水闸工程中钢板桩围堰施工技术的应用研究

◎陈刚 陶凯 冷怀磊 万强 丁昕

1.句容市水利局；2.句容市堤坝白蚁防治中心；3.句容市白兔镇农业农村局

在党和政府的正确领导下，我国的水利工程建设取得了前所未有的积极成果，各地区纷纷建设了具有防洪、排涝、灌溉和发电功能的水利工程，解决了传统模式下水资源得不到妥善管理和利用的问题。水闸工程是水利工程的重要组成部分，做好钢板桩围堰施工、提升水闸施工质量及效率，是未来工作的重中之重。

1.钢板桩围堰施工技术概述

钢板桩围堰施工技术是水闸施工中常见的施工手段之一，因其特殊的材质和施工方法，具有比常规围堰施工模式更突出的安全性和稳定性[1]。其中使用的钢板桩可以通过自带的锁口进行连接，常见的钢板桩可按照截面形状分成直板形、槽形及Z形等，根据施工需求的不同、可有各种大小尺寸及联锁形式，比如拉尔森式，拉克万纳式等。它们都在实际应用中发挥着积极作用。

在实际施工中，钢板桩围堰施工技术存在以下几方面问题：第一，打桩阻力过大不易贯入。①钢板桩围堰结构有一定的特殊性，在坚实的砂层中进行施工时，桩体需要克服巨大的阻力，很难通过普通的打桩设备使之达到预计深度。②钢板桩之间需要通过锁口进行连接，但是在施工使用中，锁扣部位很容易发生锈蚀、变形等情况，导致钢板桩无法按照预计情况顺利沿锁口而下，后续的连接效果可想而知。在进行施工的时候，工作人员可充分分析钢板桩无法连接的原因，并通过对地质条件的研判，明确桩体施工难点，在此基础上利用高压冲水或振动法进行施工，同时对钢板桩进行逐一检查，对存在锈蚀变形问题的钢板桩进行调整更换，在有必要的情况下可在锁口内涂以油脂减少阻力。第二，钢板桩向打桩方向倾斜。钢板桩围堰施工技术的应用环境往往比较恶劣，这给钢板桩的正常打桩施工带来了一定的负面影响，比如在软土条件下进行施工时，钢板桩连接锁口位置的阻力非常大、远超板桩周围的土体阻力，二者之间形成的不均衡力会影响钢板桩的前进方向，工作人员必须要在发生偏移的第一时间进行调整，利用卷扬机、钢索等将板桩反向拉住后再锤击，确保钢板桩朝着设计方向运动，在有必要的情况下也可以利用锲形板桩进行纠偏。第三，将相邻板桩带入，也是不容忽视的钢板桩围堰施工技术问题，在水闸工程中十分常见。在软土条件下进行施工时，桩体可能会在遇到不明障碍物、孤石的情况下无法顺利进入预定位置，进而将相邻板桩带入。在遇到此类问题的情况下，工作人员可采取多次打桩的方法，在一部分钢板桩进入土体以后，利用屏风法把余下部分打入土中。为确保钢板桩的稳定性，可将相邻板桩焊牢在围擦上，并利用型钢对钢板桩进行连接，同时采取措施保证连接锁口的清洁度，为后续施工打下坚实的基础。

钢板桩围堰施工技术本身具有十分可观的应用价值，但同时也具有桩体结构特殊、施工流程复杂的特点，在进行应用时应考虑其适配情况，严格遵守以下施工要求。①钢板桩围堰施工技术不能在存在大漂石及坚硬岩石的河床中进行使用。②在进行施工的过程中，必须要确保钢板桩的机械性能和尺寸与设计方案保持一致。③为确保钢板桩围堰施工技术应用效果，工作人员应提前在水体上下游设置观测点，为后续确定围堰长度、短边方向等打下坚实的基础，避免因观测点不合理、不全面导致的施工误差。同时还需要利用防水材料对钢板桩的锁口位置进行处理，保证钢板桩围堰结构的密闭性和防水性。④钢板桩围堰施工中，工作人员可利用捶击、振动、射水等方法使钢板桩到达预计位置，但考虑到黏土等特殊地质条件的特点，射水下沉的技术手段并不适用，工作人员可根据实际情况确定钢板桩下沉方案。⑤为确保钢板桩围堰施工技术的应用效果，工作人员应在施工过程中，随时观察和测量钢板桩施工的位置、入土的方向是否符合施工要求，发现不足之处时第一时间进行纠偏[2]。

