浅谈拉森钢板桩在水利工程建设中的应用

浅谈拉森钢板桩在水利工程建设中的应用

王建

安徽省引江济淮工程有限责任公司 安徽合肥 230000

摘  要：随着我国水利工程的高速发展，钢板桩在水利施工中得到了广泛应用。钢板桩是一种方便快捷、工艺简单、施工工期短、可二次重复回收再使用的桩型，具有挡水、挡土等特点。本文通过水闸施工案例介绍了拉森钢板桩的特点，以及在围堰、导流等临时工程中的具体应用，可为水利工程在实际施工中提供参考。

关键词：拉森钢板桩；水闸；围堰；明渠导流

1 拉森钢板桩工艺简介

钢板桩是一种带锁的型钢，按照横截面类型分类，分为Z形桩、直线形桩和U形桩。本文的水闸施工案例主要使用的是U形桩，又叫做拉森钢板桩（如图1）。

拉森钢板桩是采用带锁口或钳口的热轧型钢，依靠锁口或

钳口相互咬合连接，形成钢板桩支护墙。由于其接口采用密扣

式连接，能有效地防止水土流失，同时钢板厚度达 6 mm 以上，

具有一定刚性。拉森钢板桩施工操作简单快捷，锁扣可以互相

拉森具有较高的防渗、防水特性，施工进度快，施工过程不受 （图1）U形钢板桩（拉森钢板桩）

天气条件的影响。 

拉森钢板桩使用寿命50年以上，可重复使用约60次，在水利临时工程中可采用自购或租赁方式，经济性能较好。可以降低对土资源及空间的要求，并解决土方挖掘过程中的一系列问题。使用拉森钢板桩进行导流明渠施工、围堰施工，使质量和安全可控。拉森桩钢板桩作为止水挡土结构时，可广泛应用在水深4m以上，河床覆盖层较厚的砂类土、碎石土和半干性土地质条件下，作为挡土结构时可广泛应用在粘土，风化岩层等基础工程开挖。

2 导流明渠及围堰应用案例

2.1 工程概况

黄陂湖节制闸位于安徽省合肥市庐江县西河自缺口大桥向上游300米处，该工程为引江济淮工程（安徽段）截污导流水质保护专项工程之一。其主要任务是控污、挡水与排洪。黄陂湖节制闸设计流量760m3/s, 黄陂湖闸规模为中型，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为3级。黄陂湖上游洪水主要来自降雨，其时间空间分布与本地区降雨基本一致。随着时间、季节、气候的变化，水位、流量的变化均呈现出明显的、周期性的丰水期、枯水期交替的变化。鉴于工期短、下游无重要保护对象，导流标准选用5年一遇设计洪水和流量，导流时段为11月~次年3月，相应时段导流设计流量为26m3/s。总体而言，本工程汛期流量较大，如通过导流明渠进行全年导流，不仅安全隐患较大，且临时用地不足，无法实现。综合考虑，汛期采用主河道闸室进行过流。

2.2 导流明渠设计

闸址左侧为基本耕地且存在大量居民自建房屋，基坑

右侧为堤防内滩地，土层为淤泥质粉质壤土，不具备开挖

放坡开挖条件。故导流明渠布置在右侧堤防内滩地，采用

拉森钢板桩支护，上游来水可通过水闸右侧布置的明渠导

流下泄。明渠底宽6m，渠道长350m，渠内流速2.06m/s，

大于不冲流速1.05m/s，出口铺筑一层0.4m厚碎石层，       （图2）导流明渠横断面图

并浇筑0.15m厚C15砼进行防护（如图2）。支撑连接采用单排支撑，采用21号工字钢作为横撑，形成整体支撑体系。

导流明渠沿着右侧堤防外侧布置，为确保施工期安全、形成封闭施工区域，加强导流明渠临边防护。导流明渠、围堰临边防护主要采用框架护栏网，少部分区域采用钢管防护围栏。防护栏上设置“禁止攀越”、“当心落水”、“施工用地，禁止入内”等安全警示标志牌，夜间施工及与当地道路交叉地段设置照明设施和爆闪灯。重要部位按规定设置安全警示标志牌，高处临边防护栏杆处设有夜间警示红灯。

2.3 围堰设计

根据导流和围堰方案，在主河道上下游设置挡水围堰，将河道来水引致导流明渠。本工程在上下游设置均质土质不过水围堰，

闸址上、下游围堰设计水位分别为8.3m

和7.62m，考虑风浪爬高和安全超高，

上下游堰顶高程分别取为9.0m和8.2m，

因堰顶有交通围堰要求，顶宽取5.0m，

围堰填筑水位以上边坡1:3，填筑水位          （图3）上游围堰横断面图

以下边坡1:5~1:7，上、下游围堰距基坑建筑底边线和导流明渠进、出口的距离不小于10m，围堰填筑（拆除）量为2.22万m3。由于黄陂湖节制闸河道淤泥层厚度约3m，上游围堰受到静水压力及渗透压力的作用会向下游滑动，威胁基坑施工安全，故采用15m拉森钢板桩进行围堰止水及挡土加固（如图3）。先进行围堰填筑，水下填筑围堰一次完成，水上填筑围堰需分层压实，压实度不小于91％，每层填筑厚度不超过30cm，填筑完成后沿围堰轴线依次进行钢板桩插打。

