鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)形式的開拓創(chuàng)新和展望

利用鋼板樁作為水上施工的臨時圍堰工程，一般有單排鋼板樁、雙排鋼板樁、格型鋼板樁圍堰等結(jié)構(gòu)形式。在近50年的工程實踐中，我院科技人員始終以環(huán)境條件為要素，工程安全、結(jié)構(gòu)合理、造價經(jīng)濟(jì)、方便施工為原則，通過繼承和創(chuàng)新，結(jié)合工程研究開發(fā)出一個又一個鋼板樁圍堰新技術(shù)。如：單排鋼板樁半圓拱形圍堰、大跨度雙排鋼板樁圍堰、單排鋼板樁大直徑圓形圍堰、島式~半島式鋼板樁基坑圍護(hù)圍堰、與塢門、塢墩等主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的單排鋼板樁圍堰、與土壩、沉箱、方塊等結(jié)構(gòu)組合的單排鋼板鋼板樁防滲圍堰等新型結(jié)構(gòu)。

1.1           單排鋼板樁圍堰

單排鋼板樁圍堰作為臨時擋水結(jié)構(gòu)，具有構(gòu)造簡單、投資省、占地小等明顯優(yōu)點，一般用于擋水高度較小的場合，其外荷載由鋼板樁的抗彎剛度及入土部分的側(cè)向抗力來承受，可根據(jù)想要采用不同的平面布置形式。

1969年上海江南造船廠2號船塢改造工程（萬噸級，有效尺度184X24X9.0mm），塢口建造首次采用了單排鋼板樁半圓拱形圍堰。

1.2           雙排鋼板樁圍堰

雙排鋼板樁圍堰是由兩排并立的鋼板樁（排距通過計算確定，一般為10~15m）通過上部的連續(xù)鋼梁與鋼拉桿連接，內(nèi)部回填砂土后形成自立擋水堰體。由鋼板樁入土部分的被動土壓力、中間填料的抗剪力以及鋼板樁的抗彎剛度來共同抵抗外力。一般可采用U型、Z型鋼板樁。適用于水深、浪大、流急的軟土地基以及單排鋼板樁、土壩圍堰不易建造的場合。

雙排鋼板樁圍堰是船塢工程常規(guī)的塢口建造方法之一，一般跨度不超過200m.隨著現(xiàn)代化船廠生產(chǎn)綱領(lǐng)的需要，船塢雙座并列的布置形式對塢口的建造提出了新的課題。為統(tǒng)籌安排施工，節(jié)省工程造價，在繼續(xù)和集成已有設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷創(chuàng)新，提出大跨度雙排鋼板樁圍堰雙塢口并列建造的設(shè)計新技術(shù)，并獲得了成功。

我院雙排鋼板樁圍堰工程主要設(shè)計業(yè)績見下表：

通過上述系列工程的實踐，雙排鋼板樁圍堰工程的規(guī)模從早期塢口寬度24m，進(jìn)展到雙塢并列建造圍堰軸線長度達(dá)480m，以及軟基礎(chǔ)處理技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，使雙排鋼板樁圍堰的技術(shù)水平達(dá)到了新的高度。

工程實際效果表明，雙排鋼板樁圍堰與土壩圍堰相比，具有施工進(jìn)度快、占地空間小、止水性能好，安全性高等優(yōu)點。

1.3           格型鋼板樁圍堰

格型鋼板樁圍堰式將執(zhí)行型鋼板樁打成圓筒形組成鄰接的格倉，在其中填充砂土組成連續(xù)的墻體，通過中間填料的抗剪和鋼板樁鎖口的摩擦力來抵抗外力。一般適用于水深、水底又無一定厚度覆蓋的場合，比較U/Z型鋼板樁，直線型鋼板樁用鋼量少，具有更經(jīng)濟(jì)的性價比。

1980年馬耳他船廠30萬噸級船塢工程（規(guī)模：360*62*11.2m）采用格型鋼板樁圍堰，獲得國家優(yōu)秀設(shè)計獎。

3.4     大直徑圓型單排鋼板樁圍堰

在長江引水工程2座江中取水泵站工程中采用了大直徑圓型單排鋼板樁圍堰。

1991年，采用單排PU16鋼板樁作為內(nèi)徑31.2米的施工圍堰，內(nèi)設(shè)5道桁架式鋼圈梁。

2005年，在國內(nèi)首次采用單排寬幅AU25鋼板樁組成水上大直徑（50.4m）圓型深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以4道環(huán)向鋼圈梁作為內(nèi)支撐體系，并采取2.5米厚水下混凝土封底措施，擋水高度17.3m.通過一系列的科研活動，優(yōu)化了施工工序，不僅有效地控制了圓型鋼板樁圍堰的施工誤差、內(nèi)力分布和變形（最大變形21mm），還有助于在長江口復(fù)雜的風(fēng)浪水流條件下施工方便和縮短工期，滿足了復(fù)雜體系的泵站主體結(jié)構(gòu)施工空間、環(huán)境、進(jìn)度和安全要求。本工法已得到發(fā)明專利申請?zhí)枴?/span>

3.5    島式~半島式鋼板樁基坑圍堰

以半島式、島式水上基坑圍護(hù)法為塢口結(jié)構(gòu)建造技術(shù)的設(shè)計思想是：通過對陸上直立式開挖建造地下建筑物的基坑的環(huán)境條件，創(chuàng)新性地采用獨立的島式、半島式水上基坑圍護(hù)法------先建塢口主體結(jié)構(gòu)，后利用塢門擋水再施工后續(xù)結(jié)構(gòu)的建造方案，基坑支護(hù)采用鋼板樁加鋼支撐支護(hù)體系。

該設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新研究和成功應(yīng)用，式船塢塢口建造史上的一次重大革命，具有節(jié)省工程造價、對周邊環(huán)境影響較小等優(yōu)點，對受地形、水域等周圍環(huán)境條件限制，無法實施大圍堰的船塢工程開辟了廣闊的應(yīng)用前景。其工程實例如下：

3.6 其他創(chuàng)新結(jié)構(gòu)形式

在臨時圍堰工程鋼板樁技術(shù)的應(yīng)用研究中，結(jié)合工程實際，因地制宜，在下列工程中進(jìn)行了鋼板樁圍堰新型結(jié)構(gòu)形式的開發(fā)和實踐：

3.7 展望

隨著國家基本建設(shè)蓬勃、有序的發(fā)展，鋼板樁圍堰技術(shù)因其近乎完美的各種解決方案，必將在港口工程、海洋工程、水利工程、市政工程、人工島等領(lǐng)域得到進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。為此，引進(jìn)先進(jìn)的工法和設(shè)備，在直線型格型鋼板樁、HZ/AZ組合鋼板樁等方面進(jìn)行新的探究，提供性價比更高的、施工更快捷的設(shè)計方案，具有十分重要的意義和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。