河道整治工程中双层拉森钢板桩围堰的应用

陈雅童

(福建省水利水电工程局有限公司,福建 泉州 362000)

0 引 言

河道整治工程水下作业空间的构筑及围护形式的选择直接关系到工程施工质量及效果。与传统的沉井、地连墙、钢套箱等结构相比,双层拉森钢板桩强度高,防水性好,并能结合工程实际拼组成各种形式的围堰结构,并能周转使用,施工周期短,成本低。但是拉森钢板桩必须按照永久性建筑物标准施工,拼接应平顺严密,锁口较好咬合,支撑加固稳妥,板桩打设进度、垂直度、深度均有较高要求;支设好的板桩必须经监理工程师查验合格后再行基坑开挖,施工过程控制及质量要求较高。为此,文章依托具体的河道整治工程,对双层拉森钢板桩围堰施工技术要点展开分析探讨,以供借鉴参考。

1 工程概况

温岭市南排工程由湖漫隧洞排涝工程、骨干河道整治工程和张老桥隧洞撇洪工程等组成。其中,骨干河道整治由东月河、双桥河、大溪河、金清大港延伸段、南官河和联树桥河等组成,整治河道全长约37.76km,其中,东月河长8.31km,双桥河长8.06km,大溪河长10.06km,金清大港延伸段长2.1km,南官河长3.60km,联树桥河长5.63km。

该骨干河道整治工程2+441～2+701段为预制板覆盖段,右岸原挡墙因变形及破损严重亟需拆除重建。按照原计划,主要展开明挖,同时设置钻孔灌注桩等关键性的支护形式。然而,通过深入性地质勘查发现资料,该河道整治段面临十分复杂的地质条件,地下水活跃;拟打设钻孔灌注桩挡墙的区域富含人工填土层、冲洪积粉质黏土层、砂卵砾石层、残积土层等不良土质,边坡结构缺乏稳定性,施工过程中出现流砂及管涌等事件的可能性非常大。

2 施工方案

结合该河道整治工程实际,提出地连墙、双排拉森钢板桩、钢筋混凝土沉井等施工方案,并进行各方案工期、材料、施工质量及安全、经济成本及环保效益等的比较,详见表1。

经过综合比较,该河道整治工程最终选择对周边土体影响小,施工工期短,能有效防止流砂、流土发生,抗渗性能优异的双层拉森钢板桩加固方案,具体采用SP-IV型拉森钢板桩,围堰后期钢板桩拔除后可回收利用,且占用河道面积小,取土量和混凝土使用量均大大减少,施工效果及经济效益、环境效益显著[1]。

具体而言,在与设计好的基坑围护结构外部分别相距9m、11m、84m的区域打设单排相应型号的拉森钢板桩体,从而构建成相应设计宽度的堰堤体;同时借助袋装黏土回填的方式在钢板桩堰堤之间填筑起稳固的挡水结构,高度应超出施工水位+1.1m。此外,还应将袋装黏土编织袋加筑于钢板桩结构的背水面,高度应达到挡水结构相应高度,为利用排水等方面的考虑,还应当按照1∶1.5的坡比放坡,设置起坡脚等辅助性结构。

该河道整治拉森钢板桩围堰采用方形结构,平面尺寸内设置5道内支撑,封底设计厚度为2.2m。内支撑圈梁为H800和H588型钢梁,斜撑则采用φ630mm和φ800mm钢管。首道支撑平面结构见图1。

图1 首道支撑平面图(单位:mm)

3 施工材料及设备

3.1 施工材料

该河道整治工程施工开始前,应准备1200根高400mm、宽170mm、厚15.5mm的SP-IV型拉森钢板桩,单根长15m,该型号拉森钢板桩技术参数见表2。8650m3袋装黏性填土,用于围堰背水面回填;98091个编织袋,用于黏性填土装填;6530m3土工布污消格栅,阻止黏性土泻出;高300mm、翼缘宽150mm、腹板厚6.5mm、翼缘板厚12mm的型钢27.47t,用作导向架导桩材料;16a槽钢6.89t,用作导向架导梁和托架材料。

表2 SP-IV型拉森钢板桩技术参数

3.2 施工设备

该河道整治工程双层拉森钢板桩围堰施工需要配备1台0.8m3的小松PC220型液压挖掘机,1台0.45m3的PC220-LC-6型液压挖掘机,1台功率195kW的ECO100-3CA型静压植桩机;2台功率为12kW的Bx6-16型交流弧焊机,2台5.5kW的GQ40切割机,1台90t的DZ90型振动锤;1台QUY50型中联履带吊。1套浮箱和浮吊;20件10寸活动扳手;4套5t倒链葫芦;120kW的吹填设备6套,功率7.5kW及5.0kW的高压潜水泵各2套;功率为5.0kW的φ50～100mm泥浆泵6台;套丝机1套。

4 施工控制要点

4.1 施工准备

将钢板桩运输至施工现场后,应将锁口内杂质、焊渣等全部清除,并整修缺陷处。完成后进行垂直度、平整度、厚度等的检查,并在板状锁口处均匀涂抹混合油,混合油由干锯末和黄油以3∶5的比例配制而成,以增强板桩防渗性能。

