桩模围堰在河道生态修复工程中的应用

桩模围堰在河道生态修复工程中的应用

杜红

陕西省西咸新区秦汉新城河道管理站 陕西省西安市西咸新区 710000

摘要：某工程考虑采用纵向桩模围堰分期导流方案，共分两期施工：一期围堰导流过程中先一次打设可供两期围堰使用钢管桩，并在钢管桩后方依次打设宽度为50cm的排架，将钢模板铺设于排架上方，为施工人员行走和后期围堰榀架固定提供平台。待完成一期围堰榀架组装后，按设计要求将其吊入河道内并与钢管桩连接固定，结束后通水导流。待完成一期围堰河道清淤、开挖疏浚、护砌等涉水工程后，组装二期围堰榀架并拆除排架，并将打设好的榀架与钢管桩稳定连接。二期围堰施工结束后通水导流，并将一期围堰拆除。

关键词：桩模围堰；河道修复

1 桩模围堰设计

1.1 设计思路

可拆卸组合桩模围堰主要由受力平衡体系、挡水体系以及防渗体系三部分组成。综合考虑河道水文地质条件以及设计、施工等方面，根据围堰结构抗滑稳定性、抗渗性能进行钢管、方钢或工字钢等不同杆件的选择，组成榀架结构。桁架支架必须具备足够刚度，并按照一定角度倾斜，充分借助河道水流垂直水压力，增大支架与河底的摩擦，达到抵抗河水侧压力、支撑水流浮力及扬压力的作用，并充分利用一定距离生根桩和压重，抵抗侧滑力，形成平衡的受力体系。挡水面由可拆卸钢模板组装而成，主要充当防渗膜钢底面，并与防渗膜共同构成挡水体系。结合防水布水平铺设长度，确定防水布幅宽度以及铺设方法，采用抗撕裂性强的防渗膜防渗，同时确保防渗段土体结构稳定，避免在施工及运行过程中发生管涌、流土及土体失稳，构建起完善的防渗体系。

根据设计桩模围堰断面形式，设计水深2.0m, 加上安全超高0.5m后桩模围堰高度为2.5m。通过Φ48mm×3.5cm架子管组成榀架，迎水面铺设厚度δ=3mm的钢模板，上面铺设防水布，榀架设计角度45°,单个榀架设计长度3.0m, 榀架背侧按0.75m间距依次插打5根Φ150mm镀锌钢管，并通过铅丝使榀架固定于钢管桩，以起到稳固榀架、确保导流围堰结构稳定的作用。单榀桩模围堰断面及后视图分别见图1和图2。

图1 单榀桩模围堰断面图(单位:mm)

图2 桩模围堰榀架后视图(单位:mm)

1.2 抗滑稳定分析

结合该河道生态修复工程现场勘察资料，施工段内设计水深+安全超高的围堰高度应为2.5m, 导流设计水深2.0m。以长度1m的围堰为研究对象，进行如下抗滑稳定计算：

F水平=γh2/2 (1)

式中：F水平为桩模围堰水平受力，kN;γ为水容重，N/m3),取为9.8×103N/m3;h为围堰高(m),取2.5m。

F竖直=G水+G自 (2)

G水=γha/2 (3)

式中：F竖直为桩模围堰竖直受力，kN;a为围堰底宽，m; G水为围堰迎水面上部水体重量，kg; G自为桩模围堰结构自重，kg; 其余参数含义同前。经计算，该河道生态修复工程桩模围堰水平受力为19.6×103N,竖直受力为22.38×103N。

考虑到该河道桩模围堰主要借助围堰结构自重所产生的摩擦力保持受力平衡和稳定，并且桩模围堰通过钢管组装而成，围堰底部无法施加有利于结构整体稳定的压力，故只需F水平≤F竖直×f即可保证围堰结构稳定，其中f为围堰与河底的摩擦系数，结合该河道现状河底情况，取值0.8。根据以上计算结果，F水平≤F竖直×f成立，故围堰结构在自身高度2.5m、宽2.5m、倾斜角度45°时处于稳定状态，发生滑动的可能性很小。

