水閘工程中鋼板樁圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用研究

◎陳剛 陶凱 冷懷磊 萬強(qiáng) 丁昕

1.句容市水利局；2.句容市堤壩白蟻防治中心；3.句容市白兔鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局

在黨和政府的正確領(lǐng)導(dǎo)下，我國的水利工程建設(shè)取得了前所未有的積極成果，各地區(qū)紛紛建設(shè)了具有防洪、排澇、灌溉和發(fā)電功能的水利工程，解決了傳統(tǒng)模式下水資源得不到妥善管理和利用的問題。水閘工程是水利工程的重要組成部分，做好鋼板樁圍堰施工、提升水閘施工質(zhì)量及效率，是未來工作的重中之重。

1.鋼板樁圍堰施工技術(shù)概述

鋼板樁圍堰施工技術(shù)是水閘施工中常見的施工手段之一，因其特殊的材質(zhì)和施工方法，具有比常規(guī)圍堰施工模式更突出的安全性和穩(wěn)定性[1]。其中使用的鋼板樁可以通過自帶的鎖口進(jìn)行連接，常見的鋼板樁可按照截面形狀分成直板形、槽形及Z形等，根據(jù)施工需求的不同、可有各種大小尺寸及聯(lián)鎖形式，比如拉爾森式，拉克萬納式等。它們都在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮著積極作用。

在實(shí)際施工中，鋼板樁圍堰施工技術(shù)存在以下幾方面問題：第一，打樁阻力過大不易貫入。①鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)有一定的特殊性，在堅(jiān)實(shí)的砂層中進(jìn)行施工時(shí)，樁體需要克服巨大的阻力，很難通過普通的打樁設(shè)備使之達(dá)到預(yù)計(jì)深度。②鋼板樁之間需要通過鎖口進(jìn)行連接，但是在施工使用中，鎖扣部位很容易發(fā)生銹蝕、變形等情況，導(dǎo)致鋼板樁無法按照預(yù)計(jì)情況順利沿鎖口而下，后續(xù)的連接效果可想而知。在進(jìn)行施工的時(shí)候，工作人員可充分分析鋼板樁無法連接的原因，并通過對地質(zhì)條件的研判，明確樁體施工難點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上利用高壓沖水或振動法進(jìn)行施工，同時(shí)對鋼板樁進(jìn)行逐一檢查，對存在銹蝕變形問題的鋼板樁進(jìn)行調(diào)整更換，在有必要的情況下可在鎖口內(nèi)涂以油脂減少阻力。第二，鋼板樁向打樁方向傾斜。鋼板樁圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境往往比較惡劣，這給鋼板樁的正常打樁施工帶來了一定的負(fù)面影響，比如在軟土條件下進(jìn)行施工時(shí)，鋼板樁連接鎖口位置的阻力非常大、遠(yuǎn)超板樁周圍的土體阻力，二者之間形成的不均衡力會影響鋼板樁的前進(jìn)方向，工作人員必須要在發(fā)生偏移的第一時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，利用卷揚(yáng)機(jī)、鋼索等將板樁反向拉住后再錘擊，確保鋼板樁朝著設(shè)計(jì)方向運(yùn)動，在有必要的情況下也可以利用鍥形板樁進(jìn)行糾偏。第三，將相鄰板樁帶入，也是不容忽視的鋼板樁圍堰施工技術(shù)問題，在水閘工程中十分常見。在軟土條件下進(jìn)行施工時(shí)，樁體可能會在遇到不明障礙物、孤石的情況下無法順利進(jìn)入預(yù)定位置，進(jìn)而將相鄰板樁帶入。在遇到此類問題的情況下，工作人員可采取多次打樁的方法，在一部分鋼板樁進(jìn)入土體以后，利用屏風(fēng)法把余下部分打入土中。為確保鋼板樁的穩(wěn)定性，可將相鄰板樁焊牢在圍擦上，并利用型鋼對鋼板樁進(jìn)行連接，同時(shí)采取措施保證連接鎖口的清潔度，為后續(xù)施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