结合施工方案中所确定出的钢板桩围堰尺寸,并密切依据待整治河道运行实际,借助新型激光仪展开测量放线,明确找出坐标准确的中点以及角点所在,进而在划定出的相应点位全部打设起定位桩,以此为参照展开板桩插打精度的控制。

4.2 安装导向架体

为加强板桩竖直度和沉桩轴线位置控制,提升贯入性能,保证板桩打设精度,避免插打期间出现板桩扭曲变形,应顺着围堰设置承载力、刚度均满足要求的导向架[2]。该导架包括导桩和导梁两部分,其中,导梁采用16a工字钢;导桩则采用9.0m长的H300×150×6×12型钢,并按5.0m间距布设。具体见图2。

(a)平面

4.3 钢板桩施打

按照插桩正直、分散即纠、调整合拢的原则从上游开始向下游合拢插打钢板桩,先施作迎水面,待结束后再施作侧水面。钢板桩插打采用屏风式工艺,即将10～20根桩体成排插进导向架,形成屏风状,此后将屏风墙两端桩体打设至设计深度,形成定位板桩;此后将中间桩体按1/3及1/2板桩高度以阶梯状打设[3]。桩位的确定通过定位桩和激光射线结合实现,按5.0m间距在定位桩中插设9.0m长的H型钢,调整导梁轴线及边距,满足设计要求后焊接导梁和水平槽钢托架。

为增强围堰上游首片钢板桩打设的精准性,应在其插打时使钢板桩桩背与导线架紧密贴合,打设过程中同步下放吊钩,同时通过经纬仪观测板桩垂直度。钢板桩的打设应按“15m→10m→5m→导梁高度→拆除导架后至设计标高”分步分次展开。为保证前两块钢板桩打设精度并起到样板作用,每打入1cm深度均应展开1次测量。

按照连接杆法处理钢板桩转角,具体而言,借助相应形式的连接件展开板桩朝向以及布设数量等的调整优化,为板桩墙较好封闭合拢提供保证[4]。在施打钢板桩的过程中,必须采取适宜手段展开板桩墙有效宽度的量测以及控制,在以上处理均完成的基础上进行合拢区域的合理确定。

4.4 围堰施工

4.4.1 抽水施工要点

按照以上流程封闭双层拉森钢板桩后必须通过抽水泵抽取结构内部泥水。为保证抽取效果,必须结合总水量及机械效率选取水泵。为确保钢板桩围堰结构的稳固性,必须逐次分阶段展开抽排水,当实际水位下降30～50cm后必须暂停抽水过程30～60s。抽水期间必须实时监测水位降低速率。待按照以上流程将围堰中积水全部抽出后,还应借助高压气泵吸泥机展开基底清理,结束后对基底实际平整度展开测量。

4.4.2 土方回填

通过袋装黏性土回填钢板桩堰堤,填筑高度达到施工水位以上1.1m后,在背水面垒砌袋装黏土编织袋至同样高度,并按1∶1.5设置坡脚。为避免袋装黏性土倾斜而出,还应将土工布污消格栅增设在钢板桩内部。

编织袋装土量应按照设计袋容量的75%控制,装料后使用绑扎丝或麻绳缝好袋口;将堰底河床的块石、杂草、树根等彻底清除,避免影响填筑及垒砌效果。黏性土袋投放时应顺坡滑溜,上下层错缝摆放、堆码整齐。待将编织袋码放至一定高度后,必须及时填筑黏性土,并分层夯实,增强堰堤稳固性和强度。

待围堰土方回填结束,应结合水流流速,使用防水布包封围堰外侧,相邻防水布间按设计宽度搭接,防止编织袋和筑堤土冲刷流失;防水布堰顶端和河床端均应通过土袋压实,避免冲刷。拉森钢板桩围堰施工结束后应安排专人定期测量、巡查堰体,如遇土袋破裂、失稳、冲刷流失等情况,必须及时处理。

4.4.3 围堰拆除

待该河道整治段回填土施工结束后,拔除钢板桩,清理干净并在钢板表面均匀涂覆防锈油后回收利用。拔桩时采用振动拔桩法,即借助机械振动,激发钢板桩结构共振,克服土体阻力及桩体与土体的黏附力后拔除[5]。拔除次序应与插打次序相反,拔桩时应先通过锤击振动60s,再借助机械拔高1～2m,待桩体松动后一次拔出。对于因锁扣变形、打卷的桩体,应增大机械拔除力。

为避免将周边钢板桩同时拔除,应逐根解除桩体支撑围檩。对于拔除后变形较大的桩,必须调直后清理备用。

5 结 论

综上所述,温岭市南排工程骨干河道整治工程2+441～2+701预制板覆盖段采用SP-IV型双排拉森钢板桩后施工效果良好,施工周期缩短,施工成本降低,施工环境改善,工效提升。工程应用结果还表明,拉森钢板桩高强质轻,耐久性好,止水性强,施工时占地少,可周转使用,在河道整治等基础工程中具有广阔的应用前景。该河道整治工程从板桩施打到拔除,全过程未发生任何渗水、漏水、流砂、管涌,施工质量和安全得到较好保证,也为类似工程提供了经验借鉴。