桥闸工程中围堰施工及质量管理研究

蔡锡铿 广东粤源工程咨询有限公司

1.桥闸工程中围堰施工概述

1.1 围堰技术的作用

桥闸工程隶属于水利工程的范畴。在该工程施工之前先采用围堰技术用以隔断外界水流、泥土的冲刷。能够为工程的正式施工提供一个较为稳定的施工条件。比如说为基坑的挖掘营造良好的施工旱地环境，同时可以保障施工人员和机械设备的安全。当施工人员的桥闸施工作业完成之后，围堰还需要拆除，恢复原本的水流及泥土的正常流向和流动。

1.2 桥闸工程中常见的围堰技术类型

1.2.1 混凝土围堰

混凝土围堰技术是桥闸工程施工中最为常见的一种围堰手段，该技术具有较强的抗冲刷能力和较为良好的密封性能、挡水水头高、底宽小的特点。利用混凝土围堰技术构造的纵向围堰结构体能够两面挡水，可以与永久建筑物合二为一形成桥闸工程的闸室体。混凝土围堰的结构形式众多，其中使用频率最多的一种围堰结构是重力式混凝土围堰结构形式，是水利工程施工中常用到的混凝土围堰结构。

1.2.2 过水土石围堰

在桥闸工程的施工导流期间，不排除基坑有被水流吞没的风险，所以设计人员在对围堰进行设计时，应该充分考虑围堰堰脚的防护及加固处理，提升基坑的抗冲刷能力。在桥闸工程等水利施工过程中，过水土石围堰能够保证围堰安全过水，有效的降低围堰堰体所受的压力，对于堰体结构的保护起到了良好的效果。

1.2.3 不过水土石围堰

如果在某项桥闸工程中，确定基坑不会被该地域的水流淹没，施工人员就可以采用不过水的土石围堰结构。这种围堰技术的优点显而易见，不仅造价成本低廉，而且对技术的要求不高，适用范围广、适应能力强。但缺陷极为明显，该技术的使用受水位限制，如果本地域的水文条件发生较大变动，汛期水量异常增长，就有必要对现有围堰采取特殊措施进行防护。

1.2.4 钢板桩围堰

利用钢板桩围堰技术对水流、泥土进行隔断主要是利用钢板桩材料，将其钉入土体再经过拼接之后形成具有抵抗水流、泥土压力冲刷的结构体，具有较强的稳定性和可靠性。这种围堰结构的施工造价成本不高，而且施工进展快、难度低，常见的钢板桩围堰结构体以圆形或矩形居多。

2.结合具体桥闸工程案例探究围堰施工

2.1 桥闸工程概况

2.1.1 工程信息简介

揭阳市北河桥闸位于揭阳市揭东县新亨镇秋江村，榕江支流北河的中游。是一宗以灌溉为主，兼有防洪、水陆交通、城乡工业及居民生活用水等综合利用的水利工程。

北河桥闸重建工程左、右岸土坝采用均质土坝。电站引闸门净宽10.0m。采用无坎宽顶堰型式，底板高程0.0 m。拦河水闸采用无坎宽顶堰型式，船闸为单线单级，航道等级为Ⅶ级，船闸尺寸选用80m×12m×1.3m（长×宽×门槛水深）。取水口位于闸轴线上游约210m处的右岸，底板高程0.7m，孔口尺寸b×h=4m×3m,设计引水流量8.0m/s。

2.1.2 水文特征

榕江流域的洪水多由暴雨形成。榕江洪水受热带气旋雨（台风雨）影响较大，主汛期出现在后汛期的8～9月份。

2.1.3 地质条件

本区位于广东省东南沿海丘陵地带，区内山体高程一般为100m～500m，山势总体上西北高东南低，山体较雄厚，连绵不断。本工程位于榕江北河中游、揭阳冲积平原区西部边缘处。施工地域的土质属于细砂类，土层由浅入深依次是粉质黏土夹粉土、粉砂夹粉土、粉砂。

2.2 桥闸工程的围堰施工

根据揭阳市北河中游水域的水文和地质条件，并充分结合各项围堰技术的应用优点和限制条件，在综合权衡之下，最终选定采用钢板桩围堰技术进行围堰施工。

2.2.1 钢板桩安装的施工工序

在该桥闸工程中，钢板桩围堰施工技术的操作流程应按照以下顺序依次进行：做好准备工作、插打钢板桩、拆除施工平台、安装围檩、支撑、水下清土、封底、抽水、承台施工。文章后续将对钢板桩安装过程中较为重要的施工流程进行介绍。

2.2.2 做好准备工作

一方面，在进行围堰施工之前，相关施工人员要对围堰施工所用的车辆、作业船和机械设备等客观条件进行确认，保证围堰施工所需材料无异常现象。另一方面，合理布置岸边的用电连接节点。并确认施工人员携带的柴油发电机、振捣试打桩机等基础设施能够正常运行。另外，相关工程防护措施要就位，避免因其他外界因素或者工程施工风险对施工人员或机械设备等造成安全隐患。

