王會(huì)永

(中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司， 北京市 100010)

具有密閉、高強(qiáng)、施工便利等諸多優(yōu)點(diǎn)的鋼板樁圍堰適用于高水位軟弱地基地段的地下深層基礎(chǔ)開(kāi)挖，可起到防水擋流、攔洪支護(hù)的作用。為將圍堰的建造工期壓縮至一個(gè)洪水周期之內(nèi)，形成封閉干地挖掘清理作業(yè)區(qū)，解決松花江佳木斯河段水下埋藏的日本遺棄化學(xué)武器區(qū)域安全挖掘問(wèn)題，中日專家組協(xié)商采用直立式雙壁鋼板樁懸掛式防滲+抽排基坑內(nèi)江水的圍堰方案進(jìn)行該段的挖掘工作。為直觀反映直立式雙壁鋼板樁圍堰的技術(shù)原理，該文基于實(shí)際工程對(duì)雙壁鋼圍堰施工技術(shù)進(jìn)行相關(guān)介紹，并對(duì)實(shí)際效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

日本遺棄化學(xué)武器(下稱“日遺化武”)埋藏區(qū)位于佳木斯市北側(cè)晨星島(又稱大柳樹島)附近的松花江主流河道，該河段寬700～900 m，水深4～8 m，兩側(cè)河岸多有較寬沙灘地。經(jīng)日中雙方前期初步調(diào)查，探測(cè)區(qū)共發(fā)現(xiàn)磁異常點(diǎn)919個(gè)，分布于整個(gè)探測(cè)區(qū)域，其中有4個(gè)密集區(qū)。為了安全、穩(wěn)妥、徹底消除“日遺化武”隱患，中日雙方協(xié)商，擬在北側(cè)靠晨星島的一處約110 m×80 m范圍的淺灘進(jìn)行試挖，在河道中設(shè)置隔水防滲圍堰，使試挖清理區(qū)域形成干地施工作業(yè)條件，試挖區(qū)范圍圍堰布置圖如圖1所示。

1.2 地質(zhì)條件

佳木斯松花江河段“日遺化武”圍堰工程區(qū)一帶第四系發(fā)育較好，表層有黑褐色淤泥質(zhì)土，其下為全新統(tǒng)的現(xiàn)代沖積層。厚度達(dá)2～3 m的粉質(zhì)黏土、黃褐粉砂、粉土為江心島及漫灘主要組成部分，而心灘、邊灘則主要為砂、礫以及混合有淤泥質(zhì)的粉土所組成。

圖1 試挖區(qū)域圍堰布置圖(單位：m)

工程所在河段河床構(gòu)造復(fù)雜，主要表現(xiàn)為互嵌夾層及砂礫石、卵石和粗砂等交替出現(xiàn)，其中卵石、砂礫石的礦質(zhì)組成多為花崗巖、石英、砂巖等。位于卵石砂礫層以下的細(xì)黏土層深度范圍為河床底層以下46.3～60.0 m，此外距河床底46.8～66.0 m范圍為第三系中-上統(tǒng)富錦組的弱膠結(jié)砂泥巖所組成的基底巖石層。

1.3 水文條件

該圍堰施工位于松花江主河道，松花江由西向東經(jīng)佳木斯市北側(cè)通過(guò)，多年平均水位75.32 m，最低水位73.17 m(1979年11月4日)，在汛期的最低水位73.34 m(2007年7月26日)。最大洪峰流量為15 300 m3/s，洪水期流量為9 000 m3/s，流速1.8～2.0 m/s；常水位流量為7 800 m3/s，流速1.1 m/s，枯水期流量5 000 m3/s，流速0.4 m/s，沖刷深度為0.5 m，最大徑流量695.1億m3/d，平均徑流深度131.7 mm。該次江上鉆探勘察及測(cè)繪期間測(cè)得江中心流速為0.7～0.8 m/s。

2 圍堰結(jié)構(gòu)