2.4 选用拉森钢板桩的优点

选用拉森钢板桩作为导流明渠的施工方案，对比开挖土方导流明渠具有很多优点。其一，不受天气影响。拉森钢板桩由打拔桩机进行打桩，打入原状土层，打桩完毕后再进行渠道内土方开挖，故打桩过程中不受天气影响。其二，施工进度快。拉森钢板桩的施工进度主要受钢板桩堆放及打桩机械数量的影响，均不是客观原因，可通过增加机械解决。其三，土方开挖量、回填量小。本案例中350m渠道开挖共计10500m³，对于开挖深度在5m及以下的导流明渠，直接采用挖掘机开挖、削坡，所有土方开挖料全部运至指定弃土区。如使用开挖放坡方式，按照1：3进行开挖放坡，则需要开挖36000m³，大大降低了土方的开挖量和二次回填导流明渠的回填量，减少了对弃土区的占用，有效地保护了土地资源。

3 拉森钢板桩施工

3.1 施工前准备

拉森钢板桩施工之前将材料运至施工现场，使用汽车吊将材料按照轴线依次堆放，釆用现场锁扣拼装方式进行施工。在吊装过程、运输过程中应最大程度的避免发生变形和损坏。主要施工机械设备为汽车吊（30t）、钢板桩（拉森型)、打拔桩机（由250挖掘机加振动锤改装而成）。

3.2 施工顺序

施工顺序为：材料准备-钢板桩试桩打设-测量定位放线-插打钢板桩-支撑体系搭设（若有）-钢板桩质量检查-钢板桩监测-钢板桩拔出。

3.3 材料准备

施工前需对拉森钢板桩材料进行全面检查，钢板桩检验标准如下（如表1）：

表1   拉森钢板桩材料检测标准

为保证拉森钢板桩顺利插打和拔除，并增强钢板桩防渗止水性能，每根钢板桩锁口应均匀涂抹混合油。

3.4 测量定位放线

根据桩位平面布置图，对钢板桩的轴线位置进行放样，每隔40米打入1根钢板桩，并用施工白线连接钢板桩进行轴线控制，沿桩位布置撒生石灰做好标记，准确测量场地标高，以便确定给进深度及钢板桩桩顶高程。

3.5 插打拉森钢板桩

打拔桩机吊起钢板桩，人工站立于打桩机前方，观察拉森钢板桩是否插入锁口内，人工可辅助插入前1根拉森钢板桩锁口内（如图4）。施工过程中应同步检测每根拉森钢板桩的倾斜度，拉森钢板桩垂直方向的倾斜度不应大于5％，当倾斜率大于5％时，可以使用卷扬机或葫芦进行拉齐调正，无法完成挑正时，应拔起钢             板桩，重新进行插打。                          （图4）插打钢板桩施工现场图

3.6 钢板桩监测

在钢板桩作为围堰挡水、导流明渠挡土过程中，沿钢板桩每隔20 m 布置1个水平位移观测点，定期对钢板桩顶的位移进行监测。如果发现桩顶的偏移累计量在10cm内，则可以判断钢板桩处于稳定状态，这时观测周期可适当延长。位移变化较大时，应增加监测频率，当水平位移累计超过10 cm时，应停止作业，分析产生位移的原因，并对钢板桩采取加固措施。

在导流槽施工中，下层采用了可回收锚索进行钢板桩的加固和支撑。同时沿导流槽均匀布置光纤传感器用于测量钢板桩位移，在导流槽受荷载较大的部位增加传感器进行重点监控。通过采用该方法进行施工后，导流槽钢板桩位移可控，能在出现异常状态时及时做出反应，应用效果好。

表2   拉森钢板桩监测频率表

3.7 钢板桩拔出

钢板桩拔桩前，应该从两边到中间依次拆除。作为围堰时，先将围堰扒开一个小缺口，基坑内注水使基坑内水位与围堰外水位一致，再将缺口补齐。这时围堰内外静水压力一致, 使板桩受到的侧向挤压力消失。

再在钢板桩两侧选择一块较易拔除的钢板桩，先锤击振动并适当拔高,然后挨次将所有钢板桩均拔高1米左右,使其松动后，再开始分两侧向中间依次拔除。锤击振动拔出时，避免大幅度横向摆动、扭转抽拔而损坏钢板桩。对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的功率，将相邻的桩一起拔出。如拔出失败，必要时可以进行钢板桩切割处理。

3.8 特殊情况处理

（1）当钢板桩插打位置遇到土层内有大石块等其他障碍物，无法进一步插入时，可使用多个钢板桩组成直角桩，或者组成带有弧度的弯桩，绕过障碍物。

（2）钢板桩在淤泥质土中进行插打过程中，钢板桩受到不同方向的挤压力影响，如砂砾或淤泥中未知的障碍物等，易发生形变。可通过以下方法进行矫正：将钢板桩从偏离位置向抬高1至2米，然后用力向下进行插打，上下往复几次后，使大石块和其他未知障碍得以解决。

（3）钢板桩沿轴线倾斜度较大时，采用异形桩来纠正，异形桩一般为上宽下窄和宽度大于或小于标准宽度的板桩，异形桩可根据实际倾斜度进行焊接加工，倾斜度较小时也可以用卷扬机或葫芦用钢索拉住，再进行插打，对倾斜度进行矫正。

（4）在基础较软的地方，插打钢板桩时，有时会将已插打完毕的相邻桩带入的现象，可将相邻的数根桩焊接固定在一起，在插打当前钢板桩的锁口上涂上黄油等，以减少与相邻桩之间的摩擦力。

4 结语

本文中通过水利工程实际案例，从拉森钢板桩作为导流明渠挡土结构、围堰抗滑加固、两个方面，对拉森钢板桩在水利工程施工的应用进行了分析。目前拉森钢板桩施工技术在水利工程中的应用越来越广泛，经过多年的使用改进，其技术性能和施工工艺已经相当成熟。在具体的施工过程中，应综合考虑成本、时间、空间等多种因素，选择最合适的施工方案。与其他施工方案相比，在施工进度、成本控制、空间利用、环境保护、施工及使用安全等方面都具有一定优势，可以在水利工程施工中进行推广。

参考文献：

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