2.3 插打钢板桩

2.3.1 单独打入法

钢板桩的插打操作对最终的钢板桩围堰性质平整程度和刚性都会产生直接性的影响，所以，施工人员在对钢板桩进行插打时要利用合适的插打机械设备，运用适宜的插打方式来提升钢板桩结构体的防渗漏和抗冲刷能力。出于对成本造价和工期进度的考虑，该桥闸工程选用单独打入法进行钢板桩的打入。这个打桩的方式要求对钢板桩实现一次性打入，并且按照顺序完成沉桩任务。施工人员在运用单独打入法进行钢板桩的打入时需要注意钢板桩的插入倾斜程度，利用导线对围堰的轴线位置进行标记，再通过导向架的作用效果进行围堰施工。施工过程中，启动振动锤需要对打桩锤下沉的速度进行必要的控制，确保在此期间，钢板桩处于直立状态，便于锁扣的咬合，为后续的钢板桩围堰具备良好的阻水能力奠定坚实的基础。

2.3.2 确定导向架的位置

导向架作为钢板桩围堰尺寸精度控制的重要装置，所以在导向架自身结构的尺寸要具有较高的精准程度，避免因自身精度不足带偏钢板桩打入的精准程度，更要避免在此期间发生水平位移现象。另外，导梁和导柱作为导向架的组成结构，在安装过程中很大程度上会有缝隙存在，对于此，当施工人员在安装导梁和导柱时焊接密实，减少桩面和导架结构的空隙。在导向架位置的确定过程中可以借助相应的设备进行辅助测量，如利用水平仪的作用对导向架的位置和高度进行调整，确保能够对钢板桩的施工高度进行有效的控制。

2.4 安装支撑

当钢板桩插打完毕之后，按照顺序完成第一、二、三道支撑。具体的安装手段是由施工人员进行抽水吸泥，直至低于围檩大概50cm之后再进行正常安装，当三道支撑设置全部完成之后，可进行水下吸泥，当吸到一定程度之后再着手进行第四道支撑的建设。当四道支撑全部建设完毕之后，施工人员可对作业环境进行清理，如当地的粉砂、粉土等图纸碎屑。钢板桩打入对周围环境造成的干扰，施工人员要对其进行清理再完成浇筑封底。

2.5 围堰内水下吸泥施工

2.5.1 对水下吸泥水位的控制

结合揭阳市北河中游的土质条件分析，封底砼面之上的土层普遍是黏土、粉砂夹粉土。像这类的砂性泥土对于吸泥作业的开展来说较为容易。值得注意的是，在进行吸泥作业时需要秉承着围堰内部与外部水位始终平衡的原则。有鉴于此，我们采用预留阀门孔的方式来实现堰体内外水位平衡，孔位的确定可以根据当地引河的最低水位来完成位置的选定。

2.5.2 吸泥工序

案例工程的水下吸泥需要进行标高设计，当第一次吸泥到指定标高之后要在工程内部安装好第四道围檩支撑，当安装固定之后进行二次吸泥，当吸泥量到第二次标高时，需要派遣体质较好的下潜人员对坑底残留的泥浆用高压水枪进行清理，避免后续混凝土施工与钢板桩之间的黏合效果遭到泥浆的干扰。值得注意的是，在吸泥完毕之后要对坑底的标高数值进行多次测量，确保围堰结构体内部的河床尽量处于平整的状态，之所以有这样的要求是为下一步的封底混凝土浇筑施工奠定厚度基础。

2.6 封底混凝土施工

揭阳市北河中游桥闸重建工程的封底采用的是在水下完成混凝土的浇筑施工。该项施工流程位于第四道围檩安装固定之后，在水土压力下进行混凝土封底将会对整个围堰结构体的底部区域强度起到一定的效果增补作用，抗冲刷、抗冲击的能力相较之前都有了较大的提升，对于围堰结构体的稳定发挥了不可忽视的作用。该工程的封底混凝土浇筑应采用导管法来完成，借助钻桩平台来对放置型分配梁进行定位，再利用脚手板充当封底混凝土的施工平台，当准备工作就绪之后完成封底导管的铺设，导管在连接上应偏紧密，在正式使用之前注重检查导管的密封性，避免出现脱落或渗漏等现象。导管在铺设时，应注意下口悬空应介于150mm和200mm之间，导管口要埋入混凝土之中，深度不超过300mm。

2.7 钢板桩的拔除

桥闸工程中钢板桩围堰的拆除是利用振动锤来完成，利用强大的振动力，对本水域中的土质结构进行高频振动，逐步松动和瓦解钢板桩与土体之间的黏合程度，再利用起重机向上的拉力将土体中的钢板桩提调出来，在经过后期的清洗和保养之后可重新投入二期工程的使用。

