馬 棟 梁, 李 強(qiáng)

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610036)

1 概 述

海口市龍昆溝末端修建的龍昆溝北雨水排澇泵站建筑物中的泵站和水閘位于濱海防潮堤上,其外河出水口為龍珠灣,泵站流量為80 m3/s,安裝5臺(tái)、單機(jī)容量為16 m3/s的濕式全貫流潛水泵。該項(xiàng)目的主要建設(shè)內(nèi)容包括改線污水箱涵、重建龍昆溝排水閘、新建排水泵房和泵房進(jìn)出水池、引水箱涵、外河翼墻、管理用房以及泵站配套的電氣儀表設(shè)備等。

龍昆溝泵站和水閘外河側(cè)為龍珠灣海域,泵站和水閘新建時(shí)需要修筑圍堰,其外河側(cè)圍堰標(biāo)準(zhǔn)為4級(jí)水工建筑物,擋水標(biāo)準(zhǔn)采用龍珠灣20 a一遇高潮位2.8 m,其安全超高取0.5 m[1]。

在泵站外海側(cè)設(shè)置了長(zhǎng)度為91.7 m的雙排鋼板樁圍堰;水閘分兩期施工,一期施工時(shí)設(shè)置了長(zhǎng)度為35.5 m的雙排鋼板樁圍堰,二期施工設(shè)置了長(zhǎng)度為38 m的雙排鋼板樁圍堰,臨時(shí)占用的海域面積為793 m2。

工程擋水用的雙排鋼板樁圍堰主要用于水閘和泵站外海側(cè)。由于其工況類似且施工時(shí)泵站開挖深度大于水閘,故以泵站外海側(cè)圍堰施工為例進(jìn)行了闡述。外海側(cè)圍堰平面情況見圖1。

圖1 外海側(cè)圍堰平面圖

2 鋼板樁圍堰方案的確定

考慮到施工時(shí)盡量少占用海域范圍,故對(duì)其外海側(cè)圍堰采用雙排AU25型、單根長(zhǎng)度為15 m的拉森鋼板樁圍堰,圍堰高4.3 m、頂寬6 m。施工圍堰的頂層兼做施工便道,在雙排拉森鋼板樁中間采用黏土夯實(shí)回填,頂層鋪設(shè)袋裝土一層,其頂面鋪設(shè)200 mm厚的素混凝土路面作為臨時(shí)道路通行。雙排鋼板樁外側(cè)采用20號(hào)槽鋼和Φ50 mm@2 250 mm鋼拉桿進(jìn)行支護(hù)與拉結(jié)。外海側(cè)圍堰斷面情況見圖2。

圖2 外海側(cè)圍堰斷面圖

3 鋼板樁圍堰的計(jì)算

3.1 鋼板樁圍堰的整體穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50286-2013,對(duì)于4級(jí)堤防,在不利的條件下,其堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不能小于1.05[2]。在邊坡計(jì)算軟件中輸入圍堰斷面,計(jì)算方法采用簡(jiǎn)化bishop法,其最危險(xiǎn)的滑動(dòng)面經(jīng)過鋼板樁底部,標(biāo)高約為-11.7 m。根據(jù)軟件計(jì)算成果:邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)為2.4,遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的安全系數(shù)1.05,故圍堰的整體穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

3.2 圍堰抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50286-2013,對(duì)于4級(jí)堤防,在不利的條件下,其堤防抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)不能小于1.35。計(jì)算時(shí)將內(nèi)河側(cè)鋼板樁的腳點(diǎn)作為抗傾覆計(jì)算的基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)圍堰抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算,該圍堰抗傾覆安全系數(shù)為1.35.滿足規(guī)范要求。

綜上所述,雙排鋼板樁圍堰整體穩(wěn)定安全系數(shù)為2.4,抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)為1.35,均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4 鋼板樁圍堰采用的施工方法

4.1 施工流程

施工準(zhǔn)備→定位測(cè)量→導(dǎo)向樁制作→打鋼板樁→安裝導(dǎo)梁、拉桿→分階段填筑→排水、堵漏、清淤→結(jié)構(gòu)施工→鋼板樁圍堰拆除[3]。

