水下拉森钢板桩围堰工程防渗漏研究

花 磊，张彤炜，全财华，周国义

（1、中铁建工集团有限公司 北京 100160；2、东莞市建筑科学研究院有限公司 广东东莞 523809）

0 引言

现行的基坑支护方法有排桩（钢板桩、钢管桩为主）、土钉墙、地下连续墙等，但土钉墙和地下连续墙属于一次性投入，不能循环利用，且费用高、工期长。为加快施工进度、节省工期，水下围堰工程中常采用排桩。钢板桩是由带有锁扣的型钢拼接而成，根据其截面形式的不同，可以分为直板形、U型及Z型等。与钢板桩相比，钢管桩刚度大、承载力高、挤土效应大，需要注浆，工艺程序较多。拉森钢板桩（U 型钢板桩）不仅具有高强度、质量轻、隔水性能好的特点［1］，同时具有施工简单、工期短、耐久性良好、互换性好、建设费用低等优点，目前被而广泛应用于围堰工程中［2］。但其应用在水下围堰工程时却极易因受到水压、船只撞击等不利因素发生漏水、渗水问题而影响到施工进度及工程质量［3］。

李佟等人［4-6］针对上述拉森钢板桩应用在水下围堰工程中渗漏问题提出过一些解决方案，但多数是针对单一工程进行梳理，缺乏对该问题较为全面的总结分析。因此本文首先分析了导致渗漏水情况的原因，然后对现有防渗漏施工关键技术以及堵漏方法进行了研究总结，最后提出一种更加安全、高效的堵漏思路，为类似工程问题提供参考。

1 水下围堰工程中拉森钢板桩渗漏水的原因分析

拉森钢板桩围堰是依靠锁扣间的相互咬合来实现封闭，以达到止水分隔的目的，因此锁扣通常是拉森钢板桩防渗漏的关键，锁扣正常咬合如图1⒜所示。根据工程经验及相关文献资料水下围堰工程中拉森钢板桩易出现锁扣咬合缝隙渗漏水和锁扣脱扣、开叉渗漏水［4］，分析具体原因如下：

⑴在施工过程中锁扣容易因作业环境、施工工艺及人工操作的影响受到设备的拉扯，使得钢板桩围堰的部分桩垂直度与线性控制达不到要求，从而导致锁扣间有咬合缝隙而发生渗漏水，如图1⒝所示；

⑵在钢板桩围堰插打结束后，对围堰内部进行抽水及开挖过程中若钢板桩外侧受到被动土压、水压较大，钢板桩材质将发生变形，使得锁扣咬合产生缝隙，甚至锁扣损坏等情况而发生渗漏水。

⑶当开挖的基坑单边距离较长时，插打钢板桩过程可能发生倾斜，使得钢板桩上部锁扣咬合正常，但下部锁扣由于累计倾斜偏差较大，在继续插打过程中锁扣间拉扯力增大，导致锁扣咬合出现缝隙甚至脱扣发生渗漏水。

⑷由于钢板桩通常是循环使用的，经多次插打的钢板桩，其锁扣可能出现拉宽变形，锁扣正常咬合后其缝隙也较大，特别是插打过程遇到承载力较大的土层时的情况，钢板桩极易倾斜使得锁扣出现脱扣开叉导致渗漏水，如图1⒞所示。

图1 渗漏水原因分析Fig.1 Analysis of the Cause of Leakage

⑸插打钢板桩时，下部可能存在石块，使得下部钢板桩锁扣被顶出发生脱扣开叉而发生渗漏水。

2 水下围堰工程中拉森钢板桩防渗漏水方案

由前文对拉森钢板桩渗漏水的原因分析可以发现，拉森钢板桩材质缺陷、施工水平优劣等对后期施工过程中是否发生渗漏水情况具有显著影响，因此施工前应对拉森钢板桩桩身材料进行严格验收、管理，并做好施工人员技术交底工作，提升钢板桩插打施工工艺水平等。尽可能通过前期严谨、合理的施工组织手段减少渗漏水问题的发生，保证拉森钢板桩围堰的质量。

2.1 渗水和漏水问题的预防措施

2.1.1 插打前拉森钢板桩的检验

首先对拉森钢板桩的桩身、锁扣从外观上进行材质、形状检查，对不符合设计标准且难以修复的板桩应进行更换；对于可修复的旧钢板桩也应在平台上进行修正，比如使用液压千斤顶顶托对弯曲变形的钢板桩可进行校正。

其次对拉森钢板桩材料进行详细检查，包括长度、宽度、厚度及垂直度的测量，并检验是否符合设计要求。除此之外，对合格的板桩进行分类、编号便于材料管理，同时板桩可按打桩顺序进行堆放，应注意堆放层数尽量不超过4 层，避免底层板桩因上部板桩堆放过多而发生变形。

最后拉森钢板桩在吊装过程中应使用专业吊具，同时应注意单次起吊数量，起吊数量过多容易造成板桩之间发生挤压变形，因此需单次多根板桩起吊时技术人员应在起吊前使用钢索对板桩进行捆扎。

2.1.2 拉森钢板桩施工时的插打工艺

在插打前应对拉森钢板桩锁扣进行润滑以便于顺利进行插、拔施工，可参考混合油比例（如黄油∶沥青∶干锯末∶粘土=2∶2∶2∶1）［7］，将其均匀涂抹在板桩锁扣中。在插打的每个施工过程中应注意拉森钢板桩定位及方向，可使用锤球监测每片桩插打全过程的垂直度，严格控制好钢板桩的双向笔直度。同时可在钢板桩打入方向的锁扣处增设一个夹板来避免钢板桩锁扣中心线发生位移。