常見(jiàn)的直立式結(jié)構(gòu)圍堰包括鋼板樁圍堰、碾壓混凝土圍堰、混凝土樁圍堰等，直立式堰體建筑材料用量較少，適用于擋土、水高度較高的堰體或土石料來(lái)源缺乏地區(qū)，松花江日遺化武試挖掘圍堰擬采用直立式雙壁鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)。

試挖掘段雙壁鋼板樁圍堰頂部為折線平臺(tái)，圍堰高度為迎水側(cè)在河床以上8 m，高程為79.5 m，背水側(cè)在河床以上5 m，高程為76.5 m，結(jié)構(gòu)寬度為10 m。此外，該雙壁鋼板樁圍堰的內(nèi)側(cè)壁樁插入深度為13 m，外側(cè)為16 m，為滿足滲透穩(wěn)定性要求，還可以增加水平鋪蓋和局部設(shè)置反濾層等措施。在施工段河床位置以上4 m，即設(shè)計(jì)高程75.50 m處增設(shè)有對(duì)穿拉結(jié)桿和圍囹結(jié)構(gòu)，以期平衡雙壁樁內(nèi)外受力，改善其工作條件，同時(shí)也可減少樁體懸臂段的長(zhǎng)度。拉結(jié)桿設(shè)置在高程75.50 m處，拉結(jié)桿與鋼板樁間通過(guò)圍囹傳力，圍囹一般采用型鋼(包括槽鋼、工字鋼等)，水平布置在鋼板樁圍堰體外側(cè)，布置中心高程75.50 m，起到穩(wěn)固鋼板樁、平衡拉結(jié)桿受力并將受力傳至鋼板樁的作用。該試挖段圍堰位于松花江主河道上，占用部分河道，圍堰施工、試驗(yàn)段挖掘以及后續(xù)拆除工作需在一個(gè)洪水期內(nèi)完成。圍堰結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 圍堰體結(jié)構(gòu)圖(單位：m)

3 主要施工技術(shù)

松花江日遺化武試挖掘圍堰的具體施工工藝及作業(yè)流程為：測(cè)量定位→棧橋搭設(shè)→打設(shè)鋼板樁→安裝拉桿→圍堰間填砂→圍堰頂面施工→圍堰內(nèi)抽水→圍堰內(nèi)挖掘(持續(xù)性抽水)→圍堰拆除。下文將對(duì)施工流程中關(guān)鍵的施工環(huán)節(jié)及其相應(yīng)技術(shù)進(jìn)行介紹。

3.1 棧橋搭設(shè)

試挖區(qū)水深較淺，無(wú)法采用方駁+吊機(jī)進(jìn)行鋼板樁打設(shè)。經(jīng)過(guò)多次方案研討，現(xiàn)場(chǎng)擬采用搭設(shè)鋼棧橋作為水上施工平臺(tái)進(jìn)行鋼板樁施工，鋼棧橋設(shè)置在雙排鋼板樁中間，長(zhǎng)度為357 m，寬度為8 m，標(biāo)準(zhǔn)跨徑12 m，全橋共31跨，橋面頂標(biāo)高為+78.5 m。棧橋結(jié)構(gòu)從下向上依次為：鋼管樁→剪刀撐聯(lián)結(jié)→樁帽→I45a橫梁→貝雷片→I20a橫梁→I12.6縱梁→鋼面板，其縱斷面如圖3所示。棧橋基礎(chǔ)的搭建均采用φ630 mm×12 mm的鋼管樁，在考慮滿足設(shè)計(jì)承載力要求的前提下，其平均打入深度應(yīng)滿足15.2 m的設(shè)計(jì)值要求。

3.2 鋼板樁的打設(shè)

鋼板樁的打設(shè)施工流程主要包括打設(shè)前的準(zhǔn)備及檢查，線位的測(cè)定及導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的安置，鋼板樁的插打和拉桿等結(jié)構(gòu)的安置。