4.2 施工準(zhǔn)備

(1)鋼板樁的選用及檢驗(yàn)。該工程選用拉森AU25型止水鋼板樁。該鋼板樁為小鎖口,其止水能力強(qiáng)。外觀檢驗(yàn)主要檢查其表面缺陷、寬度、長(zhǎng)度、厚度、高度、平直度、端頭矩形比和鎖口形狀等內(nèi)容。

(2)鋼板樁的吊運(yùn)及堆放。鋼板樁的吊運(yùn)方式包括單根起吊和成捆起吊。單根吊運(yùn)采用專用的吊具,對(duì)于成捆起吊通常采用鋼索捆扎。鋼板樁堆放的地點(diǎn)選擇在平坦、堅(jiān)固、不會(huì)因壓重而發(fā)生較大沉陷變形的場(chǎng)地上,且該場(chǎng)地便于運(yùn)往打樁施工現(xiàn)場(chǎng)。

4.3 定位測(cè)量

測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖計(jì)算出放樣的坐標(biāo)、高程,待計(jì)算校核無誤后,采用經(jīng)鑒定合格的GPS進(jìn)行放樣并用鋼筋樁標(biāo)定放樣點(diǎn)位,用以指導(dǎo)開挖及鋼板樁施工,應(yīng)將放樣點(diǎn)位的誤差控制在相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的允許范圍內(nèi)。將施工區(qū)域的控制點(diǎn)標(biāo)明并經(jīng)復(fù)核無誤后加以有效保護(hù)。打鋼板樁時(shí),使用鋼筋樁標(biāo)定的定位兩端將其拉線作為導(dǎo)向位置及高程控制的標(biāo)志。

4.4 鋼板樁的插打

4.4.1 鋼板樁插打的施工順序

從圍堰設(shè)計(jì)中線開始打入第一片鋼板樁,然后逐步向兩邊插打,先插打外側(cè),待其完成后再插打內(nèi)側(cè)。最初的一、二塊鋼板樁的打設(shè)位置和方向要確保其精度以起到樣板的作用。當(dāng)雙排鋼板樁施打完畢、通過鋼板樁上預(yù)留的孔洞安裝槽鋼導(dǎo)梁和鋼拉桿。

4.4.2 鋼板樁插打采用的施工工藝

由于鋼板樁圍堰設(shè)置在海灣中,其距離海岸線8～10 m,故先采用PC300反鏟挖掘機(jī)拋填塊石進(jìn)行填筑,填筑寬度為3～5 m,并需保證CAT349D鋼板樁打樁機(jī)在最大打樁范圍5 m內(nèi)。將CAT349D鋼板樁打樁機(jī)停在距打樁點(diǎn)約5 m左右的地點(diǎn)側(cè)向施工,以便于測(cè)量人員觀察。

(1)錘下降,開液壓口,拉一根樁至打樁錘下,在鎖口處涂抹潤(rùn)滑油,起錘。

(2)錘下降,將樁移至夾口中,開動(dòng)液壓機(jī)夾緊樁。上升錘與樁至打樁地點(diǎn)。

(3)對(duì)準(zhǔn)樁與定位樁的鎖口,錘下降,靠錘與樁的自重壓樁至地面以下一定深度至其不能下降為止。

(4)試打樁錘30 s左右、停止振動(dòng),利用錘的慣性打樁至堅(jiān)實(shí)土層,開動(dòng)振動(dòng)錘打樁使其下降,控制樁錘下降的速度并保持樁豎直,以保證其鎖口順利咬合,提高其止水能力。

(5)在板樁至設(shè)計(jì)高度前40 cm時(shí)停止振動(dòng),振動(dòng)錘因慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一定時(shí)間,打樁至設(shè)計(jì)高度。

(6)松開液壓夾口,錘上升,打第二根樁,以此類推至打完所有樁。打樁前應(yīng)在鎖口內(nèi)涂抹黃油。施打完鋼板樁后,開始進(jìn)行鋼板樁系統(tǒng)內(nèi)的止水處理。