2.水闸工程中钢板桩围堰施工技术的应用要点

2.1 应用案例

A 水闸工程位于我国东南某省份，为确保水闸工程能够在建成后发挥应有的作用，建设单位计划在非汛期进行主体结构施工，经多方比对分析，确定了双排钢板桩围堰、粘土均质围堰相结合的施工方案。其中钢板桩围堰结构主要可以分成两部分，即与水流方向垂直的横向钢板桩围堰以及顺水流向的纵向钢板桩围堰。根据实际施工需求，该钢板桩围堰施工设计参数为：横向围堰全长83m，宽6.5m，钢板桩长15.0m，入土平均深度8.0m，施工期平均挡水深6.0m，最高7.5m；纵向围堰全长309 m，宽6m，钢板桩长13.5m，入土平均深度7m，施工期平均挡水深5.5m，最高7.5m。不难看出，受多方面因素影响，该工程整体施工难度比较大，但在技术人员的不懈努力下，该水闸工程钢板桩围堰结构施工取得了圆满成功。以其为案例对水闸工程中钢板桩围堰施工技术的应用要点进行研究，具有一定的现实意义。

2.2 施工前准备

水闸工程本身具有一定的复杂性，想要确保钢板桩围堰施工技术的应用效果，施工单位必须要从施工前的准备工作入手，检查有关机械设备是否符合施工需求，对各个设备的运行情况进行检查，及时更换其中磨损的零部件，同时确定钢板桩围堰结构施工机械设备维护管理方案，确定施工过程中各种机械设备维护保养的方法、周期和负责人员，避免因机械设备质量问题导致的施工风险。同时，要做好钢板桩围堰结构施工材料的检查工作，对待进场的钢板桩材料及其他配件进行抽样检查，确定钢板桩结构强度是否符合设计标准、连接锁口位置是否存在变形锈蚀问题等，确认无误后方可允许施工材料进场，对不符合施工需求的原材料可统一存放并与供货商沟通，确定后续的更换退款事宜。

2.3 建设作业平台

在施工前期准备确认无误的基础上，工作人员可根据水闸工程施工区段的实际情况确定打桩机起始施工位置，在确定钢板桩出水高度的前提下将钢板桩打入水中，而后将提前准备好的钢板铺设到稳定的钢板桩上，为打桩机提供后续作业平台。打桩机在这一作业平台上行驶并继续推进，周而复始即可逐渐形成钢板桩区段，在此基础上完成另一侧的钢板桩施工即可。特别需要提到的是，在打桩机完成桩体锤击并向前开进的情况下，工作人员应在检查桩基稳定性的基础上拆除后方的作业平台，并将拆卸下来的材料运输到打桩机前方继续使用[3]。

2.4 钢板桩加固

在钢板桩施工不断推进的过程中，工作人员应对已经进入预定土体的钢板桩进行加固，避免因土体松动、钢板桩打入深度不足等导致的质量风险。一般来说，可利用型钢材料对钢板桩进行固定，比如在案例工程中，工作人员就在双排钢板桩外侧高程34.59 m处，各固定一排30#U型槽钢，起到了提升钢板桩单侧整体刚性的作用。除此之外，工作人员还可以根据河底钢板桩高程调整加固方案，通过增加双排钢板桩围堰的宽度、增设双排钢板桩之间的对拉圆钢等方法，确保钢板桩施工的质量及稳定性。

2.5 防渗土工膜铺设

在水闸工程中应用钢板桩围堰施工技术，显然需要面临更大的挑战，工作人员除了要考虑钢板桩结构本身的稳定性之外，还需要考虑钢板桩围堰结构在水力作用下的稳定性和应用寿命。比如，提升钢板桩围堰结构的防渗性能，就是提升其稳定性的必然选择，工作人员可在钢板桩围堰结构内侧布设一层防渗土工膜，避免水分渗入结构当中进而引发一系列质量问题，铺设好的防渗土工膜还需要与钢板桩结构进行妥善连接避免其松动，使之在后续施工中发挥应有的作用。

2.6 桩间填土

钢板桩围堰施工技术具有比较可观的应用价值，特别是在水闸工程当中更是如此，但是与此同时也必须要看到，这种施工技术比常规的技术手段更加复杂，对细节处理的要求更高，比如在进行桩间填土的过程中，工作人员就需要根据实际情况，反复调整填土方案。在实际施工中，需要提前对填筑用的土方进行检查，避免其中存在的石块、杂物影响到土方压实效果，另外可将准备好的土方利用挖掘机、自卸汽车等设备运输到施工位置，进行后续的填筑施工。常见的填筑施工方法为分层填筑法，在填筑施工结束、碾压施工顺利完成的情况下，等待填筑土方自行沉降，而后方可进行第二次填土施工，如此反复直至填筑高度符合设计方案为止[4]。

