深水钢板桩围堰通航防汛一体化设计与施工

深水钢板桩围堰通航防汛一体化设计与施工

刘丹

上海建工四建集团有限公司  上海市  201103

摘要：施工围堰是为涉水工程创造干地施工条件的重要临时工程。但桥梁工程深水墩围堰施工，往往还需要考虑在确保安全适用、经济合理的前提下，如何优化施工措施，减少对航道通行影响同时又兼顾防汛的功能。钢板桩围堰有安全可靠、施工效率高、材料可回收性强等特点，因此近几年应用比较广泛。本篇文章主要介绍了常合高速公路茅山互通至金坛滨湖新城连接线工程中，丹金溧漕河大桥深水钢板桩围堰通航防汛一体化的设计与施工。

关键词：通航；围堰；防汛；一体化

1工程概况

丹金溧漕河桥主桥上部结构为三跨矮塔斜拉桥，上跨丹金溧漕河，跨径组合为55m +90m +55m；主墩墩身分幅设置，三幅桥梁分别设置一个主墩，总共6座。其中，12＃边梁A墩及13＃边梁B墩承台外边与现状驳岸齐平，主墩部分位置侵入防汛大坝，承台作业时，需要将干扰处驳岸及大坝进行破除。因此，面临涉水施工，需要采取水中围堰的方式。

图：丹金溧漕河桥桥位平面图

2围堰的设计与施工

2.1 主要施工难点

围堰作为水中墩施工的一项重要技术措施，合理的选择与布设十分关键。此次围堰设计与施工的难点如下：

①处三级航道内，围堰布置空间受限；

②受汛期干扰，通航与防汛压力大；

③围堰自身止水和结构稳定性要求高，尤其是与现状驳岸连接位置；

④安全风险高，监测任务重。

2.2 围堰形式的选择

对于水深大于4m的深水中施工围堰的选择，目前效果较好的主要有钢板桩围堰、钢管桩围堰、钢套箱围堰等类型。结合现场场地条件，考虑到稳定性、止水性、航道恢复、安拆难易及经济性等因素，在听取业主意见后，最终决定采用拉森钢板桩围堰。主要原因如下：

1）钢板桩围堰对河床的土质要求较低，一般硬土、卵石层或软质岩层的河床均能进行钢板桩插打施工；钢板桩通过锁扣连接，防水性能较好；通过增加围堰沿深度方向的支撑数量，整体刚度较好；钢板桩围堰所有部件在工厂加工后，现场能焊接组装形成定型化产品从而能够适应各种不同的工况条件；钢板桩围堰的回收率能够达到90%以上，通过简单整形后可再次使用，通过周转次数的增加能够有效分摊成本投入。

2）钢管桩和钢套箱围堰止水效果也不错，但需投入大量钢材，用钢量较大，围堰的成本相较钢板桩围堰大大提升。此外，钢套箱围堰需要在工厂预制拼装，回收率低，钢套箱还可能出现下沉过多的现象，一旦如此需要投入大量的人力和机械设备，涉及的工序就会变得极为繁杂。

2.3 围堰设计考虑因素

（1）通航方面：丹金溧漕河航道驳岸线净宽约72.50m，航道净空边线为60.00m，为尽可能减少围堰结构对航道的影响，考虑围堰结构的外边距离现状驳岸5.40m，两侧共占用河道宽度10.80m，不侵入航道净空边线之内。

（2）防汛方面：丹金溧漕河为三级航道，通航净空60×7m，最高通航水位4.38m。根据丹金溧漕河水位情况，常水位标高约1.84m，驳岸顶标高约3.0m，洪水位标高约4.38m，防汛大坝顶标高约5.0m，征得相关部门的意见后，围堰顶最终高度控制在5.0m，高出洪水位50cm以上。

（3）航道河床地质条件：根据地勘资料显示，此处河床覆盖层较厚，主要为砂类土（0.8～1.2m）、粉质黏土（2～4.5m）、及风化岩层等。河床底标高在-0.100m左右，临近驳岸位置汛期水深最高可达4.48m左右。根据经验，钢板桩入土深度与外露高度大于2:1的情况下结构相对较为稳定，因此考虑桩长为12m的SP-Ⅳ型拉森钢板桩施工较为合理，底部嵌入中风化岩层作为持力层，进一步保证了围堰的整体稳定性。

（4）稳定性、止水性方面：拉森钢板桩自身强度高、支撑体系坚固且止水效果很好，考虑采用双排拉森钢板桩加中间填土的形式，整体结构的稳定和止水能力将进一步提高。因此，围堰自身的连接加固措施以及钢板桩内部细节防水处理，成为了此次设计的重点，尤其是与现状驳岸连接位置处的止水稳固。

（5）安全风险与监控：涉航道施工，为防止船只碰撞影响围堰安全，需要布设好足够多警示标志标牌与道具。同时，为确保围堰稳定，监测控制点布设及频率需要进一步增加。

2.4 围堰设计与实施方案

结合以往施工经验，经过慎重考虑与精心设计，最终决定采用双层拉森钢板桩+围檩+拉筋来作为围堰主体结构。围堰之间采用砼封底+防水土工布+填土夯实的方式来加固主体和实现止水效果。最后根据原大坝及最高通航水位的情况，顶部采用袋装土筑坝的方式实现围堰防汛一体化。不仅保障了通航条件下水中墩的施工顺利，又满足了防汛的要求。

图：围堰设计示意图

2.4.1 围堰布置情况

（1）围堰采用双排SP-Ⅳ型拉森钢板桩，桩长12m，入土深度7.9m，外露高度4.1m，钢板桩顶标高4.000m，围堰内填土压实至钢板桩顶标高，上方采用袋装土堆至5.000m标高。

