水闸基础工程中钢管桩围堰施工技术

中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：

摘要：近些年，随着我国社会经济和水利工程建设的快速发展，水闸的数量逐渐日益增加。

钢管桩围堰施工技术逐渐被广泛应用于水闸当中。文章针对某水闸基础工程中钢管桩围堰施工技术进行了分析，为同类似工程提供参考和借鉴。

关键词：水闸工程;钢管桩;围堰施工技术

Abstract: in recent years, along with the social economy and water conservancy project construction of rapid development, the amount of damages to the increasing gradually. Steel pipe piles construction technology of the cofferdam is gradually widely used in of damages. According to a raft foundation engineering of steel pipe pile construction technology of the cofferdam are analyzed, with the similar projects for reference and using for reference.

Keywords: locks engineering; Steel pipe pile; Cofferdam construction technology

随着我国沿海地区经济的快速发展，水利枢纽工程数量不断增加。沿海地区水利工程的地基一般为深厚软基，主要为淤泥或者淤泥质粉质粘土。混凝土围堰和圬工围堰等技术由于其处理技术复杂、成本高等原因不能满足当今水利设施建设中水闸的需要。而钢管桩框格填土围堰技术具有适应地基变形性能强、断面较小、成本低和施工方便的特点，很好地满足了水闸的需要，对城市水利工程建设乃至城市的总体发展具有重要的意义。

1工程概况

某水闸基础工程是一个集挡潮、防洪排涝等综合功能于一体的工程，为2级建筑物，根据水闸所处的地形、地质情况，围堰断面不能太大，施工围堰按5级建筑物进行设计，采用钢管桩框格式内填土围堰，围堰挡水标准按全年P=20%标准设计，相应潮水位为4.32m，围堰顶高程参照老堤标准定为5.2m。

2围堰结构型式

围堰为钢管桩框格内填粘土结构，宽度5.5m，顶高程5.2m，最大堰高约为7.7m（其中1.2m为子围堰），堰长约320m。

3围堰施工方案

3.1施工程序

施工程序为：测量放样河道清障打桩船定位船上打桩联桩固定绑孔竹排铺挂土工布填筑第一层围堰围堰内外侧抛石填筑填筑第二层围堰在汛期之前完成子围堰加高围堰拆除拔桩挖泥船清障。

3.2关键施工技术

（1）基础清理后进行围堰构筑，围堰修筑从下闸首开始，到上游挡墙部位结束，分层填筑。首先进行准220钢管打桩施工，打桩采用打桩船作业，打桩要候潮施工，因此每天的施工时间有限。根据已定位的围堰标志，经现场复核后开始打桩。钢管采用打桩船分段打入，钢管接头采用内套筒焊接形式，部分钢管的段与段之间采用钢筋帮条焊连接，入土深度控制在8～13m。打桩时单排桩进行，采用边打边退方式行进，分段进行围堰构筑。

（2）钢管桩施工完成后，进行槽钢围囹的安装，围囹加固时，在确定围囹高度后保持工字钢水平，围囹接头上下错开布置，每侧端头用连接板焊接固定。纵向围囹固定后，围囹之间用准25钢筋对拉横向加固，间距0.8m。

（3） 每排钢管纵向之间插入毛竹片，毛竹片规格采用3.0m×1.5m，横向放置，毛竹片之间用铁丝绑扎并与钢管连接牢固。然后在竹笆内侧人工铺挂土工布。钢管两侧抛石采用机挖和开底驳船抛填，填筑到高程1.5m，第一层围堰土方填筑高程到潮水位以上。围堰填筑土料采用主体工程开挖范围内的表层土，利用工程车运到施工围堰现场再用挖泥船进行填筑。待围堰初步沉降后，再逐步展开第二层的施工，并设置顶部围囹，第二层土方填筑到高程4.0m。第三层为顶部子围堰在汛期前完成，土方填筑到高程5.2m。

（4） 施工围堰完成后，在围堰的内侧设排水沟进行基坑排水，基坑内排水要缓慢，并在施工围堰顶部各设置若干位移观测点和沉降观测点，派专人定期对围堰进行观测。当围堰出现较大沉降变形时，用槽钢进行加密加固，并及时补充填筑土方，确保围堰稳定，标高达到设计要求。

4围堰安全校核

钢管桩围堰结构安全验算项目包括：抗倾覆、地基整体稳定、渗透稳定、基坑抗隆起及挤淤深度计算，验算结果如下。

4.1抗倾覆计算

采用的水位组合条件为：围堰外水位4.32m，围堰内无水，河床底高程-2.5m。抗倾安全系数为

K2=Mr/Ma

式中：

Mr—抗倾覆力矩；

Ma—倾覆力矩。

Mγ=Mγ1（被动土压力抗倾力矩）+Mγ2（堰体自重抗倾力矩）+Mγ3（钢管桩抗倾力矩）

Ma=Ma1（水倾覆力矩）+Ma2（主动土压力倾覆力矩）水的倾覆力矩为

Ma1=γwH03/6=518.1kN·m

式中：

γw—水的容重；

H0—水体的高度。

主动土压力为

，不考虑墙背与土体之间有拉应力存在的可能，可得墙背上总主动土压力为，则主动土压力的倾覆力矩为

式中pa—主动土压力；

γ浮—土的浮容重；

Z—土的深度；

Ka—主动土压力系数，Ka=tan（245-φ/2）=0.548；

c—土的粘聚力；

φ—土的摩擦角；

H1—临水侧镇压层高度。

倾覆力矩为

Ma=Ma1+Ma2=518.1+8.1=526.2kN·m

被动土压力计算公式为：，则被动土压力的抗倾力矩为

堰体内假设的浸润线如图2所示，浸润线以上土体采用湿容重，以下土体采用浮容重，则堰体自重的抗倾力矩为

Mr2=0.5γ浮LH2L/3+0.5γ湿LHL/3+γ湿0.5×（1+2.2）h（L－0.6）=1337.4kN·m

钢管桩摩擦力产生的抗倾力矩为

Mr3=fsikπDH3L/0.6=12×3.14×0.22×5.5×5.5÷0.6=417.9kN·m

以上式中γ湿—土的湿容重；

pp—被动土压力；

Kp—被动土压力系数，Kp=tan（245+φ/2）=1.826；

H2—临基坑侧镇压层高度；

L—堰体的宽度；

h—子围堰的高度；

l—子围堰的平均宽度；

fsik—淤泥的桩侧摩擦力；

D—钢管的直径；

H3—钢管的插入深度（为了安全起见，取H3较小值进行验算）。

总的抗倾覆力矩为

Mr=Mr1+Mr2+Mr3=502.2+1337.4+417.9=2257.5kN·m

抗倾安全系数为K2=Mr/Ma=2257.5÷526.2=4.29＞3（规范规定值）满足要求。

4.2地基整体稳定计算（包括压重体自身稳定）