鋼板樁在我國堤防基礎防滲中的首次應用

          胡維忠

            （長江水利委員會長江勘測規劃設計研究院 武漢430010）

摘要：鋼板樁用作防工程的基礎滲處理，是長江重要堤防隱蔽工程建設中使用的新技術,1998年以前我國尚無這方面的應用先例。鋼板樁防滲工程，是將鋼板樁打入堤基透水層下的相對不透水層中，攔截透水層的滲水，形成半封閉或全封閉的防滲墻，從而起到堤基防滲作用。采用鋼板樁逝行堤基滲加固處理，具有處理深度大，防滲效果好，施工時對相鄰建筑物影響小，施工速度快等優點，但工程總體造價較高。鋼級樁施術性要求高，只有嚴格控制軸向和法向傾斜偏差，才能使鋼級樁順利打入，保證防滲墻順利合龍。

 

荊江大堤觀音寺閘堤段和洪湖長江干堤蒸窩堤段均為長江干流重要險工段，歷史上都曾出現潰口性大險情。此兩段堤防表層覆蓋層薄，在汛期高洪水位的作用下，極易發生因堤基滲透破壞而引起的各種險情。為確保堤防保護區內廣大人民生命財產的安全，使用日本無償援助資金，對荊江大堤觀音寺閘堤段和洪湖長江干堤燕窩堤段分別實施長1km和1.2km的俐板樁防滲墻工程，以堤基下的相對不透水層為依托，截斷堤基淺層的粉細砂層，以治理兩個堤段堤基滲透破壞險情，增強堤抵御洪水能力。

1鋼板樁防滲墻設計

鋼板樁防滲墻的工程等級與所在堤防的工程等級相同。荊江大堤工程等別為I等，堤防為一級堤防；洪湖長江干堤工程等別為Ⅱ等，堤防為二級堤防。

1.1工程總體布置

1.1.1荊江大堤觀音寺閘堤段

荊江大堤觀音寺閘堤段鋼板樁以觀音寺閘為中心，向兩側各布置500m，鋼板樁軸線總長1000m。在觀音寺閘閘前，軸線在原防滲板前約10m；閘上游側軸線走向，從防滲板前沿經漸變段到堤玻，然后延伸到距堤腳5 -6mu的軸線；閘下游側軸線走向，從防滲板前沿穿過春灌站灣道后，再漸變到距堤腳5-6m的軸線。荊江大堤觀音寺閘堤段鋼板樁防滲墻采用FSP-IVA型樁長20m的鋼板樁，在軸線的轉折處設轉角異形樁。鋼板樁設計用量381lt。

1.1.2洪湖長江干堤燕窩堤段

洪湖長江干堤燕窩堤段鋼板樁防滲墻的上游起點與燕窩堤段湖北省已實施的垂直鋪塑防滲相接。湖北省垂直鋪塑軸線距堤外坡腳約4m，鋼板樁防滲墻與垂直鋪塑順堤線平接一定距離后，從高平臺臨江側繞過高平臺，橫穿高平臺至外灘的簡易公路，向下游順堤外坡腳布置于低平臺，鋼板樁軸線距堤外坡腳5~6m，軸線總長1200.7m。燕窩堤段鋼板樁用量3008.5t，其中823.2m防滲墻采用SKSP-IVA型鋼板樁,377.5m防滲墻采用SKSP-IVA型鋼板樁，在軸線的轉折處設異形轉角樁。

1.2鋼板樁防滲墻的結構設計

在這兩個堤段上實施的鋼板樁防滲工程，是將鋼板樁打入堤基透水層下的相對不透水層中，攔截透水層的滲水，形成半封閉的防滲墻，從而起到堤基防滲作用鋼板樁間均以互鎖鎖口連接，有效地防止水流滲透。

鋼板樁防滲墻建在江堤外灘軟土上，先沿鋼板柱軸線開挖施工溝槽，安裝施工樣架，沿樣架插打鋼板樁至設計高程；然后，在鋼板樁頂澆筑鋼筋混凝土鎖口梁，鎖口梁頂貼復合土工膜，膜上覆蓋黏土，與堤防形成防滲整體。鋼板樁沿軸線的布置見圖1.

2工程主要施工技術要求

鋼板樁用作堤防工程的基礎防滲處理，屬于實用新技術,1998年以前我國尚無這方面的應用先例。由于國內水利行業沒有現行的關于這類鋼板樁施工的規程規范，在本工程實施過程中研究解決了諸多技術問題。鋼板樁防滲工程包括鋼板樁插打、土方開挖、土方填筑、鎖口梁澆筑、高噴灌漿和土工膜防滲等主要分部工程，其主要設計指標與要求分述如下：

2.1鋼板樁插打

鋼板樁插打分部工程包括異形鋼板樁的制作和鋼板樁插打就位。

異形鋼板樁焊接的制作標準為：鋼板樁彎曲度(軸線方向)不大于1.1L/1000=22mm，翹曲(法線方向)不大于2.25L/1000=45mm(L為鋼板樁的長度)。

鋼板樁插打的主要施工技術要求如下：

①采用單根打入法插打鋼板樁。相對樁長的垂直度允許偏差一般不得超過2%，閘前段不超過2.5%；鋼板樁上部吊孔需進行處理，使之不漏水；樁頂高程允許偏差為+5cm、-10cm。

