劉志峰

摘 要：鋼板樁臨時圍堰具有穩(wěn)定性高、防水性好、后期遺留問題處理方便、可多次重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于各類水下基礎(chǔ)工程，尤其在條件非常有限的非洲地區(qū)使用鋼板樁臨時圍堰進(jìn)行水下基礎(chǔ)施工對工程項(xiàng)目的施工安全、質(zhì)量和進(jìn)度有著顯著的提升。

關(guān)鍵詞：鋼板樁；臨時圍堰；穩(wěn)定性；斜坡碼頭

一、工程概況

剛果（布）OYO內(nèi)河碼頭項(xiàng)目位于剛果（布）OYO市郊

ALIMA河北岸，屬奧龍博經(jīng)濟(jì)特區(qū)，區(qū)域交通狀況良好，地理位置為東經(jīng)15°59′59″，南緯1°10′54″；該地區(qū)為熱帶草原氣候，分旱季和雨季，年平均氣溫約28℃，碼頭擬建區(qū)域河流水深為1～6米。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)為500噸級的貨運(yùn)和客運(yùn)兩用碼頭，主要包括主碼頭場區(qū)、配套的房建和3.2公里的進(jìn)出場道路；整個碼頭前沿呈東西走向，總長為494米，從西往東依次為

194米的斜坡式客運(yùn)碼頭，前沿設(shè)計(jì)標(biāo)高為+93.5m，200米的直立式鋼板樁貨運(yùn)碼頭，前沿設(shè)計(jì)標(biāo)高為+93.85m，100米的斜坡式碼頭堆場，前沿設(shè)計(jì)標(biāo)高為+93.85m。

二、施工基礎(chǔ)條件

1.設(shè)計(jì)圖紙：該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為法國規(guī)范、歐洲標(biāo)準(zhǔn)；貨運(yùn)碼頭200米前沿設(shè)計(jì)為直立鋼板樁形式，客運(yùn)碼頭和堆場294米的斜坡式碼頭前沿采用雷諾石籠和粒徑350～400mm的護(hù)底塊石防護(hù)，斜坡碼頭堤心設(shè)計(jì)為20～120mm的石料填筑。

2.水文地質(zhì)條件：項(xiàng)目所在區(qū)域年降雨量約1900mm，ALIAMA河水位隨旱季和雨季而變化，5月份年最高水位達(dá)+93.0m，8月份年最低水位約為+92.0m；原始場地主要為濱河沼澤區(qū)，地貌屬ALIMA河流Ⅱ級階地，場區(qū)內(nèi)埋藏的地層主要有回填砂、第四系沉積層及第四系沖積層，經(jīng)地勘資料顯示，斜坡碼頭前沿地表下30米的地質(zhì)結(jié)構(gòu)依次為素填土、腐殖砂、細(xì)沙混淤泥和粉砂。

三、鋼板樁臨時圍堰施工可行性分析

1.設(shè)計(jì)斜坡碼頭前沿線緊靠ALIMA河水涯線，護(hù)底塊石、堤心塊石和雷諾石籠等附屬設(shè)施的施工均處在水域，碼頭前沿護(hù)底塊石的基底設(shè)計(jì)標(biāo)高為+88.0 m，按最低水位推算斜坡碼頭前沿施工區(qū)域的水深約為4.0 m，按常規(guī)作業(yè)將使得斜坡碼頭前沿的整個防護(hù)工程及附屬設(shè)施在4.0m水深的區(qū)域進(jìn)行水下施工；雷諾石籠、堤心塊石及鋼筋混凝土踏步等都必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求的尺寸、坡比進(jìn)行施工，ALIAMA河流速很大；水下施工不能滿足相關(guān)要求，不具備施工條件。

2.當(dāng)?shù)氐乇砜砷_采部分均為砂性土，可塑性非常低，該類砂性土具有高壓縮性、高靈敏度、易觸變、可液化、透水性強(qiáng)等特性，天然狀態(tài)下，強(qiáng)度極低；該類砂性土圍堤透水性強(qiáng)，穩(wěn)定性差，給施工安全帶來非常大的隱患，且碼頭前沿施工完成以后進(jìn)行港池及回旋區(qū)域的清淤時土圍堤將額外的增加很大的工作量；因此，土圍堤在本項(xiàng)目現(xiàn)有的條件下不可行。

3.項(xiàng)目現(xiàn)場有近200延米的WRU26-600型鋼板樁，配套的打樁設(shè)備齊全；經(jīng)計(jì)算和反復(fù)討論，鋼板樁臨時圍堰具有穩(wěn)定性高、防透水性好、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，故斜坡碼頭前沿采取鋼板樁臨時圍堰輔助施工。

四、鋼板樁臨時圍堰穩(wěn)定性計(jì)算

本工程為臨時支護(hù)，故荷載分項(xiàng)系數(shù)均取1.0，圍堰鋼板樁頂標(biāo)高設(shè)計(jì)為95.00m，碼頭前沿基床設(shè)計(jì)標(biāo)高為88.00m，圍堰鋼板樁打設(shè)深度為8m；為增強(qiáng)鋼板樁圍堰的穩(wěn)定性，鋼板樁墻后方進(jìn)行5m寬的自然土堤填筑，土堤坡比為1：2，頂標(biāo)高設(shè)計(jì)為93.50米。前沿基床清淤前將圍堰后方的水位采取水泵排水的方式降至87.0m再進(jìn)行基坑清淤；河岸邊線至圍堰鋼板樁的水平距離為28m，滿足75t履帶吊作業(yè)的要求。如圖1所示

3.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，板樁彎矩設(shè)計(jì)值273.9KN·m/m

