雁洲水（船）閘工程鋼板樁圍堰型式選擇與實(shí)踐

葉三元 李 蘅

(長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司)

 

摘要:雁洲水(船)閘工程位于廣州市番禺區(qū)市橋河河口，由水閘和船閘組成。閘址區(qū)地形平坦開闊,河床地基存在較深厚的淤泥層,汛期易受臺(tái)風(fēng)暴潮的侵襲。本文結(jié)合工程布置及水文地質(zhì)條件,經(jīng)對圍堰型式的比選,最終采用雙排鋼板樁圍堪型式。并較詳細(xì)地闡述了圍堰的設(shè)計(jì)與施工情況,實(shí)踐表明選用鋼板樁圍堰具有技術(shù)先進(jìn)、安全適用、占地面積小等優(yōu)勢,可為類似工程的方案選擇與設(shè)計(jì)提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞:雁洲水(船)閘 鋼板樁 圍堰;

1工程概況

雁洲水(船)閘工程位于廣州市番禺區(qū)市橋河河口,由水閘和船閘組成,為廣東省第二大、廣州市最大的水(船)閘。水閘共9孔，單孔寬度為16.0m，總凈寬為144m;船閘設(shè)計(jì)最大通航船舶為 500t級,船閘有效尺度為120.0mx16.0mx3.5m(長x寬x最小檻上水深)。

工程所處市橋河流域地處珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)的東南部,上承北江和西江洪水,下納獅子洋海潮。每年汛期既受臺(tái)風(fēng)暴潮的直接侵襲,又受北江和西江洪水的直接威脅,洪、潮、澇季節(jié)性變化極為明顯。

閘址區(qū)屬珠江三角洲淤積、沖積平原,地形平坦開闊,地面高程一般為0.6~2.0m,區(qū)內(nèi)魚塘溝渠及房屋、工廠星羅密布。市橋河河道順直，河面寬約 210m 左右,汛期流量大,河床寬淺。主流深泓位于左側(cè),河底高程一般為-4.0--5.0m,最低處為-6.08m。工程施工期有交通要求，不能斷航。

 

2 圍堰方案選擇

根據(jù)本工程樞紐布置情況及地形、水系特點(diǎn),雁洲水閘施工導(dǎo)流比較了明渠導(dǎo)流和束窄河床分期導(dǎo)流方式，圍堰型式比較了全年土石圍堰和鋼板樁圍堰等型式。

(1)全年土石圍堰方案

全年土石圍堰方案,采用河床一次斷流、明渠導(dǎo)流的導(dǎo)流方式。在右岸布置底寬50m、渠底高程為-4m的導(dǎo)流明渠,明渠挖深一般為 3~7m。

河床布置上、下游土石圍堰,堰身采用坡積土和膜袋砂筑成。為滿足軟基上圍堰穩(wěn)定要求，上、下游圍堰迎、背水側(cè)分別設(shè)多級反壓平臺(tái)，圍堰底寬達(dá)140m。平面布置見圖 2-1。

 

(2)鋼板樁圍堰方案

鋼板樁圍堰方案,采用分期導(dǎo)流的導(dǎo)流方式。-期圍左岸的船閘(上下閘首和閘室)和左岸4孔水閘,右岸河道通航;二期圍右岸的剩余5孔水閘,由已完建水閘中的左岸3孔水閘泄流,船閘通航。導(dǎo)流工程圍堰平面布置見圖 2-2

 

(3)方案選擇

從導(dǎo)流風(fēng)險(xiǎn)看，鋼板樁圍堰在遭遇超設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)暴潮的情況下,其危害程度較小,不會(huì)影響到總工期;而土石圍堰很難抵御風(fēng)暴潮的損害,輕則需在風(fēng)暴潮過后對圍堰進(jìn)行修復(fù)，重則危害整個(gè)工程建設(shè),影響完建工期。

 

從施工占地及環(huán)境影響看，由于閘址區(qū)魚塘溝渠及房屋、工廠星羅密布、土石圍堰方案采用明渠導(dǎo)流臨時(shí)征地面積較大、費(fèi)用較高，對環(huán)境造成不利影響，且城區(qū)征地拆遷困難。鋼板樁圍堰方案則具有臨時(shí)占地面積小，工程臨建費(fèi)用相對較低，對周邊環(huán)境影響較小的優(yōu)點(diǎn)。

 

結(jié)合工程實(shí)際和當(dāng)?shù)?a href=http://www.www.efanghs.net target=_blank class=infotextkey>施工特點(diǎn)，最終推薦采用鋼板樁圍堰方案。

3 鋼板樁圍堰型式選擇

目前，鋼板樁應(yīng)用于圍堰工程主要包括格型鋼板樁圍堰、雙排鋼板樁圍堰和單壁鋼板樁圍堰等型式,具體適用條件及工程實(shí)例見表 3-1。

 

格型鋼板樁圍堰是由一系列彼此連接的一字型鋼板樁格體所組成的臨時(shí)擋水擋土建筑物,格體鋼板被的鎖口相互扣接形成一定形態(tài)的封閉空間,內(nèi)填砂礫石料以保持格體穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)型式見圖 3-1。

 

雙排鋼板樁圍堰通常由通過拉桿連接的兩排U型鋼板樁組成,兩排樁之間回填砂礫石料,形成擋水擋土結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)型式見圖 3-2。

 

單壁鋼板樁圍堰是采用單排鋼板樁加多層內(nèi)支撐形成基坑擋水和支護(hù)結(jié)構(gòu)，多用于承臺(tái)及基礎(chǔ)水下部分施工時(shí)的防水圍堰，結(jié)構(gòu)型式見圖3-3。

 