1.3 抗渗性能

进行桩模围堰抗渗计算的目的主要在于保持防渗段土体结构的稳定，避免出现管涌、流土及土体失稳。为满足抗渗稳定要求，桩模围堰防水布水平铺设长度应至少为土体渗透系数的5倍，即5.0m。考虑到该河道生态修复工程主要为淤泥地质，淤泥层具备一定的防渗作用，渗径取值小，从而防渗膜铺设面积也较小，在保证防渗要求的基础上可大大节约成本。

2 桩模围堰施工

2.1 打设钢管桩

在该河道治理工程桩模围堰钢管桩打桩前，必须综合考虑水文地质条件、围堰设计高度、河道水深、水流流速、河底淤泥厚度，按照2.0m确定打桩入土深度。考虑到围堰榀架背面设置长度3.0m的架子管立杆，为增强围堰和钢管桩连接的稳定性，钢管桩地上部分的长度也按照3.0m确定，故本工程钢管桩采用5.0m长的Φ150mm镀锌钢管。

搭设围堰的过程中，河道内水深均值为2.0m, 打桩施工通过船打工艺进行。打桩开始前，安排测量人员根据设计距离先确定出河道钢管桩所在桩位以及0.75m的纵向间距，并保证桩位沿河道纵向方向呈线性布置，弯道处顺长衔接。

钢管桩打设前预热处理拟进场的镀锌钢管，严禁使用表面存在明显锈蚀、弯曲、油污、粗细不匀等缺陷的钢管。对挑选出的钢管还需进一步加工，以确保施工质量。借助专用设备削尖钢管端部，并将桩尖长度控制在300mm左右；钢管桩另一端制作桩帽，方便施打。通过卷扬机将重锤提升至升架最高处，使重锤自然下落，并凭借锤体自重将钢管桩锤打进河底，且钢管桩不能偏斜。所插打的钢管桩间距为0.75m, 并沿河道纵向通长施打。测量员应跟随钢管桩插打进程实测钢管桩垂直度与间距，确保其位于一条直线上，为后期桩模围堰的稳固平顺提供保证。

2.2 搭设排架

当钢管桩打设长度超出2.0m后，开始在钢管桩外侧搭设宽度50cm的排架，并保持钢管桩打设和排架搭设同时进行。所搭设的排架主要用于稳固桩模围堰并为防水布铺设、榀架吊装提供施工便道。排架搭设及连接通过常规的架子管和卡子完成，并通过专用铅丝与钢管桩连接固定。

2.3 铺设防水布

钢模表面覆盖8×30m2规格、1mm厚且质量150kg/㎡、抗拉负荷至少1600N/5cm的PVC双面涂塑帆布挡水材料，以便具备较强的拉应力。考虑的铺设安装的方便，应自下游向上游逆水流方向铺设防水布，顺水压宽按照3m确定。河底平铺宽度为5m, 并将尼龙砂袋沉入河底后压在防水布上，以使防水布密贴河底及模板，减少渗水的发生；横纵向压砂袋的距离均应控制在1.0m。为避免防水布下沉，还应将砂袋拴在防水布水中端，并保证防水布以平顺形式沉入水中，另一端与支架相固定。防水布铺设断面图具体见图3。

图3 防水布铺设断面图(单位:mm)

3.4 围堰排水

在初步完成桩模围堰施工后应立即进行基坑排水，由于围堰局部漏水，必须排净基坑水；排水过程中应将每段围堰连接成整体。对于水深最大的区域必须开挖长×宽×高尺寸为1.0m×1.0m×1.0m的泵坑排水，泵坑四周设置无纺布，避免堵塞水泵。泵坑抽水过程中检查围堰，并通过砂袋加固底脚及接缝处缝隙较大的部分，以缓解水流对防水布造成的压力。

4 结 论

河段治理施工过程中成功应用了钢模围堰技术，这种围堰技术与传统围堰相比技术含量高，防渗效果好，稳定性优越，施工速度及工程造价方面均优势显著，值得在河道治理工程中推广应用。值得注意的是，桩模围堰施工需要将钢管桩插打入河床，故该技术对于河卵石层以及有袋装混凝土的河床并不适用；钢管桩插打为水下隐蔽作业，必须加强设计及施工方案的可行性论证，简化施工难度，保证施工质量。

参考文献

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