②對距離堤坡及已有建筑物近的位置，單根鋼板樁打樁持續時間應小于20min，打樁的順序首先從距建筑物最近點附近開始。

③工程施工過程中應加強施工監測，為鋼板樁施工及工程驗收提供依據。

2.2土方開挖

土方開挖分部工程主要是指沿鋼板樁軸線的溝槽開挖。主要有如下要求：

①按設計開挖線進行開挖，施工過程中應確保邊坡穩定，防止坍塌。

②開挖料應運至指定堆場，避免二次轉運。

2.3土方填筑

土方填筑分部工程是指鎖口梁頂部高程以下的溝槽回填。主要有如下要求：

①設計要求填筑土料應滿足：土料黏粒含量大于15%，塑性指數大于10。填筑土料含水率與最優含水率的允許偏差為±3%。土料不得混有植物根莖、磚瓦垃圾等雜質。

②黏性土填筑之前應檢驗其含水量是否在控制范圍內。如含水量偏高，可采取翻松、晾曬、均勻摻入干土等措施；如含水量偏低，可采取預先酒水潤濕、增加壓實遍數或壓實荷重等措施。

③鋪筑厚度及壓實遍數應根據土質、壓實系數和機具性能確定。

2.4鎖口梁澆筑

該分部工程是指沿鋼板樁軸線包裹鋼板樁頂部的鋼筋混凝土鎖口梁的澆筑。主要有如下要求：

①混凝土入倉溫度控制不低于5℃。入倉坍落度控制在6-8cm。

②鋼筋采用搭接焊接。鋼筋加工、焊接、架設等要求，參見現行規范。

③模板、支撐應架設牢固，可以利用結構銷筋作為模板拉筋，模板制作、架設的允許偏差值，參照規范辦理。

④振搗作業應嚴格按有關規定執行。振搗器距模板的垂直距離不應小于振搗器有效半徑的1/2，并不得觸動鋼筋及預埋件。澆筑的第一坯混凝土以及兩罐混凝土卸料后的接觸處應加強振搗。

2.5土工膜防滲

該分部工程包括上工膜的鋪設、覆蓋土的填筑等。主要有如下要求：

①施工前應對PE土工膜的主要指標進行檢驗。

②鋪膜前應平整場地，達到平整光滑，土質基底干容重大于1.5t/m3，清除石塊、鐵絲、樹根等一切可能損傷復合土工膜的尖棱硬物。

③鋪設時，應力求平順，松緊適度，留足余量，不能出現扭曲、折皺和重疊，以便拼接和適應氣溫變化，而且應與地基土表面緊貼，不得留有空隙。

④當復合土工膜鋪設至周邊建筑物拐角時，應注意裁剪適當，并保證復合土工膜與周邊建筑物的妥善連接，形成完整的防滲系統。

⑤復合土工膜與周邊結構物的連接，采用膨脹螺栓和鋼板壓條鉚固。

⑥結構物上與復合土工膜連接的部位應洗刷干凈，并將局部凹凸不平處用水泥砂漿找平，以便與復合土工膜連接密實。

⑦復合土工膜與結構物連接的部位應涂刷一層乳化瀝青(厚2mm)粘接，以防該處發生滲漏。

⑧鋼板條和螺栓頭應涂刷一層乳化瀝青，以防從螺栓孔周邊滲漏。

2.6高噴灌漿

高噴灌漿分部工程是對洪湖長江干堤鋼板樁與已實施的垂直鋪塑兩種防滲形式的接頭處進行灌漿處理，以便形成完整的防滲體系。主要要求如下：

①高噴灌漿施工在鋼板樁就位后、鎖口梁尚未形成前完成。

②高壓噴射注漿方案確定后，應進行現場試驗、試驗性施工或根據工程經驗確定施工參數及工藝。

③施工前應根據現場環境和地下埋設物的位置等情況，復核高壓噴射注漿的設計孔位。

④高壓噴射注漿三重管法高壓水射流的壓力宜大于20MPa，低壓水泥漿液流壓力宜大于1MPa，氣流壓力宜取0.7MPa，提升速度可取0.1-0.25m/min。

⑤高壓噴射注漿的施工工序為機具就位→貫入注漿管→噴射注漿→拔管及沖洗等。

⑥鉆機與高壓注漿泵的距離不宜過遠。鉆孔位置與設計要求的偏差不得大于50mm。實際孔位和每個鉆孔內的地下障礙物、洞穴、涌水、漏水等情況，均應詳細記錄。

3結論

本項目對鋼板樁用作堤防工程的基礎防滲處理進行了有益的探索，為今后實施類似工程起到了示范作用。

①工程于2000年汛前完工，通過汛期觀測資料分析，工程的防滲效果顯著，說明鋼板樁作為水久性的防滲材料可應用于適宣堤基條件下的堤基防滲加固，以治理堤基滲漏破壞引起的險情。

②采用鋼板樁進行堤基防滲加固處理，具有處理深度大、防滲效果好、施工時對相鄰建筑物影響小、施工速度快等優點，但工程總體造價較高。

③鋼板樁插打施工技術性要求高，必須對鋼板樁的軸向、法向傾斜度嚴格加以控制。否則，不僅會增加標準鋼板樁和異形鋼板樁的用量，增加合龍的難度，而且會壞鋼板樁，影響打樁速度，甚至影響工程的防滲效果。

④鋼板樁防滲工程是由鋼板樁、堤基相對不透水層和土工膜及其上覆土層共同形成的半封閉或全封閉防滲體系。應加強工程的運用管理，嚴禁在工程實施范圍進行植樹或修建建筑物等活動，保證工程(如防滲土工膜)不被水流破壞。若汛期上覆土層遭水流破壞，汛后應及時恢復。在工程范圍附近新建工程設施，需經堤防管理部門同意。

⑤制訂管理規章制度(如：工程安全監測工作管理理條例等)，使管理工作規范化、制度化。

 

 

①長江堤防加固鋼板樁示范項目榮獲2006年度中國水利工程優質(大禹)獎

②胡維忠 男 長江水利委長江者制規對設計研院規劃處副總工程師 長江堤防加固鋼板樁示范項目總設計