鋼板樁圍堰施工技術(shù)本身具有十分可觀的應(yīng)用價(jià)值，但同時(shí)也具有樁體結(jié)構(gòu)特殊、施工流程復(fù)雜的特點(diǎn)，在進(jìn)行應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮其適配情況，嚴(yán)格遵守以下施工要求。①鋼板樁圍堰施工技術(shù)不能在存在大漂石及堅(jiān)硬巖石的河床中進(jìn)行使用。②在進(jìn)行施工的過程中，必須要確保鋼板樁的機(jī)械性能和尺寸與設(shè)計(jì)方案保持一致。③為確保鋼板樁圍堰施工技術(shù)應(yīng)用效果，工作人員應(yīng)提前在水體上下游設(shè)置觀測點(diǎn)，為后續(xù)確定圍堰長度、短邊方向等打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，避免因觀測點(diǎn)不合理、不全面導(dǎo)致的施工誤差。同時(shí)還需要利用防水材料對鋼板樁的鎖口位置進(jìn)行處理，保證鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)的密閉性和防水性。④鋼板樁圍堰施工中，工作人員可利用捶擊、振動、射水等方法使鋼板樁到達(dá)預(yù)計(jì)位置，但考慮到黏土等特殊地質(zhì)條件的特點(diǎn)，射水下沉的技術(shù)手段并不適用，工作人員可根據(jù)實(shí)際情況確定鋼板樁下沉方案。⑤為確保鋼板樁圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用效果，工作人員應(yīng)在施工過程中，隨時(shí)觀察和測量鋼板樁施工的位置、入土的方向是否符合施工要求，發(fā)現(xiàn)不足之處時(shí)第一時(shí)間進(jìn)行糾偏[2]。

2.水閘工程中鋼板樁圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 應(yīng)用案例

A 水閘工程位于我國東南某省份，為確保水閘工程能夠在建成后發(fā)揮應(yīng)有的作用，建設(shè)單位計(jì)劃在非汛期進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工，經(jīng)多方比對分析，確定了雙排鋼板樁圍堰、粘土均質(zhì)圍堰相結(jié)合的施工方案。其中鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)主要可以分成兩部分，即與水流方向垂直的橫向鋼板樁圍堰以及順?biāo)飨虻目v向鋼板樁圍堰。根據(jù)實(shí)際施工需求，該鋼板樁圍堰施工設(shè)計(jì)參數(shù)為：橫向圍堰全長83m，寬6.5m，鋼板樁長15.0m，入土平均深度8.0m，施工期平均擋水深6.0m，最高7.5m；縱向圍堰全長309 m，寬6m，鋼板樁長13.5m，入土平均深度7m，施工期平均擋水深5.5m，最高7.5m。不難看出，受多方面因素影響，該工程整體施工難度比較大，但在技術(shù)人員的不懈努力下，該水閘工程鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)施工取得了圓滿成功。以其為案例對水閘工程中鋼板樁圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行研究，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

2.2 施工前準(zhǔn)備

水閘工程本身具有一定的復(fù)雜性，想要確保鋼板樁圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用效果，施工單位必須要從施工前的準(zhǔn)備工作入手，檢查有關(guān)機(jī)械設(shè)備是否符合施工需求，對各個設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，及時(shí)更換其中磨損的零部件，同時(shí)確定鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)施工機(jī)械設(shè)備維護(hù)管理方案，確定施工過程中各種機(jī)械設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的方法、周期和負(fù)責(zé)人員，避免因機(jī)械設(shè)備質(zhì)量問題導(dǎo)致的施工風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，要做好鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)施工材料的檢查工作，對待進(jìn)場的鋼板樁材料及其他配件進(jìn)行抽樣檢查，確定鋼板樁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、連接鎖口位置是否存在變形銹蝕問題等，確認(rèn)無誤后方可允許施工材料進(jìn)場，對不符合施工需求的原材料可統(tǒng)一存放并與供貨商溝通，確定后續(xù)的更換退款事宜。

2.3 建設(shè)作業(yè)平臺

在施工前期準(zhǔn)備確認(rèn)無誤的基礎(chǔ)上，工作人員可根據(jù)水閘工程施工區(qū)段的實(shí)際情況確定打樁機(jī)起始施工位置，在確定鋼板樁出水高度的前提下將鋼板樁打入水中，而后將提前準(zhǔn)備好的鋼板鋪設(shè)到穩(wěn)定的鋼板樁上，為打樁機(jī)提供后續(xù)作業(yè)平臺。打樁機(jī)在這一作業(yè)平臺上行駛并繼續(xù)推進(jìn)，周而復(fù)始即可逐漸形成鋼板樁區(qū)段，在此基礎(chǔ)上完成另一側(cè)的鋼板樁施工即可。特別需要提到的是，在打樁機(jī)完成樁體錘擊并向前開進(jìn)的情況下，工作人員應(yīng)在檢查樁基穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上拆除后方的作業(yè)平臺，并將拆卸下來的材料運(yùn)輸?shù)酱驑稒C(jī)前方繼續(xù)使用[3]。