2.7 钢板桩围堰结构安全保障

在水闸工程中应用钢板桩围堰施工技术，是提升水闸工程施工质量的不二之选，也是确保水闸工程安全稳定性的必要选择，在实际工作中，工作人员应将钢板桩围堰结构的安全保障放在重要位置。在钢板桩围堰施工结束以后，在围堰结构的临水侧设置浮筒、防撞护栏等安全防护设施，还需要设置通航标志灯，安排专门的工作人员负责对过往船只进行指引，避免通行船只给钢板桩围堰结构造成损伤。同时，还需要根据钢板桩围堰施工的设计方案及有关参数，利用测定设备确定其沉降变形情况，及时发现钢板桩围堰结构坍塌、松动等安全风险。除此之外，还需要在钢板桩围堰结构投入应用以后，安排工作人员监测钢板桩围堰的安全情况，发现质量问题及安全风险时，第一时间将有关情况上报，确保钢板桩围堰结构处在可控制的安全状态，避免不必要的安全风险[5]。

2.8 提升合拢施工质量

水闸工程具有极为突出的应用价值，保证水闸工程施工建设质量，是工作人员必须要为之努力的目标，而提升钢板桩围堰施工技术应用效果，可谓是势在必行。作为钢板桩围堰施工的重中之重，合拢施工的质量直接决定着整个围堰结构的密封性，因此在实际施工中，工作人员必须要采取措施提升合拢施工质量，对拼装施工的细节问题进行妥善处理，比如对钢板材料的宽度进行检查和比对，就是避免合拢质量问题的有效手段。除此之外，还需要考虑以下几方面问题：①在钢板桩拼装施工过程中，工作人员可利用建筑信息模型技术对其进行施工模拟，结合三维立体模型判断合拢施工的最终结果，及时发现合拢口长度、钢板桩宽度等重要数据存在的误差，并及时调整相关参数、避免不必要的质量问题。②钢板桩围堰施工质量可能受到多种因素的共同影响，特别是在合拢施工时更是如此，比如在钢板桩打入深度不同的情况下，就可能出现桩体本身与接口不平行的问题，进而影响到水闸工程的整体稳定性，此时工作人员可通过外力进行调整，使钢板桩与合拢口紧密贴合。③在实际施工中，钢板桩围堰合拢处高低不平的问题并不少见，此时可根据实际施工情况，准确测定上下错开的距离，并重新设计钢板桩施工参数，以便于确保合拢位置密封性，降低水闸工程钢板桩围堰结构渗漏风险[6]。

2.9 其他施工技术要点

除了上文已经提到过的几方面技术措施之外，为确保水闸工程中钢板桩围堰施工技术的应用效果，工作人员还需要考虑以下几方面施工技术要点。①在钢板桩施打过程中，工作人员可提前测定钢板桩垂直度，确定垂直度符合施工需求的情况下，应尽可能一次性完成施打操作并使之达到预定深度，这能够在一定程度上规避反复操作导致的钢板桩松动问题，对提升钢板桩围堰结构施工质量有一定的积极作用。②正式进行桩体施工之前，可提前将准备好的桩帽安装在桩顶，从而解决打桩设备对桩体造成破坏的问题，确保钢板桩两端的稳定性，使之在后续施工、使用中发挥稳定性能。③连通管是水闸工程钢板桩围堰结构施工中常用的材料，一般可将其安装到围堰内的低水位处，从而避免围堰结构内外水位差导致的抽水困难问题。在抽水的过程中，工作人员应及时发现漏水问题并发现漏水位置，在漏水问题不严重且漏水口比较小的情况下，可利用木屑、细煤渣等实施封堵。④为保证钢板桩围堰结构的密闭效果，工作人员需采取措施对钢板桩间的拼缝进行妥善处理，使用橡胶密封片等对其进行封堵，避免渗水漏水问题，同时还需要对焊接施工进行强化，要求焊接技术人员严格遵守有关技术规程进行操作，避免因焊接不合理导致的一系列质量问题。

3.结语

经过技术人员的不懈努力，案例工程在规定施工周期内顺利完成了施工任务，根据案例工程的实际经验来看，想要确保水闸工程中钢板桩围堰施工技术的应用效果，必须要从施工前准备、建设作业平台、钢板桩加固、防渗土工膜铺设、桩间填等方面分别入手，采取措施避免可能存在的细节质量风险。除此之外，工作人员还需要结合水闸工程钢板桩围堰结构施工需求，进一步探索行之有效的施工技术要点。