（2）围堰内净宽3m，自现状驳岸向外依次为1.6m围堰后回填＋0.4m拉森钢板桩＋3m围堰＋0.4m拉森钢板桩＝5.4m。

围堰底部采用10cmC20砼进行封底处理，内部满铺防水土工布，然后中间填土压实。

（3）为进一步加强双排钢板桩的整体性和刚度，在钢板桩外侧迎水面设置400×400工字钢围檩，按间距2m设2Φ20钢筋进行拉结。围堰内分层填筑土方并压实，不得留有死角。

（4）围堰转角处水域中设置12mφ630钢管桩与三角防撞柱并张贴反光警示贴，围堰顶设置爆闪灯起到警示作用，沿围堰拉森钢板桩外侧设置LED灯带起到示宽作用。

（5）围堰施工时对未破除部分驳岸进行防护，机械行走区域全部铺设路基箱板，不得位于驳岸压顶无填土区域进行施工作业。

（6）施工监测主要考虑新建围堰结构的水平、沉降监测。拟在东西两侧每侧围堰上布设5个监测点，在东西每侧中间、转角及顺接驳岸出各布置1个监测点，工程中总计布设10个。测点采用钢钉打入土基内，高出0.5cm用来放置钢尺，布设完成后立即测量初始值。

图：围堰平面布置示意图

图：围堰断面布置示意图

2.4.2 围堰与驳岸连接位置细节防水处理

现状驳岸为混凝土重力式挡墙结构，钢板桩围堰与驳岸接缝处防水处理十分困难。因此反复考虑后，计划在破除驳岸时，围堰两侧钢板桩各延伸一段，直接伸入岸边土体内。同时，与驳岸相交接缝位置，顺接贴合驳岸表面各出去1米，采用膨胀螺栓连接，接口范围内满铺防水土工布，利用袋装土填充压实。这样处理后，总体防水止水及稳固效果将十分明显。

2.5 围堰施工控制要点

（1）拉森钢板桩严格按照导向围檩、定位桩轴线进行屏风式插打，紧贴导梁从上游至下游插打。

（2）插打时严格控制好桩的垂直度和标高。沉桩偏差范围：平面位置纵向100mm、横向-50mm～0mm、垂直度允许偏差不大于1/100。如果存在误差，就通过吊机调正吊点方位进行调整。如果垂直度不符合标准，必须先拔出后再插打。

（3）钢板桩咬合位置一定要紧密，如果咬合位置不紧密，在水压作用下锁口会产生扭曲、胀缝，最终产生渗漏的现象。如果锁口处渗漏，采用棉花絮、树木条、麻绒等嵌填在钢板桩内侧，或从漏缝外侧撒入一定量的焊渣、碎木片或谷糠等，随水流挟带进漏缝内，经水的渗透后进行填堵。也可用品质较好的塑料薄膜整片覆在围护外侧进行挡水处理，以此降低渗水量。

（4）双层钢板桩之间砼封底施工，一定要清淤回填到位，确保坑底无积水，浇筑密实。铺设防水土工布一定要覆盖到位，分层填土压实，保证围堰结构稳固和良好的止水功能。

（5）围堰顶部采用袋装土筑坝，一定要按标高要求布置到位，外侧再包裹一层防水土工布，加强大坝的稳定与挡水效果。

（6）围堰上下游位置务必按要求设置好防撞墩，布设好安全警示标牌。顶部安装爆闪灯和夜间照明等安全设置，确保来往船只和围堰自身施工的安全。

3 围堰实施效果

1、围堰整体稳定性、止水情况

（1）经过验算，围堰结构强度、整体稳定性系数为2.199、抗倾覆验算数值为1.233、抗隆起验算数值为2.701、抗管涌验算数值为10.160、嵌固深度为7.9m，所有参数完全满足规范要求，自身设计结构稳定。

（2）围堰施工监测

监测频率：围堰施工阶段1天1次，承台施工阶段1天1次，立柱施工阶段2天1次，汛期加密到1天2次。

经过数据采集分析，围堰累计报警值未达到40mm，速率控制在5mm/d以内，位移数值基本在20mm～30mm之间，完全满足施工和安全要求。

（3）围堰之间采用填土压实+砼封底形式，基坑内侧、底部几乎无外部水渗入。此外，围堰与驳岸相交位置的细节防水处理，渗水量十分少，配合抽水泵机，完全能阻隔外部水流，止水防水效果明显。

2、防汛通航情况

汛期施工期间，大坝标高5m，完全能满足最高洪水位4.38m和航道正常通行的需求。围堰结构自身稳定良好，位移量符合规定，止水效果突出，完全能满足施工要求。同时，随着上下游设置警示标牌，在围堰顶布设爆闪灯，两侧打设水中防撞墩，通航期间，完全保证了围堰内基坑施工安全。

此次围堰通航防汛一体化施工设计效果明显，安全可行。

4结论

随着桥梁建设的不断深入发展，涉水施工作业不可避免会遇到通航甚至防汛等各种各样情况。相较于传统围护方式，采用围堰防汛一体化设计是今后水中作业的一个优势。不仅能克服场地限制，兼顾通航防汛等要求，又能保障结构稳定施工安全，可操作性强。

通过本次常合高速公路茅山互通至金坛滨湖新城连接线工程中的丹金溧漕河大桥水中墩围堰通航防汛一体化的施工应用，不仅取得了良好的效果，同时也为后续涉水作业围护提供了新的思路与宝贵的经验。