海上鋼板樁圍堰防滲漏質(zhì)量控制

謝 龍

（溫州市甌飛經(jīng)濟開發(fā)投資有限公司，浙江 溫州 325025）

鋼板樁圍堰是最常用的一種板樁圍堰。鋼板樁是帶有鎖口的一種型鋼，其截面有直板形、槽形、Z形等，有各種大小尺寸及鎖聯(lián)形式。常見的有拉爾森式，拉克萬納式等。鋼板樁圍堰具有施工速度快、經(jīng)濟效益好、可重復(fù)利用等諸多優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于修建橋梁、水閘等深水基礎(chǔ)的圍堰工程[1]。溫州市甌飛一期圍墾工程北1號、北2號水閘鋼板樁圍堰，是國內(nèi)有史以來最大的雙排冷彎鋼板樁圍堰，一旦防滲失控，可能造成重大質(zhì)量安全事故，后果不堪設(shè)想，有必要結(jié)合現(xiàn)場施工條件，針對質(zhì)量問題進行研究。

1 工程概述

甌飛一期圍墾工程位于溫州市甌江、飛云江河口間平直岸灘，東臨大海，西連瑞安丁山、龍灣永興、天城、海濱等沿海圍墾區(qū)，南順飛云江北岸至長拔山，北順甌江口南岸，經(jīng)批準的規(guī)劃用海面積為0.89萬hm2，堤線總長36.6 km，總工期9.5年，概算投資272.9億元，工程分兩階段實施，主體工程北區(qū)于2013年7月份開工。

該工程立足于防御超強風(fēng)暴潮的基本功能，圍堤與交通道路和港口相結(jié)合，是一項集防洪、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、生態(tài)、港口等為一體的多功能綜合性工程，是在建的國內(nèi)最大的圍墾工程。其中施工Ⅰ標段所含的北閘是本工程中最大的水閘，包括北1號、2號兩座水閘。由于兩個水閘距離較近，設(shè)計將兩個水閘布置于一個基坑內(nèi)，基坑外側(cè)布置環(huán)形鋼板樁圍堰。采用鋼板樁圍堰，在海上形成干地施工條件，為后期地基處理及水閘上部施工創(chuàng)造有利條件。既能滿足基坑維護的安全要求，又能盡量經(jīng)濟，并考慮拆除方便，就近利用于海堤加高、龍口合龍等。兩座水閘圍堰合二為一，形成圍區(qū)面積10萬m2的超大型施工圍堰，圍堰設(shè)計采用鋼板樁結(jié)合土石方壓護結(jié)構(gòu)形式，主體采用雙排鋼板樁結(jié)構(gòu)，與海堤結(jié)合部位采用土石圍堰結(jié)構(gòu)。水閘規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，將近2年時間才完成，圍堰形成后已安全度過4個臺汛期。

本工程圍堰軸線總長度為1 532.88 m，共需16 382.2 t U型鋼板樁（0.7 m×27 m，3.4 t/根，以及配套拉桿及槽鋼）。

2 質(zhì)量問題及原因分析

2.1 質(zhì)量危害

危害一：鋼板樁圍堰隔倉中的吹填砂有流失現(xiàn)象，影響鋼板樁圍堰的整體穩(wěn)定性，存在安全隱患。

危害二：圍堰的主要作用就是為后續(xù)的水閘施工提供干地作業(yè)環(huán)境，而本工程的設(shè)計高潮位為+4.52m，圍堰內(nèi)北1號閘閘底板底標高為-3.5 m，北2號閘閘底板底標高為-4.5 m，當圍堰外水位達到設(shè)計高水位時，圍堰內(nèi)外水位差為9.02 m，圍堰易發(fā)生滲漏，影響水閘上部結(jié)構(gòu)施工。

2.2 質(zhì)量原因

圍堰內(nèi)抽水清淤工作結(jié)束后實地調(diào)查及抽水測算，鋼板樁圍堰滲漏點較多，圍堰內(nèi)總的滲流量達到6 100 m3/d，具體調(diào)查結(jié)果見表1。

從調(diào)查表中可以看出，鋼板樁圍堰主要滲漏部位是土石圍堰段和鋼圍堰段拉桿孔及鎖扣，是影響鋼板樁穩(wěn)定的主要因素[2]。因此必須嚴格控制，保障后期穩(wěn)定。

2.3 原因分析

產(chǎn)生質(zhì)量問題的原因很多，如材料的擠壓變形、技術(shù)交底不到位、工人技術(shù)不過關(guān)、海上風(fēng)浪大等等。主要原因可以從環(huán)境因素與工藝因素兩個方面來看。

表1 海上鋼板樁圍堰滲漏量調(diào)查表 單位：m3/d

2.3.1 環(huán)境因素

根據(jù)水文氣象資料，工程所處位置年潮高，最大值為717 cm，年潮高平均值為603 cm，換算成潮位位標高，為年最高潮位為+5.59m，年平均高潮位為+4.62m。圍堰內(nèi)干地施工的水位標高需小于-4.5 m，高潮位時圍堰內(nèi)外水位平均差達到9.12 m，圍堰容易發(fā)生滲漏。