2.4 鋼板樁加固

在鋼板樁施工不斷推進(jìn)的過程中，工作人員應(yīng)對已經(jīng)進(jìn)入預(yù)定土體的鋼板樁進(jìn)行加固，避免因土體松動、鋼板樁打入深度不足等導(dǎo)致的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。一般來說，可利用型鋼材料對鋼板樁進(jìn)行固定，比如在案例工程中，工作人員就在雙排鋼板樁外側(cè)高程34.59 m處，各固定一排30#U型槽鋼，起到了提升鋼板樁單側(cè)整體剛性的作用。除此之外，工作人員還可以根據(jù)河底鋼板樁高程調(diào)整加固方案，通過增加雙排鋼板樁圍堰的寬度、增設(shè)雙排鋼板樁之間的對拉圓鋼等方法，確保鋼板樁施工的質(zhì)量及穩(wěn)定性。

2.5 防滲土工膜鋪設(shè)

在水閘工程中應(yīng)用鋼板樁圍堰施工技術(shù)，顯然需要面臨更大的挑戰(zhàn)，工作人員除了要考慮鋼板樁結(jié)構(gòu)本身的穩(wěn)定性之外，還需要考慮鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)在水力作用下的穩(wěn)定性和應(yīng)用壽命。比如，提升鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)的防滲性能，就是提升其穩(wěn)定性的必然選擇，工作人員可在鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)布設(shè)一層防滲土工膜，避免水分滲入結(jié)構(gòu)當(dāng)中進(jìn)而引發(fā)一系列質(zhì)量問題，鋪設(shè)好的防滲土工膜還需要與鋼板樁結(jié)構(gòu)進(jìn)行妥善連接避免其松動，使之在后續(xù)施工中發(fā)揮應(yīng)有的作用。

2.6 樁間填土

鋼板樁圍堰施工技術(shù)具有比較可觀的應(yīng)用價(jià)值，特別是在水閘工程當(dāng)中更是如此，但是與此同時(shí)也必須要看到，這種施工技術(shù)比常規(guī)的技術(shù)手段更加復(fù)雜，對細(xì)節(jié)處理的要求更高，比如在進(jìn)行樁間填土的過程中，工作人員就需要根據(jù)實(shí)際情況，反復(fù)調(diào)整填土方案。在實(shí)際施工中，需要提前對填筑用的土方進(jìn)行檢查，避免其中存在的石塊、雜物影響到土方壓實(shí)效果，另外可將準(zhǔn)備好的土方利用挖掘機(jī)、自卸汽車等設(shè)備運(yùn)輸?shù)绞┕の恢茫M(jìn)行后續(xù)的填筑施工。常見的填筑施工方法為分層填筑法，在填筑施工結(jié)束、碾壓施工順利完成的情況下，等待填筑土方自行沉降，而后方可進(jìn)行第二次填土施工，如此反復(fù)直至填筑高度符合設(shè)計(jì)方案為止[4]。

2.7 鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)安全保障

在水閘工程中應(yīng)用鋼板樁圍堰施工技術(shù)，是提升水閘工程施工質(zhì)量的不二之選，也是確保水閘工程安全穩(wěn)定性的必要選擇，在實(shí)際工作中，工作人員應(yīng)將鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)的安全保障放在重要位置。在鋼板樁圍堰施工結(jié)束以后，在圍堰結(jié)構(gòu)的臨水側(cè)設(shè)置浮筒、防撞護(hù)欄等安全防護(hù)設(shè)施，還需要設(shè)置通航標(biāo)志燈，安排專門的工作人員負(fù)責(zé)對過往船只進(jìn)行指引，避免通行船只給鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)造成損傷。同時(shí)，還需要根據(jù)鋼板樁圍堰施工的設(shè)計(jì)方案及有關(guān)參數(shù)，利用測定設(shè)備確定其沉降變形情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)坍塌、松動等安全風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，還需要在鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)投入應(yīng)用以后，安排工作人員監(jiān)測鋼板樁圍堰的安全情況，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題及安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，第一時(shí)間將有關(guān)情況上報(bào)，確保鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)處在可控制的安全狀態(tài)，避免不必要的安全風(fēng)險(xiǎn)[5]。