單壁鋼板樁圍堰主要采用鋼板樁加多層內(nèi)支撐形成獨(dú)立基坑，在本工程中可用于靠船墩等獨(dú)立結(jié)構(gòu)。格型鋼板樁圍堰和雙排鋼板樁圍堰對于本工程一、二期圍堰均可采用;格型鋼板樁圍堰所采用的一字型鋼板樁,國內(nèi)多用于碼頭永久性工程,重復(fù)利用的較少，材料需進(jìn)口購買，如需租賃費(fèi)用也相對較高;對于雙排鋼板樁圍堰通常采用的U型鋼板樁,目前我國生產(chǎn)工藝成熟,容易在國內(nèi)市場購買或租賃，成本相對較低。因此,本工程一、二期圍堰推薦采用雙排鋼板樁型式。

 

4 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與施工

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程圍堰由雙排拉森式SP-V型鋼板樁組成,迎水側(cè)樁頂高程為3.3m,擋水水位為2.8m，背水側(cè)樁頂高程為2.8m,兩排樁間距為8m,內(nèi)外側(cè)鋼板樁樁長均為 18m。鋼板樁頂部鋼圍檁采用槽鋼[28b,分別在高程2.0m、-0.5m處設(shè)置一道ф40拉桿，考慮鋼板樁幅寬為 400mm，拉桿水平間距擬定為 1.6m。對于河床工程低于-4m的部位,在-0.5m處增設(shè)一道 ф40 拉桿。圍堰圍護(hù)基坑最大開挖高程-6.3m，較天然河床深約 4m。圍堰結(jié)構(gòu)剖面如圖 4-1,平面示意圖如圖 4-2。

雙排樁之間填料采用砂礫石料，填筑高程為 2.8m。砂礫石料要求級配均勻,含泥量(粒徑小于 0.lmm 的含量)小于5%。滲透系數(shù)應(yīng)大于10-2cm/s。拋填自重壓實(shí)干容重大于1.90t/m3,內(nèi)摩擦角在30°~35°之間。

由于圍堰穩(wěn)定的需要，圍堰背水側(cè)設(shè)置高2.0m、頂寬5m的砂礫石支撐體。為減小鋼板樁所受內(nèi)力,對于河床高程低于-3m和-4m的部位，基坑側(cè)支撐體填筑高度需分別加高為2.5m和3.0m;為加強(qiáng)圍堰的結(jié)構(gòu)整體性，參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，每隔 24m設(shè)置一排橫向鋼板樁。

 

一期基坑面積4.2萬㎡、鋼板樁圍堰軸線全長581.9m,共使用鋼板樁約2900根,總重4500余噸。二期基坑面積約1.5萬㎡，鋼板樁圍堰軸線全長345.7m,共使用鋼板樁約 1700根,總重2600多噸。

 

(2)定與強(qiáng)度驗(yàn)算

雙排鋼板樁圍堰可視為一種“重力式”擋水擋土結(jié)構(gòu),計(jì)算時(shí)將其作為整體參照《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL379-2007)中抗滑、抗傾覆等計(jì)算方法進(jìn)行整體穩(wěn)定分析。并參照多層支點(diǎn)排樁計(jì)算方法，對單排鋼板樁插人深度、整體穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定等進(jìn)行驗(yàn)算。

強(qiáng)度驗(yàn)算采用彈性支點(diǎn)法分析鋼板樁和拉桿所受內(nèi)力,經(jīng)計(jì)算鋼板樁所受最大彎矩為 302kNm,拉桿所示最大拉力為480kN。再根據(jù)《板樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(JTJ292-98)核算鋼板樁強(qiáng)度，根據(jù)《港口工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ283-99)核算鋼拉桿直徑;并將圍檁簡化為簡支梁,進(jìn)行強(qiáng)度核算。

經(jīng)計(jì)算,本工程鋼板樁圍堰穩(wěn)定及強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

 

(3)鋼板樁圍施工與運(yùn)行況

本工程于2008年11月28日開工,2010年10月28日順利完工，其中一期鋼板樁圍堰于2009年2月6日試樁開始,采用40t液壓振動(dòng)錘進(jìn)行鋼板樁水上拼插施工,4月10日鋼板樁施打基本完工,5月18日圍堰合龍閉氣后開始抽水,平均每天施打鋼板樁45 根。鋼板樁圍堰運(yùn)行以來,經(jīng)受了臺(tái)風(fēng)的正面襲擊及2.2m高潮位的考驗(yàn),圍堰運(yùn)行監(jiān)測結(jié)果見圖4-3,可見圍堰變形較小,圍堰運(yùn)行狀況良好,確保了主體工程干地安全施工。

 

5 結(jié)語

在國內(nèi),鋼板樁圍堰在橋梁、水運(yùn)工程中使用較多,但在水利水電工程中使用量相對較少。當(dāng)采用土石圍堰或其他形式圍堰受到工程條件限制時(shí)，如本工程地處沿海地區(qū)軟土地基，修建土石圍堰存在結(jié)構(gòu)斷面大、易受風(fēng)暴潮損害、導(dǎo)流明渠征地拆遷困難等問題,可根據(jù)工程特點(diǎn)研究采用鋼板樁圍堰型式。實(shí)踐表明鋼板樁圍堰具有技術(shù)先進(jìn)、安全適用、占地面積小等優(yōu)勢，可為類似工程的方案選擇與設(shè)計(jì)提供有益的參考和借鑒。

 

參考文獻(xiàn)

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[5]《港口工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ283-99),中華人民共和國交通部

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[7]軟土地基大跨度雙排鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究，高加云等,第2屆國際熱軋鋼板樁應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)論文集,2008.11