2.3.2 工藝因素

鋼墊片在拉桿非受力狀態(tài)下安裝。

北1號、北2號閘鋼板樁圍堰樁身長27 m（臨海側(cè)樁頂標高6.3m，內(nèi)側(cè)樁頂標高5.5m，樁尖標高-21.5m），兩排鋼板樁間距11 m，每33 m分成一段隔倉。在2.0 m高程處設(shè)置拉桿以連接兩排鋼板樁，拉桿采用直徑70 mm鋼拉桿，間距1.4 m，傾斜度小于2°。拉桿高程以上回填高度大于70 cm后方可臨時行走施工機械。雙排鋼板樁間采用雜填土充填至4.5 m高程；再在4.5 m高程處鋪設(shè)土工格柵，50 cm石渣墊層保護至5.0 m堰頂。為滿足圍堰穩(wěn)定及防沖要求，鋼板樁兩側(cè)設(shè)置拋石鎮(zhèn)壓層壓護，拋石面上用C 20混凝土灌砌塊石護面。

鋼板樁拉桿安裝符合設(shè)計及規(guī)范要求，但是由于鋼墊片與拉桿緊密相接，且鋼墊片是在拉桿未受力時安裝，當拉桿受力伸直時，拉桿會對鋼墊片產(chǎn)生拉力，容易導(dǎo)致鋼墊片松動。

倉內(nèi)拋石時砸到鋼墊片。

按照倉內(nèi)土方與外側(cè)石方同級加載的原則，應(yīng)同時進行外側(cè)拋石。土方填筑分水上施工和陸上施工兩種方式，石方則全部采用水上拋填、陸上挖機理坡的施工方法。原則上，+2.7 m（鋼拉桿標高以上70 cm）以下采用水上施工，+2.7 m至堰頂采用陸上施工。

倉內(nèi)土方回填+2.7 m以下采用1臺抓斗船?？吭趪鷧^(qū)外側(cè)進行填筑作業(yè)，+2.7 m至頂部采用陸上施工。依據(jù)同級加載的原則，倉內(nèi)石方回填至+2.7 m時，鋼板樁兩側(cè)拋石已經(jīng)基本達到設(shè)計高程（-1.2 m），考慮50 cm的后期沉降，拋石標高約-0.7 m，此時相對潮高基準面（黃大岙），標高達到+3 m，再考慮抓斗船的吃水深度，需要+5 m以上的水位才能保證船舶的進點和移動。因此，此時再使用抓斗船進行作業(yè)顯然已經(jīng)不合時宜了，因此+2.7 m以上采用陸上回填的施工方法。即以左、右岸為起始工作面逐倉立堵填筑堰內(nèi)土方至+4.5 m（土方頂部高程為+4.5 m）。

路上拋石工藝相當成熟，但是由于拉桿標高為+2.0 m，此時拋石工藝為水上施工，抓斗船松放石料時難免有塊石會砸到鋼墊片，致使其松動。

土石圍堰段倉內(nèi)填料為拋石。

現(xiàn)場拋石全部采用的是開山天然級配石料，但是由于石料本身的滲透系數(shù)太大，且鋼板樁兩側(cè)均未采取閉氣防滲措施，導(dǎo)致土石圍堰段嚴重滲漏。

3 解決措施

總體解決原則：鋼圍堰段拉桿孔及鎖扣處采用堵漏王進行封堵；土石圍堰段采用混凝土澆筑與黏土回填相結(jié)合的方法進行封堵，±0.0～+3.5 m標高整體澆筑混凝土，-3.0～+0.5 m標高黏土回填。

3.1 確定鋼板樁圍堰段堵漏方案并采取堵漏措施

本工程鋼板樁圍堰段軸線較長（總長度為1 415.28 m，樁號為0+020.65～0+802.99和0+861.79～0+1 494.73），經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)拉桿孔及鎖扣處滲漏點多，其中拉桿孔處滲漏點的滲漏量較大，鎖扣處滲漏點的滲漏量較小。確定最終的堵漏方案為：在低潮位時用堵漏王（速凝混凝土）對外排鋼板樁滲漏部位進行封堵。具體方法如下：

滲漏部位除銹：在低潮位時（潮水退至±0.0 m以下）讓操作人員依次從大樁號向小樁號方向?qū)ふ覞B漏點，用除銹工具進行滲漏點周圍的銹渣清除工作，并用水沖洗干凈，為后續(xù)的堵漏工作提供作業(yè)面。

對滲漏部位進行封堵：待銹渣全部清除后，按照堵漏王說明書上的摻水比例進行加水調(diào)和，穿戴防腐蝕橡膠手套，手工堵漏。由于鋼拉桿處滲漏較嚴重，鎖扣處滲漏較輕，因此堵漏方法略有不同。

