楊忠華 張德華
樁膜圍堰在清安河聯(lián)鎖式空箱擋墻護(hù)岸施工中的應(yīng)用
楊忠華 張德華
清安河位于淮河流域洪澤湖下游淮安市境內(nèi),是淮安市區(qū)京杭大運(yùn)河和里運(yùn)河之間唯一的排水通道,承擔(dān)淮安市主城區(qū)清江浦、淮安區(qū)、生態(tài)新城區(qū)共計(jì)24.37km2的排撈任務(wù)。清安河起于淮安市船舶修理廠,止于淮河入海水道清安河穿堤涵洞,河道全長(zhǎng)22.04km。由于河道多年來存在淤積、排水不暢問題,同時(shí)隨著河道周邊行政區(qū)劃的調(diào)整,政府組織實(shí)施清安河水系連通工程,其中實(shí)施河道清淤6.57km,聯(lián)鎖式空箱擋墻護(hù)岸長(zhǎng)200m。
1.工程水文
根據(jù)《南水北調(diào)東線第一期工程淮安市截污導(dǎo)流工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告》(2007年)新穿運(yùn)洞洞上水位為7.13m,洞下水位為6.30m,上游1.90km處的生態(tài)新城改道段末端水位7.69m。
此次水位按照下游穿運(yùn)洞上水位向上推求,并與原河道水位相銜接,確定鹽化廠位置清安河設(shè)計(jì)水位為7.68m,河下大橋位置設(shè)計(jì)排澇水位7.54m,友誼橋處排澇水位7.43m,穿運(yùn)洞洞上水位為7.13m。
2.地質(zhì)
蘇北平原為第四系覆蓋,地層屬揚(yáng)子地層區(qū),全區(qū)無基巖出露,第四紀(jì)沉積物最大厚度大于300m。構(gòu)造隆起區(qū)較小,為數(shù)十米到近百米。成土母質(zhì)均為第四紀(jì)黃土,后受黃河、淮河、洪澤湖影響,形成北部為黃泛沖積平原,南部為河湖相沉積平原。主要土質(zhì)為人工土、粘性土、砂類土等,綜合分析認(rèn)為,場(chǎng)地區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。
此次采用的箱式連鎖墻砌塊規(guī)格型號(hào)為2.0(1.0)m×1.2m×0.6m(長(zhǎng)×寬×高),強(qiáng)度為C30,抗凍等級(jí)為F50,在滿足混凝土強(qiáng)度、抗凍等指標(biāo)前提下,砌塊尺寸可微調(diào),砌塊內(nèi)回填素土。墻后回填土應(yīng)分層夯實(shí),厚度為15~20cm,壓實(shí)度不小于0.91。
根據(jù)工程設(shè)計(jì),位于生態(tài)新城段樁號(hào)20+927~21+127段,常水位以下鋪設(shè)生態(tài)預(yù)制塊護(hù)坡,排澇水位以下、常水位以上新建抗震式生態(tài)聯(lián)鎖墻,排澇水位以上鋪設(shè)草皮進(jìn)行防護(hù)。聯(lián)鎖式預(yù)制空箱尺寸見圖1,護(hù)岸典型斷面設(shè)計(jì)型式見圖2。
清安河作為市區(qū)西南化工區(qū)及兩運(yùn)夾灘之間的唯一排水出路,不能全線斷流施工,因此,導(dǎo)流成為本次清安河工程實(shí)施的關(guān)鍵。因此,切實(shí)可行的施工導(dǎo)流方案,既涉及施工方法,又對(duì)工程的質(zhì)量、進(jìn)度、投資有較大的影響。
1.導(dǎo)流工程等級(jí)
根據(jù)清安河疏浚工程等級(jí)為Ⅳ級(jí),確定清安河下段導(dǎo)流工程等級(jí)為Ⅴ級(jí)。
2.導(dǎo)流流量
