浅谈钢管桩夹板围堰在小潮河闸拆建工程中的应用（水利）
金孝权1 张心衡2 金友波1
（1．连云港市金河水利工程建设监理有限公司，江苏连云港222006；2．灌南县水利局，江苏灌南223500）
【摘要】 本文以小潮河闸拆建工程为例，阐述在淤泥等深厚软基上建造钢管桩夹板围堰的设计、施工、维护及拆除等。
【关键词】 小潮河闸拆建工程；深厚软基；钢管桩夹板围堰；应用
中图分类号：TV551 文章编号：1005-4774( 2016) 05-0004-05
1工程概况
小潮河闸位于灌南县新沂河南堤110K小潮河人灌河处，沟通新沂河南偏泓与灌河。该闸建于1965年，设计流量300m／s，主要排泄沭阳以上新沂河桃汛，保证新沂河滩地30万亩麦收，汛期挡洪、汛后为滩地三麦退水降渍，干旱时纳灌河水抗旱，是一座多功能使用频繁的水工建筑物。经近50年的使用，虽经多次维修加固，但都未能从根本上解决问题，特别是近年来，多处出现险情。
经安全鉴定并报水利部大坝安全管理中心核查，认定小潮河闸为四类闸，同意对其进行拆除重建。
新建小潮河闸共3孔，每孔净宽10m，设计流量300m3/s，属中型水闸，工程等别为I等，主要建筑物为1级，次要建筑物为3级，临时性建筑物为4级。
2 下游围堰的设计
《水闸施工规范》( SL 27-91)条文说明3.0.6条：
“在江苏省导沂工程中的小潮河堵坝是建国后在潮水河中首次用埽工技术堵坝的，经历了数次失败后，才获成功。”
2000年小潮河闸下游加固时，下游围堰填筑完成后在闸塘内抽水至0. 8m时，每逢灌河侧退潮时，堰体就明显下沉，一直不能稳定。后采用分级控制水位的方法，筑第二、第三道围堰的处理方法，前后花了3个多月时间，才最终成功。
原设计提供的为土围堰，堰顶高程4. 5m，顶宽7m，外河侧边坡1：5，闸塘侧边坡1：8，河底高程在-4.5m左右。
从河底向下依次为③2层(
)，灰色淤泥质重黏土，夹少量砂壤土薄层，含腐殖质，流塑一软塑状态，高压缩性，揭示层厚4.4~ 13. 3m;⑤3层（
），灰黄色重、轻粉质砂壤土，局部近粉砂，夹薄层粉质黏土，含云母片，中密一密实状态，中偏低压缩性，层厚0.8~3. 5m;⑦，层(
)，黄灰色黏土、粉质黏土，含铁锰质结核，局部软塑状态，中压缩性，层厚3~7.5m；⑦2层(
)，灰黄色粉质黏土夹薄层砂壤土，局部互层，含铁锰质结核及砂姜，可塑状态，中压缩性，层厚7.5~
13. 8m。
根据《水闸施工规范》及2000年下游围堰施工情况和该工程工期比较紧的特点，不采用原土围堰方案，混凝土围堰、圬工围堰的基础处理技术复杂，投资较大，也不作为比选方案，经参建各方讨论，并经专家组专项论证后，采用以下设计方案。
2.1堰址选择
现场水下测量，在下游300m处有150m长（顺水 流向）土埂，为2000年老闸加固时打设的施工围堰，河底较平，河底高程在- 2m左右；在此处补充钻探，高程 -2~-4. 5m为素填土（
），灰色、黄褐色，以砂壤土及粉质黏土为主，夹腐植物及少量螺壳。高程-4.5m 以下与原设计围堰处地质基本相符。根据以上情况，将现状围堰移至该处。围堰高度从9m降为6.5m。
2.2 围堰断面结构设计
现设计的施工围堰底宽40m，在围堰两侧垂直水流方向打设直径
52. 9cm，壁厚8mm的钢管桩，间距2m，桩长12m，顶部高出低潮位0.5m以上；在低潮水位向下用1. 5m×12m×1cm规格钢板连接（垂直水流向），在河底铺设一层8mm@ 100mm冷轧带肋焊接钢筋网片（见图1）与10cm厚柴草的软体排（在岸上就用铅丝连接好，形成整体，见图2），在土方回填至桩顶前，桩顶外侧用双拼28工字钢作为管桩水平连接，然后用西32精轧螺纹钢筋连接对拉（顺水流向），钢板接头采用搭接连接，接头处钢管桩加密；在低潮位(高程±0)时向板桩之间填土，按土围堰正常施工方法施工；低潮位向上铺设3层钢塑格栅，间距1m(见图3和图4)。
迎水侧采用覆盖防水土工膜，袋装土防护围堰。下游围堰顶高程4. 5m，顶宽4m，迎水面高程2m处留平台，高程2m以上坡比1：2.5；背水面在高程1m处留平台，高程1m以上坡比1：2.5。
2.3 围堰抗滑稳定计算
该次设计的围堰是5级，根据《堤防工程设计规范>( GB 50286-2013)第3.2.3条规定，4级土堤边坡的抗滑稳定最小安全系数（瑞典圆弧法）不应小于表1中的数值。
根据补充钻探资料，围堰的岩土物理性质参数见表2。
围堰抗滑稳定计算水位取最不利工况（见表3）。
计算结果见表4。
成果表明：围堰在最大潮水位最不利工况下背水侧边坡抗滑稳定安全系数大于《堤防工程设计规范》( CB 50286-2013)第3.2.3条规定的最小安全系数，故围堰抗滑稳定满足安全要求。