鋼拉桿處堵漏：手工將堵漏王環(huán)繞拉桿填塞進縫隙內(nèi)，并在縫隙周圍的鋼板樁及鋼拉桿上堆填大量的堵漏王。

鎖扣處堵漏：手工將堵漏王填塞進縫隙內(nèi)，然后將堵漏王均勻涂抹在縫隙周圍，寬度約為4 cm左右。

效果驗證：經(jīng)過對鋼板樁圍堰段拉桿孔及鎖扣處滲漏點進行堵漏，鋼板樁圍堰段基本無滲漏現(xiàn)象，防滲效果顯著。

3.2 確定土石圍堰段堵漏方案

本工程土石圍堰段軸線較短，總長度為117.6 m，樁號為0+000～0+020.65、0+1 494.73～0+1 532.88（0+000）和0+802.99～0+861.79。對土石圍堰段滲漏現(xiàn)象進行現(xiàn)場調(diào)查，分析土石圍堰段滲漏情況與鋼板樁圍堰段滲漏情況，發(fā)現(xiàn)鋼拉桿處的滲流量與鋼板樁圍堰段相仿，但鎖扣處的滲流量比鋼板樁圍堰段要大許多，現(xiàn)場按照鋼板樁圍堰段的堵漏措施，對外排鋼板樁拉桿處以及鎖扣處進行堵漏，發(fā)現(xiàn)鋼拉桿處的堵漏效果明顯，但是鎖扣處的堵漏效果較差。鋼拉桿的堵漏方法與鋼板樁圍堰段相同，區(qū)別是內(nèi)外排鋼板樁均實施了封堵，鎖扣處只在圍堰內(nèi)側(cè)采用堵漏王封堵，再用混凝土整體澆筑，然后黏土回填相結(jié)合的方法。

鎖扣處堵漏步驟如下：

第一，滲漏部位除銹。首先將土石圍堰段內(nèi)側(cè)的拋石開挖至±0.0 m，低潮位時讓操作人員逐一用除銹工具進行鎖扣周圍的銹渣清除工作，并用水沖洗干凈，為后續(xù)的堵漏作業(yè)提供工作面。

第二，堵漏王封堵。手工將堵漏王填塞進縫隙內(nèi)，然后將堵漏王均勻涂抹在縫隙周圍，寬度約為4 cm。

第三，C 20混凝土整體澆筑。經(jīng)過現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)鎖扣滲漏頂標高在+3.2 m左右，滲漏最嚴重段為+0.5～2.3 m，因此決定對±0.0～+3.5 m標高整體澆筑混凝土。首先在鋼板樁上加焊受力鋼筋，其次放置寬度為90 cm的木模板，然后緊貼木模板對稱放置兩根背枋，并通過模板上的預(yù)留小孔用扎絲將背枋與受力鋼筋進行綁扎，達到固定模板的作用，最后進行混凝土澆筑。

第四，-3.0～+0.5 m標高黏土回填。在土石圍堰段內(nèi)側(cè)±0.0～+3.5 m全部澆筑過后，±0.0 m以上鎖扣已無滲漏現(xiàn)象，但±0.0 m以下還有輕微滲漏現(xiàn)象，用長臂挖機開挖至-3.0 m才無滲漏。采用黏土回填作為鞏固措施，首先鋪設(shè)30 kN/m無紡?fù)凉げ?，然后回填黏土?0.5 m。

效果驗證：堵漏效果顯著，土石圍堰段基本無滲漏現(xiàn)象。

3.3 堵漏效果

對堵漏后的滲漏量進行現(xiàn)場調(diào)查，詳見表2。

表2 圍堰滲漏量調(diào)查表 單位：m3/d

從檢查結(jié)果可知，鋼板樁圍堰倉內(nèi)吹砂已無流失現(xiàn)象。圍堰內(nèi)的滲流量為380 m3/d，遠遠低于最初值6 100 m3/d，圍堰的滲漏情況得以控制，效果良好，保證了鋼板樁圍堰的穩(wěn)定與安全。

4 結(jié)語

“九層之臺，起于壘土”，鋼板樁圍堰是整個水閘工程的基礎(chǔ)性工作，非常重要。鋼板樁圍堰防滲的成功處理確保了施工安全，加快了工程進度，保證了施工質(zhì)量，節(jié)省了成本，取得了較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

溫州市甌飛一期圍墾工程北1號、北2號閘爭創(chuàng)“魯班獎”，通過實行一系列的解決改進措施，現(xiàn)場鋼板樁圍堰施工質(zhì)量有了巨大的提高，且滿足了本工程的進度要求。鋼板樁圍堰建成至今運行已4年，未發(fā)生任何質(zhì)量安全問題，整體運行良好。說明鋼板樁圍堰防滲質(zhì)量控制是成功的，可進一步推廣到其他同類工程中。