經(jīng)計(jì)算,清安河下段三年一遇,排澇流量為8.5m3/s,下段河道日常生活、工業(yè)污廢水為1.5m3/s。因此導(dǎo)流流量為10m3/s。
3.導(dǎo)流方案
樁號(hào)20+927~21+127位置,新建抗震式生態(tài)聯(lián)鎖墻段擬采用樁幕圍堰方案,于河道中心打設(shè)樁膜隔水圍堰,利用半幅河道進(jìn)行導(dǎo)流,另半幅河道斷流施工。
4.圍堰方案
新建聯(lián)鎖式擋墻處設(shè)計(jì)采用樁膜隔水圍堰施工方案。圍堰方案如下:
圖1 聯(lián)鎖式預(yù)制空箱尺寸圖
圖2 聯(lián)鎖式預(yù)制空箱擋墻護(hù)岸典型斷面圖
沿河道方向在擋土墻外2m左右,每隔50~80cm打一根φ50mm鋼管樁,計(jì)兩排,兩排樁間距1.0m,鋼管入土深度一般為3.0m以上,施工段兩端同時(shí)也打上鋼管樁封閉,工段長(zhǎng)一般在200m左右,鋼管樁中間加上橫撐固定,每2m左右設(shè)置一根斜支撐,以加強(qiáng)橫向強(qiáng)度(視具體情況而定,擋水深度小于1m時(shí)可不設(shè)斜撐)。在兩排樁內(nèi)側(cè)加擋水板,擋水板可一般采用竹笆、模板等;再在擋水板外側(cè)鋪設(shè)“U”型隔水膜,隔水膜采用350g/m2土工膜或隔水彩布條;膜內(nèi)填土封閉,截?cái)酀B水。樁膜隔水圍堰結(jié)構(gòu)示意圖如圖3。
5.穩(wěn)定復(fù)核
為保證工程安全,對(duì)施工圍堰的穩(wěn)定性進(jìn)行了復(fù)核計(jì)算。鋼管樁承擔(dān)的水平方向壓力由樁受到的被動(dòng)土壓力及斜支撐承擔(dān)。被動(dòng)土壓力計(jì)算式按朗肯土壓力計(jì)算:
σp=rzkp
式中:kp=tg2(45°+φ/2)
σz—朗肯被動(dòng)土壓力強(qiáng)度;
r—土的浮容重,取r浮= 19.0kN/m3(粘土);
z—樁的入土深度,取z=2.0m;
kp—朗肯被動(dòng)土壓力系數(shù);
φ—土的內(nèi)摩擦角,取φ=25°(粘土)。
kp=tg2(45°+25°/2)=2.464
σz=19.0×2.0×2.46=93.63kN/m3
一根樁所承受的被動(dòng)土壓力p樁為:
p樁=1/2σz×z×d
其中d為樁的直徑,d=0.05m。
p樁=1/2×93.63×2.0×0.05 =4.68kN
假設(shè)每米長(zhǎng)度打鋼管樁3根(兩根豎樁,一根斜撐),每2.0m設(shè)一根斜支撐,則3根鋼管樁被動(dòng)土壓力和為3p樁=14.04kN。
在鋼管斜支撐下的鋼管樁的受力示意見附圖,簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁計(jì)算:
p土×(3.3+2.0×2/3)-p水×2.5× 2/3=0
p土=(30.63×2.5×2/3)/(3.3+2.0× 2/3)=11.02kN<[p土]=14.04kN,滿足要求斜撐力。
RA=2×(p水-p土)=(30.63-11.02)=2×19.61=39.22kN,擬選用φ50鋼管作為斜支撐材料。
為減小斜支撐壓力,同時(shí)保證圍堰的整體性,擬加一排鋼管,并且與受力鋼管用扣件聯(lián)結(jié)成整體。經(jīng)復(fù)核,工程穩(wěn)定滿足施工要求。
1.圍堰支架的搭設(shè)