3 围堰的施工
下游侧（灌河侧）低潮位以下采用钢管桩与钢板组合的夹板围堰，底铺冷轧带肋钢筋网片为基础；低潮位以上部分采用陆地填筑方式进行填筑，填筑时铺设钢塑格栅作为受力筋的围堰方案。
a．钢管桩施打、钢板连接。
钢管桩制作。现场根据不同的水深在岸上进行钢管桩的拼接，接头满焊后用4块15cm×15 cm钢板在焊接部位四周加强，钢管桩为直径529×8mm。
振动下沉钢管桩。振动锤参数见表5。
钢管桩采用浮吊船配置的5t振动锤打桩机进行插打钢管桩。
钢管桩平面位置及垂直度调整完成后，开始压锤，依靠钢管桩及打桩锤的重量将其压人土层，复测桩位和倾斜度，偏差满足要求后，开始锤击（见图5）。钢管桩打人深度根据地质情况而定，主要以人土深度控制。
钢管桩施打完成，紧接着连接钢板安装，钢板上口及时用钢筋连接在钢管桩上，防止潮水冲刷倾覆，然后在河底铺设一层8mm@ 10cm冷轧带肋钢筋网片（应购买工厂焊接成型网片）与10cm厚柴草组成的软体排（在岸上就用铅丝连接好，形成整体），在土方回填至桩顶前，桩顶用32mm精轧螺纹钢筋对拉（见图6）。
b．填筑。考虑到河道受潮汐水流的影响，围堰合龙难度较大，可以采用两岸填土进占，使龙口处在河道的中心偏南侧处，以减少冲刷。
在设计围堰坝址位置两岸同时开始准备进土，坝头用挖掘机进土、整平、碾压，使坝体密实。
低潮水位向上0. 5m处铺设GS280-80钢塑格栅（纵、横向每延米极限抗拉强度80kN/m，见图7），共3层，间距1m，顺水流向铺设（见图8），能有效地提高加筋承载面的嵌锁、咬合作用，极大程度增强地基的承载力，有效约束土体的侧向位移，增强堰体稳固性能。
c．合拢。围堰合龙应尽量选择在低潮时，因为大潮时水位高，退潮时水流冲刷对龙口的影响大。
在准备合龙前，整理龙口；低潮水位以下用钢板封堵；计算龙口合龙用土量及冲刷量，并配足机械。
龙口合龙后，继续集中机械进土加固龙口，尤其是在下游迎水面更要重视，确保涨潮时水不能浸顶。
d．迎水面防护。围堰合龙后，在低潮时，迎水面铺设土工膜和袋装土压实。
下游围堰从2015年10月24日开始进行施工，2015年11月8日施工完成，历时16d。
4 围堰的使用、维护和应急措施
在施工期间，采取一切必要的措施确保施工围堰的安全。尽量避免对其产生干扰和不利的影响。施工时做好围堰的位置、高程、边坡、断面尺寸、填筑方案的确定和稳定验算等工作，并准备必要的应急措施等。
围堰的安全稳定对该工程十分重要，确保围堰填筑质量和围堰挡水运行期间的安全稳定。在施工过程中，安排专人对水位进行全天监测，并做好记录，同时备足用于抢险的编织袋、草包、圆木、钢管、木桩等材料，挖掘机、自卸车随时听候调遣。一旦发现问题及时采取有效的应急措施进行围堰加固，以确保施工期间的坝体安全。
在闸塘开挖过程中对施工围堰进行经常性的检查和维护，安排专人值班巡查，发现问题及时报告，采取有效的补救措施进行加固。同时在围堰上设立围堰的安全责任人、看管责任人及联系电话公示牌，明确人员及责任，加强围堰安全管理。
经1个月的观测，基本没有水平位移，观测沉降在15cm左右，最大沉降在合拢段，累计沉降23cm，10d后基本趋于稳定。
5 围堰的拆除
主体工程施工完成，经过水下验收，并报业主、监理书面确认同意后，先打开闸门，围堰拆除前先采用倒虹吸管道对闸室进行注水，待堰体两侧水位接近时，对围堰进行拆除，拆除围堰先从下游开始，按上述同样的办法，对上游围堰进行拆除。
围堰全部拆除至原河床高程。采取水上和水下两部分进行，水上部分开挖拆除到水面以上50cm，采取后退法开挖，即围堰中间开始，分别往两岸后退开挖，反铲装车，自卸汽车装运往指定堆土区；水下部分的临时围堰，采用4台长臂反铲开挖，自卸汽车运输，弃土运至业主、监理工程师指定地点堆放。
钢管桩拆除采用浮吊船上配置的5t振动锤打桩机拔除钢管桩。
围堰拆除完成后，经自行“三检”合格，并做好记录后，报请业主、监理工程师、设计代表等联合检查验收。
6结语
沿海地区河口水利枢纽工程，地基一般为深厚软基，且多为淤泥、淤泥质黏土。选择施工围堰方案时，混凝土围堰、圬工围堰的基础处理技术复杂，投资较大，一般不作为比选方案，而软基上常用的土石围堰也因断面过大，特别是围堰比较高时，往往因沉降变形大或影响建筑物的布置，不宜作为布置方案。采用钢管桩夹板填土围堰，具有适应地基变形能力强，断面较小、投资较省、施工方便等特点。
小潮河闸下游围堰选用钢管桩夹板围堰，实践证明，围堰方案是成功的，为类似工程提供了一种可供参考的围堰填筑形式。