根據(jù)Eurocode3-Part5中的規(guī)定，板樁抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式如下：MEd≤Mc，Rd。其中，Med——計(jì)算出的板樁彎矩設(shè)計(jì)值，Mc，Rd——板樁截面抵抗彎矩值。Mc，Rd=βBWelfy/YMO

式中，βB——截面抵抗矩折減系數(shù)，取0.7； Wel——截面抵抗矩， WRU26-600鋼板樁抵抗矩1800cm3/m；fy——板樁材料強(qiáng)度，S355GP，fy=355Mpa； γM0——安全系數(shù)，取1.0

經(jīng)計(jì)算，鋼板樁截面抵抗彎矩Mc，Rd=447.3KN·m/m大于彎矩設(shè)計(jì)值273.90KN·m/m，鋼板樁強(qiáng)度滿足要求。

4.穩(wěn)定性計(jì)算。Plaxis中穩(wěn)定性采用強(qiáng)度折減法，該方法計(jì)算出的安全系數(shù)反映出的是包括結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)、板樁踢腳失穩(wěn)、板樁抗滑抗傾覆失穩(wěn)等圍堰存在的各種潛在土體失穩(wěn)破壞的最不利情況。經(jīng)計(jì)算，結(jié)構(gòu)滑動面如圖6所示.

安全系數(shù)曲線如圖7所示，穩(wěn)定性安全系數(shù)取曲線趨近直線處縱坐標(biāo)數(shù)值，約為1.66

五、鋼板樁臨時圍堰施工

本工程為矩形駁岸擋水開挖臨時圍堰，采用75t履帶吊機(jī)和90KW振動錘進(jìn)行圍堰鋼板樁的打入。施工前完善履帶吊機(jī)的作業(yè)平臺，對不滿足吊機(jī)臂長作業(yè)范圍的區(qū)域進(jìn)行回填、拓寬，保證履帶吊機(jī)前沿至圍堰鋼板樁軸線距離不大于28米，在河堤平臺滿足履帶吊作業(yè)條件下方可進(jìn)行圍堰鋼板樁的打入。為保證圍堰鋼板樁打入后線型的規(guī)范，以自制的導(dǎo)向架為輔助，采取屏風(fēng)式先排列后打入的方法進(jìn)行鋼板樁的打設(shè)；導(dǎo)向架采用360型工字鋼焊接在圍堰軸線兩側(cè)定位樁的牛腿支架上，對鋼板樁打設(shè)方向進(jìn)行引導(dǎo)，兩側(cè)工字鋼的間距略大于鋼板樁上下口的寬度，保證鋼板樁打設(shè)過程中能順利通過導(dǎo)向架，并能有效控制圍堰鋼板樁的線型。

1.施工流程

2.施工過程中注意事項(xiàng)。（1）圍堰鋼板樁施工前應(yīng)對每一根鋼板樁進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)鋼板樁和鎖口有變形的采取矯正措施，并在施工前對鎖扣內(nèi)涂抹黃油，減小打樁時鎖口之間的摩擦力；若地層阻力大沉樁困難，應(yīng)采取輔助措施進(jìn)行施工，比如采取水沖法，將鋼板樁底部設(shè)置高壓水噴頭，高壓水流能擾動、疏松砂層，降低鋼板樁在砂層中的阻力和鎖口之間的摩擦力，易于沉樁，減少鋼板樁和打樁設(shè)備的損壞。（2）第一根定位樁對整個鋼板樁墻的線型起引導(dǎo)作用，在打設(shè)首根定位樁時應(yīng)嚴(yán)格測量其橫向、縱向偏差并在打設(shè)前設(shè)置轉(zhuǎn)角連接件，一般情況下定位樁每打入2-3米應(yīng)作一次測量校正；鋼板樁排列過程中嚴(yán)格控制沿軸線方向的傾斜度，軸線方向的傾斜度呈累積的態(tài)勢延續(xù)，傾斜過大將增大鎖扣之間的摩擦力，二次沉樁將無法進(jìn)行；排列過程中檢測發(fā)現(xiàn)傾斜度過大應(yīng)及時將鋼板樁拔出重新調(diào)整、打入，確保每一根鋼板樁打入的垂直度。（3）由于局部地層存在淤泥混沙，該地層比較松軟，鋼板樁排列、打設(shè)過程中會出現(xiàn)將相鄰鋼板樁帶入的情況，可采取將相鄰的幾根鋼板樁用型鋼焊接為一體再進(jìn)行排列、打設(shè)，二次沉樁呈階梯狀打入，最后再將連帶的鋼板樁分開，逐一打設(shè)。（4）為保障鋼板樁墻的穩(wěn)定，后方土堤回填時嚴(yán)格控制圍堰內(nèi)外的水位差，待水下回填到一定高度再進(jìn)行排水，然后繼續(xù)回填，以此反復(fù)作業(yè)，直達(dá)土堤填至設(shè)計(jì)高度。（5）為減小水流的沖擊，圍堰鋼板樁的打設(shè)從上游往下游進(jìn)行，待碼頭前沿施工完成后圍堰鋼板樁的拔除從下游往上游進(jìn)行。

六、結(jié)束語

由于非洲地區(qū)經(jīng)濟(jì)落后，長途交通不便，各種物資非常匱乏，水運(yùn)工程施工難度較大；特別是存在水下施工的區(qū)域，在各項(xiàng)條件非常有限的環(huán)境下采用鋼板樁臨時圍堰輔助斜坡碼頭的水域部分施工具有非常明顯的優(yōu)勢，在類似地區(qū)的水工作業(yè)中有著良好的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). 板樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范（JTS 167-3-2009）