4.4.3 打樁時(shí)特殊問題的處理

(1)阻力過大、不易貫入。其原因主要有兩方面:一是鋼板樁連接鎖口銹蝕、變形、入土阻力大;二是在堅(jiān)實(shí)的砂層、砂礫層中沉樁的阻力過大。對(duì)于第一種情況,宜采用除銹、矯正的措施,在鎖口內(nèi)涂抹油脂以減少阻力;對(duì)于第二種情況,可采用高壓沖水或改為振動(dòng)法沉樁,不能采用錘硬打。

(2)打設(shè)時(shí)將相鄰板樁帶入。在軟土中打設(shè)鋼板樁時(shí),如遇到不明障礙物或板樁傾斜而導(dǎo)致板樁阻力增大時(shí)會(huì)將相鄰的板樁帶入。其處理方法是采用屏風(fēng)法打設(shè),將相鄰的板樁焊在導(dǎo)梁上,在鎖口處涂抹黃油以減少阻力。

(3)鋼板樁向打設(shè)的前進(jìn)方向傾斜。在軟土中打樁,由于其鎖口處的阻力大于板樁與土體間的阻力,易使板樁向前進(jìn)方向傾斜。其糾正的方法是使用卷?yè)P(yáng)機(jī)和鋼絲繩將板樁反向拉住后再捶擊,或采用特制的楔形板樁進(jìn)行糾正。

4.4.4 鋼板樁施工的注意事項(xiàng)

(1)導(dǎo)向樁打好后用槽鋼焊接牢固以確保導(dǎo)向樁不晃動(dòng),進(jìn)而提高打樁的精確度。

(2)線樁的插打。鋼板樁起吊后采用人力將樁插入鎖口,其動(dòng)作需緩慢,以防止損壞鎖口,插入后可稍松吊繩使樁憑自重滑入。

(3)當(dāng)鋼板樁振動(dòng)插打到小于設(shè)計(jì)標(biāo)高40 cm 時(shí),一定要小心施工,以防止超深情況的發(fā)生。

(4)封口時(shí),必須精確計(jì)算異形鋼板樁的尺寸,確保止水質(zhì)量。

4.5 回填及安裝導(dǎo)梁與拉桿

鋼板樁插打完并實(shí)施系統(tǒng)封閉后立即進(jìn)行排水。在雙排鋼板樁內(nèi)鋪設(shè)單層500 g/m2的土工膜并進(jìn)行土方分層均衡回填。當(dāng)回填至底層拉桿高程時(shí)進(jìn)行槽鋼導(dǎo)梁和鋼拉桿的安裝并加固牢靠,外側(cè)槽鋼導(dǎo)梁的安裝由30 t吊車吊裝,焊工站在船只上進(jìn)行焊接;當(dāng)土方回填至上層拉桿高程時(shí)進(jìn)行導(dǎo)梁及上層拉桿的安裝,回填至設(shè)計(jì)高程時(shí)鋪設(shè)一層袋裝土,最后進(jìn)行頂層混凝土路面的施工。

4.6 鋼板樁的拔除

4.6.1 鋼板樁的拔除

待圍堰內(nèi)結(jié)構(gòu)物施工完成后即可拆除鋼板樁圍堰。鋼板樁拔除前,先用液壓破碎錘破除圍堰頂?shù)幕炷谅访婧笤俨鸪垆搶?dǎo)梁和拉桿,挖除回填土,最后拔除鋼板樁。

槽鋼導(dǎo)梁和拉桿的拆除采用30 t汽車吊、用2根鋼絲繩對(duì)槽鋼導(dǎo)梁兜底(防止切割拉桿后導(dǎo)梁墜落),再用氣焊將槽鋼導(dǎo)梁與鋼板樁焊接部位割開,使用吊車緩慢吊離槽鋼導(dǎo)梁至指定的地方整齊堆放、待后續(xù)施工繼續(xù)使用。

鋼板樁拔除作業(yè)前,對(duì)每個(gè)板樁的打入情況應(yīng)作詳細(xì)調(diào)查并以此判斷拔樁作業(yè)的難易程度。拔樁時(shí),采用振動(dòng)錘拔除,拔一根,清理一根并及時(shí)運(yùn)走,以保證場(chǎng)地的清潔。