圖3 棧橋縱斷面圖(單位：cm)

鋼板樁插打施工采用履帶吊與DZ135振動(dòng)式打拔錘相配合的組合施工工藝完成。鋼板樁采用單根插打，先插入角樁及焊成90°的成對(duì)組合樁，其他單樁依次扣入槽口并垂直插入到位，隨后進(jìn)行角口處90°角樁的合龍收尾工作。插打過(guò)程中如遇到對(duì)樁位和下沉有影響的障礙物，可采用稍微拔出1 m左右，隨后再重復(fù)插打的方式進(jìn)行后續(xù)施工直至滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 圍堰的合龍

在鋼板樁圍堰合龍施工前，先要進(jìn)行合龍段鋼板樁底側(cè)間距的測(cè)算工作，根據(jù)測(cè)算寬度以及選用鋼板樁尺寸確定合龍方案和所需材料量。合龍工作的作業(yè)平臺(tái)應(yīng)盡量選取在靠近最短邊角樁的位置，若相距較遠(yuǎn)實(shí)現(xiàn)有困難，也可以調(diào)整合龍位置鄰側(cè)導(dǎo)向架的位置以滿足作業(yè)要求。注意在鋼板樁圍堰打樁過(guò)程中，應(yīng)單根樁逐一進(jìn)行施工，在距離施工完成的后5根樁施打時(shí)，應(yīng)預(yù)先拼裝完整后再一并進(jìn)行施打，如有較大誤差可使用倒鏈等相應(yīng)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行對(duì)拉以實(shí)現(xiàn)合龍要求，合龍后，再逐根打到設(shè)計(jì)深度。

3.4 圍堰棧橋拆除

臨時(shí)圍堰位于松花江河道內(nèi)，會(huì)影響松花江防洪和航道運(yùn)行安全，在臨時(shí)圍堰的功能完成后，應(yīng)予以全部拆除。拆除項(xiàng)目主要包括鋼板樁圍堰、鋼板樁間中粗砂、臨時(shí)棧橋。拆除總體順序?yàn)椋貉邇?nèi)泥砂抽排施工、鋼板樁圍堰工程分步拆除，最后再對(duì)臨時(shí)棧橋進(jìn)行整體拆除。

(1) 圍堰內(nèi)中粗砂抽排方法：采用自吸自泵船在圍堰四周進(jìn)行抽砂施工，根據(jù)圍堰內(nèi)填充砂量配備施工設(shè)備。

(2) 鋼板樁拆除施工：鋼板樁拆除選用DZJ-135型振動(dòng)錘和履帶吊，在圍堰內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)全部拆除的前提下，再進(jìn)行樁體的拔除工作。

(3) 棧橋拆除施工：棧橋拆除采用履帶吊及DZJ-135型振動(dòng)錘進(jìn)行拔出施工，棧橋拆除前將圍堰內(nèi)集水井進(jìn)行拆除，集水井拆除后進(jìn)行棧橋拆除施工，施工從中間向兩側(cè)兩個(gè)作業(yè)面倒退施工。

4 結(jié)語(yǔ)

工程實(shí)踐證明：在松花江佳木斯段日遺化武試挖段采用直立式雙壁鋼板樁懸掛式防滲+抽排基坑內(nèi)江水的圍堰方案進(jìn)行該段的挖掘工作的方案是成功的。此方法的顯著優(yōu)點(diǎn)有：① 占用部分河道，搭建和拆除臨時(shí)圍堰及棧橋構(gòu)造可滿足一個(gè)洪水期內(nèi)快速施工；② 工法相對(duì)簡(jiǎn)單，更易實(shí)施；③ 減少用料浪費(fèi)，堰基施工方便快捷，有利于滿足工期進(jìn)度。該工程的實(shí)施和完成為類似工程積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為松花江佳木斯段日遺化武的后期持續(xù)挖掘奠定了基礎(chǔ)。