3.围堰施工的质量管理分析

桥闸工程围堰施工的质量管理可以以围堰施工的环节为切入点，深入探讨关键环节中影响钢板桩围堰质量的要点。

3.1 钢板桩材料质量控制

3.1.1 材料的检查

桥闸工程钢板桩围堰所采用的材料是拉森钢板IV型桩，在正式投入围堰建设之前，施工人员应对其进行全面的检查，如果钢板桩自身存在残缺、生锈、形变等状况就应该及时采取措施对其进行修复或者更换，保证围堰建造的质量。锁口作为连接钢板桩的重要节点，对其质量要求要保证钢板桩的连接无缝隙，不存在渗漏现象。如果发现锁口存在扭曲变形现象，需要施工人员及时发现并予以调整。

3.1.2 拼接工艺

钢板桩的焊接质量直接决定着钢板桩拼接工艺的效果。为了确保钢板桩的拼接工艺效果良好，施工人员就要从焊接的材料入手，尽量将其保存在干燥、通风良好的环境，避免存在阴暗潮湿的空间。如果因疏忽将焊接材料放置在了阴暗潮湿处，当发现时应立即采用干燥处理，避免过度氢脆，降低钢板桩围堰的刚性和强度。施工人员在进行焊接作业时，支持施工人员利用多层交替双面焊接法进行焊接，该方法能够对温度应力进行控制，从而形成质量优良的焊接缝隙。

3.2 钢板桩插打质量控制

3.2.1 定位桩选择

上述文章提到锁口使得各个钢板桩之间紧密连接。如果一根钢板桩的尺寸出现了偏差现象，那必然会对其他钢板桩的正常尺寸构成影响，所以如果选择第一根定位桩并且把控垂直误差成为了钢板桩围堰结构体质量控制的因素之一。根据常规施工经验和本工程实际情况来看，节点桩可以作为首选的定位桩，并且可以利用导向架装置，焊接大约2cm的钢板来控制垂直度的误差范围。

3.2.2 合拢工艺

在钢板桩的插打过程中，合拢作为插打的最后一个步骤，施工人员在合拢位置的选择上应选择水流流速不快、地质条件较为优越的位置进行围堰短侧。同时在合拢过程中应该计算好预留的尺寸大小，确保在合拢之后钢板能够严丝合缝的插入进去，并且满足锁口的牢固要求。

3.3 封底混凝土施工质量控制

3.3.1 导管的强度

当钢板桩围堰进行封底混凝土浇筑施工时，导管在水中不仅要承受着混凝土的重力，而且还要担负着向上的应力以及混凝土与导管管壁之间的摩擦力。在多种受力条件下，如果导管自身的质量不达标或者强度较弱，将很有可能造成导管破裂现象，无法完成封底混凝土的施工质量控制。因此，在对导管的质量管理上，必须要对导管的强度进行控制，施工人员在进行施工之前进行模拟实验，检验和挑选合适的导管。

3.3.2 浇筑方式

案例工程的钢板桩围堰的坑底尺寸比较大，所以封底混凝土的体积也相应较大。施工人员在利用导管法进行施工时务必按照既定的顺序进行施工，即由周围向中心汇聚式的施工方式。与此同时，满足该项条件的情况下，坚持由低到高的浇筑方法。

3.3.3 钢板桩拔除质量控制

钢板桩的拔除需要在钢拉杆完全拆除之后进行。一方面，钢板桩的拔除不能信奉暴力行为，可以先进行试拔再完全拔除，在拔除的过程中，可以寻求相对来说较为容易拔除的钢板作为突破口。另一方面，利用振动锤振动拔除钢板时，不应长时间保持振动，可以隔一段时间再进行振动操作，结合相关工程案例，振动锤的单次工作时间不应超过90分钟。

4.结语

综上所述，文章以揭阳市北河中游桥闸重建工程为研究对象，对钢板桩围堰的设计和施工技术进行了研究，得出以下结论：首先，本工程具有典型代表，进一步凸显出了钢板桩围堰施工灵活、造价成本不高的优势，而且强度高、组装便捷，可重复使用，对环境和水源的影响较小的施工特色。其次，钢板桩围堰也具有一定的局限性，如受制于钢材材质和制造工艺影响明显；刚度受限，如果水下承台位置较深，需要内支撑对围堰施工起一定的辅助效果；对河床具有硬性要求，对于长期处于较高水位的施工场地并不适合采用钢板桩围堰，本工程的水位较低，满足钢板桩围堰施工的条件。再次，在进行围堰施工时，需要格外注意内支撑的更换和拆卸设计，该设计是围堰能否安全拆除的重要节点，最好在承台完成之后，墩身施工之前完成第三道内支撑的换拆操作，以防对墩身施工造成不良影响。最后，水下吸泥和封底混凝土操作对钢板桩围堰的抗冲刷能力具有直接影响，在该工程的围堰施工中，采用了高质量和科学的水下吸泥及封底混凝土工艺。总而言之，围堰施工作为我国桥闸工程以及其他水利工程的关键性技术，对主体工程的正常施工具有重要意义。