4.6.2 拔樁的注意事項(xiàng)

(1)先割除鋼板樁的支撐,然后拔起鋼板樁。

(2)為防止將鄰近的板樁同時(shí)拔出,宜將鋼板樁和加固的槽鋼逐根割斷。

(3)對(duì)拔出的鋼板樁應(yīng)及時(shí)清除附著在其上的土砂,涂抹油脂。對(duì)變形較大的鋼板樁需進(jìn)行調(diào)直。對(duì)于完整的鋼板樁要及時(shí)將其運(yùn)出工地、堆置在平整的場(chǎng)地上。

(4)按與打板樁順序相反的次序拔樁。

5 圍堰變形的監(jiān)測(cè)

5.1 測(cè)點(diǎn)的布置

(1)平面控制點(diǎn)的設(shè)置。將基坑周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置在建筑物的結(jié)構(gòu)墻與柱上,并分別沿平行、垂直于坑邊的方向布設(shè)[4]。該項(xiàng)目在已有建筑物泵站和水閘處分別設(shè)置了一個(gè)平面控制網(wǎng)。

(2)水準(zhǔn)基點(diǎn)的設(shè)置。水準(zhǔn)基點(diǎn)即高程起算點(diǎn),埋設(shè)于基坑影響范圍之外。將水準(zhǔn)基點(diǎn)選在基坑影響范圍外已有建筑物或構(gòu)筑物基礎(chǔ)上,泵站與水閘分別設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的高程網(wǎng)。

5.2 觀測(cè)頻率

各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在基坑開挖前應(yīng)測(cè)得穩(wěn)定初始值且不應(yīng)少于 2次;基坑開挖期間,每天觀測(cè)1次,待其穩(wěn)定后每 5～7 d觀測(cè)1次。當(dāng)大暴雨、結(jié)構(gòu)變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場(chǎng)地條件變化較大時(shí)應(yīng)加密觀測(cè);當(dāng)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí)則需進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)工作以儀器測(cè)量為主,并與日常巡視工作相結(jié)合。施工期間,必須做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)工作。每次監(jiān)測(cè)前,對(duì)所使用的控制點(diǎn)進(jìn)行校核,發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)控制有位移時(shí)應(yīng)及時(shí)按布網(wǎng)時(shí)的測(cè)量精度恢復(fù)。施工中一定要及時(shí)觀測(cè)和反饋信息,定期分析監(jiān)測(cè)報(bào)告,及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)告中存在的問題并予以解決。

5.3 基坑報(bào)警值

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》GB 50497-2009中基坑級(jí)別的定義,該工程基坑為二級(jí)基坑。不同等級(jí)基坑的設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂位移預(yù)警值、圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體最大位移報(bào)警值[5]、地面最大沉降預(yù)警值列于表1中?；幼冃伪O(jiān)測(cè)報(bào)警值的規(guī)定見表1。

表1 基坑變形監(jiān)測(cè)報(bào)警值規(guī)定表 /cm

施工過程中若發(fā)現(xiàn)異常情況、監(jiān)測(cè)到超報(bào)警值時(shí)應(yīng)立即停止施工,將機(jī)械設(shè)備及人員全部撤離施工現(xiàn)場(chǎng),及時(shí)采取有效的加固措施待觀測(cè)值趨于穩(wěn)定后方能繼續(xù)施工。

6 結(jié) 語

采用雙排拉森鋼板樁并在其中間使用黏土夯實(shí)回填的圍堰其設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的好壞決定著基坑滲水量的大小、泵站主體是否順利施工并且影響到泵站主體工程的施工質(zhì)量。此次施工的鋼板樁在考慮最不利的施工條件下進(jìn)行的穩(wěn)定計(jì)算和抗傾覆計(jì)算結(jié)果均滿足相關(guān)規(guī)范要求,施工過程中達(dá)到了減少所占海域面積、減少對(duì)海洋資源的污染、加快施工進(jìn)度、節(jié)約成本、提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的目的。