2.8 提升合攏施工質(zhì)量

水閘工程具有極為突出的應(yīng)用價(jià)值，保證水閘工程施工建設(shè)質(zhì)量，是工作人員必須要為之努力的目標(biāo)，而提升鋼板樁圍堰施工技術(shù)應(yīng)用效果，可謂是勢在必行。作為鋼板樁圍堰施工的重中之重，合攏施工的質(zhì)量直接決定著整個圍堰結(jié)構(gòu)的密封性，因此在實(shí)際施工中，工作人員必須要采取措施提升合攏施工質(zhì)量，對拼裝施工的細(xì)節(jié)問題進(jìn)行妥善處理，比如對鋼板材料的寬度進(jìn)行檢查和比對，就是避免合攏質(zhì)量問題的有效手段。除此之外，還需要考慮以下幾方面問題：①在鋼板樁拼裝施工過程中，工作人員可利用建筑信息模型技術(shù)對其進(jìn)行施工模擬，結(jié)合三維立體模型判斷合攏施工的最終結(jié)果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)合攏口長度、鋼板樁寬度等重要數(shù)據(jù)存在的誤差，并及時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)、避免不必要的質(zhì)量問題。②鋼板樁圍堰施工質(zhì)量可能受到多種因素的共同影響，特別是在合攏施工時(shí)更是如此，比如在鋼板樁打入深度不同的情況下，就可能出現(xiàn)樁體本身與接口不平行的問題，進(jìn)而影響到水閘工程的整體穩(wěn)定性，此時(shí)工作人員可通過外力進(jìn)行調(diào)整，使鋼板樁與合攏口緊密貼合。③在實(shí)際施工中，鋼板樁圍堰合攏處高低不平的問題并不少見，此時(shí)可根據(jù)實(shí)際施工情況，準(zhǔn)確測定上下錯開的距離，并重新設(shè)計(jì)鋼板樁施工參數(shù)，以便于確保合攏位置密封性，降低水閘工程鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)滲漏風(fēng)險(xiǎn)[6]。

2.9 其他施工技術(shù)要點(diǎn)

除了上文已經(jīng)提到過的幾方面技術(shù)措施之外，為確保水閘工程中鋼板樁圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用效果，工作人員還需要考慮以下幾方面施工技術(shù)要點(diǎn)。①在鋼板樁施打過程中，工作人員可提前測定鋼板樁垂直度，確定垂直度符合施工需求的情況下，應(yīng)盡可能一次性完成施打操作并使之達(dá)到預(yù)定深度，這能夠在一定程度上規(guī)避反復(fù)操作導(dǎo)致的鋼板樁松動問題，對提升鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量有一定的積極作用。②正式進(jìn)行樁體施工之前，可提前將準(zhǔn)備好的樁帽安裝在樁頂，從而解決打樁設(shè)備對樁體造成破壞的問題，確保鋼板樁兩端的穩(wěn)定性，使之在后續(xù)施工、使用中發(fā)揮穩(wěn)定性能。③連通管是水閘工程鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)施工中常用的材料，一般可將其安裝到圍堰內(nèi)的低水位處，從而避免圍堰結(jié)構(gòu)內(nèi)外水位差導(dǎo)致的抽水困難問題。在抽水的過程中，工作人員應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏水問題并發(fā)現(xiàn)漏水位置，在漏水問題不嚴(yán)重且漏水口比較小的情況下，可利用木屑、細(xì)煤渣等實(shí)施封堵。④為保證鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)的密閉效果，工作人員需采取措施對鋼板樁間的拼縫進(jìn)行妥善處理，使用橡膠密封片等對其進(jìn)行封堵，避免滲水漏水問題，同時(shí)還需要對焊接施工進(jìn)行強(qiáng)化，要求焊接技術(shù)人員嚴(yán)格遵守有關(guān)技術(shù)規(guī)程進(jìn)行操作，避免因焊接不合理導(dǎo)致的一系列質(zhì)量問題。

3.結(jié)語

經(jīng)過技術(shù)人員的不懈努力，案例工程在規(guī)定施工周期內(nèi)順利完成了施工任務(wù)，根據(jù)案例工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來看，想要確保水閘工程中鋼板樁圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用效果，必須要從施工前準(zhǔn)備、建設(shè)作業(yè)平臺、鋼板樁加固、防滲土工膜鋪設(shè)、樁間填等方面分別入手，采取措施避免可能存在的細(xì)節(jié)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，工作人員還需要結(jié)合水閘工程鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)施工需求，進(jìn)一步探索行之有效的施工技術(shù)要點(diǎn)。