由于圍堰施工時(shí)在水中作業(yè),在河中進(jìn)行圍堰拼裝,所以預(yù)先在陸地上進(jìn)行分段安裝,以便成型后吊裝就位。考慮到支架吊裝方便,每段支架長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng),自重不能過大,根據(jù)鋼管和鋼模板的模數(shù),確定圍堰每3m一段。為了保證圍堰在水中受力均衡,在搭設(shè)時(shí)必須嚴(yán)格控制高端和寬度值。各個(gè)結(jié)點(diǎn)利用轉(zhuǎn)軸卡子卡接牢固,不得有松扣現(xiàn)象,防止應(yīng)力集中,而造成支架垮塌;立桿用3m架子管聯(lián)接成一體,增加整體穩(wěn)定性。
2.模板鋪設(shè)
每段支架搭設(shè)完成后,在支架斜面上鋪設(shè)鋼模板。鋼模板橫向鋪設(shè),選用無撬邊、無破損的模板,以減少接縫和防止產(chǎn)生較大縫隙;為防止污染河水,鋪設(shè)前對(duì)鋼模板全部進(jìn)行清理,并用洗衣粉將油污洗凈。模板用鉛絲固定在支架上,模板與搭板之間也用鉛絲聯(lián)接,接縫緊密以盡量減小縫隙,以減少河水對(duì)防水布產(chǎn)生的壓力。圍堰拐角處的支架在陸地上放樣拼裝,以便于安放時(shí)能與兩側(cè)支架順接,減小接縫,使防水布的鋪裝更加平順。
3.防水布鋪設(shè)
防水布鋪設(shè)順序?yàn)橄认掠魏笊嫌?,逆水流方向鋪設(shè),順?biāo)畨翰?;河底平鋪設(shè)1.5m,在其上沉入沙袋使防水布與河底、模板緊密接合,以減少滲水。沙袋壓在防水布外沿、中部及防水布與模板的轉(zhuǎn)角處,沙袋要排列緊密。為便于防水布沉入水底,在防水布水中一端水拴上沙袋,將防水布伸展平順后沉入水中,另一端固定在支架上。沙袋采用尼龍袋,防止袋體在水中腐爛,同時(shí)袋口用繩子綁牢,以便圍堰拆除時(shí)能將其徹底撈出。
4.基坑排水及泵坑排水
待圍堰搭設(shè)完成后進(jìn)行基坑排水。在圍堰內(nèi)側(cè)做一導(dǎo)流水槽,將滲過圍堰的水匯集到泵坑排出,使基坑內(nèi)干槽作業(yè)。圍堰內(nèi)河水抽凈后,必須專人看完圍堰及水泵,并準(zhǔn)備一些砂袋及防水布,如圍堰局部出現(xiàn)防水布破裂的情況,可及時(shí)加鋪防水布,將漏水處堵住。
5.圍堰拆除
待水下建筑物完成后,在不妨礙永久或臨時(shí)建筑物的安全運(yùn)行為前提的情況下,在監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后,及時(shí)拆除圍堰,特別是水下部分圍堰,確保清理徹底,保證河道汛期行洪通行安全。
拆除前先將圍堰內(nèi)清理干凈,并拆除各段圍堰連接桿,使各段圍堰之間全部分開。之后將砂袋一一撈出,將圍堰內(nèi)放滿水后,將防水布全部拆除,使河中只剩下圍堰支架及模板。用吊車將圍堰吊上河岸進(jìn)行拆除模板及支架的工作。施工時(shí),先拆下流圍堰。
圖3 施工圍堰結(jié)構(gòu)剖面圖
清安河擔(dān)負(fù)著淮安市主城區(qū)多個(gè)片區(qū)的排水任務(wù),河道整治施工過程中,不能實(shí)現(xiàn)斷流、創(chuàng)造無水施工條件,如采用傳統(tǒng)填筑臨時(shí)土質(zhì)圍堰方案,受河道寬度受限制,滿足不了導(dǎo)流需求。樁膜圍堰基于利用原有河道半河導(dǎo)流,采取半幅施工,一般情況下,可有效節(jié)省工期、大大提高施工效率,本工程為其他類似工程提供經(jīng)驗(yàn),在以后的規(guī)劃設(shè)計(jì)及施工過程中值得予以考慮使用■
(作者單位:淮安市淮陰區(qū)水利工程隊(duì) 223300 淮安市淮安區(qū)水利局223200)