对于拉森钢板桩围堰转角处施工难以合拢、封闭造成围堰渗漏水等问题，通常可用异型板桩法、轴线修整法［8］解决。异形板桩法是指将钢板桩延背面中线切开，再重新选定断面进行组合，实现封闭；但此种方式难以保证加工质量，且插打及后期拔桩施工难度也较大。轴线修整法是指通过调整板桩闭合轴线设计长度、位置，并选择短边的角部作为围堰封闭合拢处。轴线调整法的4种常见思路如图2所示，具体操作如下：

图2 轴线修整法Fig.2 Axis Trimming Method

⑴沿插打方向，长边和短边均分别在距离转角桩大约8 块板桩时暂时停止，量出至转角桩的总长度及需要增加的长度；

⑵根据转角桩的尺寸以及长边、短边水平方向增加的长度，分开围檩桩与短边方向的围檩，并用千斤顶向外顶出将轴线外移，测量距离无误后重现连接围檩桩和围檩；

⑶短边调整结束后，长边方向沿围檩继续插打板桩至转角桩，然后转过来沿短边再插打两块钢板桩；

⑷最后短边方向沿修正后轴线继续插打板桩，并在短边方向从端部算起的第三块板桩位置处插打最后一块钢板桩进行围堰封闭合拢。

2.2 偶发渗漏水解决措施

基坑排水及开挖过程中应对施工中出现的特殊情况进行详细记录，当基坑发生渗漏水时，尽快找到渗漏点，避免渗漏水过多影响施工安全、进度及工程质量。同时应根据渗漏点缝隙、流量大小情况采取不同的解决方法。

2.2.1 塑料薄膜堵漏

当发现锁扣漏水时，沿锁扣处在漏水钢板桩外侧安装塑料薄膜绳，在漏水点水流吸附力作用下，塑料薄膜绳被吸进钢板桩锁扣漏水处，达到堵漏目的，如图3所示。塑料薄膜绳的安装方式为自拉森钢板桩顶面向下安装，塑料薄膜绳底部装有配重物，当配重物落至硬质板土时安装完毕［9］。

图3 塑料薄膜绳堵漏方案［6］Fig.3 Leakage Plugging Scheme of Plastic Film Rope

2.2.2 堵漏导管

在漏水上方钢板桩外侧设置堵漏导管，将级配粗砂、锯沫粉、水泥混合作为堵漏材料；堵漏导管的工作示意图如图4 所示，通过堵漏导管将堵漏材料下放到需要堵漏的上方，粗砂、锯沫粉、水泥等可被吸进漏水的钢板桩锁口缝隙中，当渗漏通道被填充密实即可达到止水效果［10］。

图4 堵漏导管的工作示意图Fig.4 Diagram of the Working of the Plugging Pipe

2.2.3 潜水堵漏

基坑在抽水开挖后拉森钢板桩围堰内、外会形成水压差，因此可利用水流吸附力作用，由潜水员从围堰外侧潜入水下找到对应渗漏点，使用止水条或者水工布等富纤维棉絮材料进行堵漏，达到止水的目的。

2.2.4 其余方式

除上述堵漏方式外，工程中还可采用集水明排或者设置引流管等方式处理拉森钢板桩渗漏问题。其中集水明排方式是根据渗流量的大小设置明沟和集水井进行引流，并选取合适的抽水设备，连续或者间断抽水保证钢板桩内部作业环境和安全。设置引流管方式是通过在渗漏点打入引流管，用钢板和双快水泥封堵引流管周围，待周围封堵材料达到强度后封闭引流管［11］。

2.3 创新可视化堵漏思路

分析发现目前关于处理拉森钢板桩渗漏水的措施存在一些不足，比如潜水堵漏会存在较大的安全隐患，利用导管传送混合材料吸附堵漏等方式不能精准堵漏，效率较低。因此提出一种结合物联网技术的可视化堵漏思路，进一步改良当前使用的工具，比如在堵漏导管方法中，可在导管上加装微型摄像头，同时通过无线信号传输将围堰外侧情况传递到实时设备终端，即可精确寻找堵漏点，提高堵漏效率。可视化堵漏思路的示意图如图5所示。

图5 可视化堵漏思路Fig.5 A Visual Plugging Idea

3 结语

分析水下拉森钢板桩围堰工程中易出现渗漏水问题的原因，并对工程中防渗漏施工关键技术以及发生渗漏水问题的解决措施进行归纳总结、研究创新，有利于推广拉森钢板桩在水下围堰工程中的应用。具体结论如下：

⑴复杂的施工环境、桩身缺陷和人员施工水平是导致锁扣产生咬合缝隙甚至脱扣，继而发生渗漏水的主要原因；

⑵拉森钢板桩插打前的质量检查和施工时的轴线定位及修正是工程中预防拉森钢板桩渗漏水问题的重要措施；塑料薄膜堵漏、导管堵漏和潜水堵漏等是工程中常采用的应对偶发渗漏水问题的解决方案。但上述方案存在安全隐患、效率低等问题；

⑶提出一种将导管堵漏方法与物联网技术相结合的可视化堵漏思路，可实现精准、安全、高效堵漏。避免人工潜水堵漏引发安全隐患问题，为解决水下拉森钢板桩围堰工程中的渗漏水问题提供参考。