同样采用振动锤，其施工顺序与安装顺序相反，拔除时应注意慢拔，以免带出大量泥土，引起土体变形。上游地连墙围堰施工平台最终效果见图6。

图6 上游地连墙围堰施工平台最终效果

5 结语

钢管桩支护结构应用于本工程淤泥质砂卵石软土基础取得了良好效果，确保地连墙施工平台在库区高水位环境下作业的安全，施工过程中钢管桩支护结构沉降和位移均满足要求，尤其是经受住了大型360 T 履带式起重等设备的检验。同时也保证了往来船舶安全航行，确保了旧船闸安全运行，起到了有效挡土作用，确保了施工的安全作业。而且其结构简单、施工速度快，确保了工期。