【摘要】沿海涌潮地区建设排涝闸站，往往需要建设临时挡水围堰进行施工导流，将内河上游来水通过导流明渠引排至下游外江，确保永久水工建筑物不受上游河道来水和外江侧涌潮的影响，可在围堰封闭形成的基坑内进行干地施工。本文以宁波姚江二通道（慈江）工程镇海段II标闸泵工程为例，阐明拉森钢板桩围堰的选型设计、稳定验算、施工方法以及改进措施，供同类工程参考借鉴。
【关键词】拉森钢板桩；设计选型；改进措施
在沿海涌潮地区建设排涝闸站，需要建设临时挡水围堰进行施工导流，将内河上游来水通过导流明渠引排至下游外江，确保永久水工建筑物在围堰封闭形成的基坑内进行干地施工，不受上游河道来水和外江侧涌潮的影响。如何进行围堰的选型设计，保证围堰的稳定和施工质量，经受汛期洪水考验，加快施工进度，节约施工成本，是围堰技术在实际施工中必须注意的问题。本文以宁波姚江二通道（慈江）工程镇海段II标闸泵工程为例，探索、解决拉森钢板桩围堰在施工过程中存在的问题并提出改进建议。
▍1 工程概况
宁波姚江二通道（慈江）工程是浙江省委省政府与宁波市委市政府确定的姚江奉化江流域洪涝治理“6+1”工程。工程主要功能是利用慈江分洪部分姚江干流洪水，经江北、镇海河道直排入海，缓解姚江干流防洪压力。镇海段II标是该工程的组成部分，主要建设内容为：岚山一桥一澥浦大闸段5.73km堤防加高与护岸抗冲刷防护处理；新建澥浦大河沿线6座排涝闸泵工程。其中化工区3号闸站位于岚山护塘河出口与澥浦大河交汇处，澥浦大河流经此处5km后汇流入海，此河段属于涌潮河段。化工区3号闸站工程等别为III等，主要建筑物级别为3级，次要建筑物级别4级，围堰临时建筑物级别5级，站下防洪标准30年一遇，内河排涝标准20年一遇，汛期导流建筑物防洪标准10年一遇，是镇海平原挡洪、排涝的重要水工建筑物。闸站采用平面并列布置型式，排涝闸与泵站通间布置。水闸设2孔5m开敞式水闸，居于主河床左岸，右岸布置泵站，共设3台1000QZB-125D立式潜水轴流泵机组，泵站排涝设计流量10.20m3/s。
闸站主体工程施工前需要先建设上下游临时挡水围堰，形成封闭的基坑条件后，再进行基坑排水和闸站基础工程施工。闸站工程上游围堰采用土石混合围堰，下游外江侧围堰采用拉森钢板桩围堰，围堰须经受两个主汛期的度汛考验。
根据化工区3号闸站汛期10年一遇洪水导流标准，外江侧汛期洪水位2.2m。河底高程-1.87m。外江侧围堰采用双排FSP-IV拉森钢板桩围堰（见图1），拉森桩长15m，入土深度10.03m，两排钢板桩之间采用钢拉杆连接，拉杆间距1.50m，围堰轴线长度60m，围堰顶宽4m，钢板桩顶高程为3.10m，钢板桩堰芯侧铺设防渗土工膜与闭气土联合防渗，堰芯填筑闭气土方高程为2.70m。
▍3 稳定验算
3.1验算方法及参数
双排钢板桩围堰需要对抗滑移稳定、抗倾覆稳定、抗隆起稳定、坑底土抗突涌稳定、整体稳定等安全系数进行分析验算。根据《干船坞设计规范》（GB/T 8524一2011）建立计算模型：双排钢板桩围堰可视为一种刚性自立重力式挡水挡土结构，其外侧承受水压力及波浪压力，计算时可将其作为整体，当其内侧基坑开挖及基坑降水时，该重力体依靠自重产生的摩擦力及内侧土体的被动土压力来抵抗外侧水压及波浪压力。计算方法及标准参照《建筑基坑支护技术规程》（JTJ 120一2012）及《水工挡土墙设计规范》（SL 379—2007）。除整体稳定安全验算采用SLOPErl.3软件计算外，其余稳定安全系数均采用手工验算为主。
根据验算内容不同，分别考虑堰顶超载，最大堰顶超载10kPa。基坑外侧水位取围堰设计洪水位2.20m，基坑内侧水位取坑底高程。基坑计算深度影响范围内土层参数按地质钻孔报告选取（见表l）。
3.2验算成果
3.2.1抗滑移稳定安全
土压力按水土合算原则计算，经计算，每延米基坑外侧主动土压力匕=450.2kN，基坑内侧被动土压力%=1840.3kN，基坑外侧水压力、二82.82kN；堰体在钢板桩底以上部分自重G=1087.85kN，基坑侧桩底面水头10.03m，外河侧桩底面水头14.Im，桩底面水压力/zw=482.6kNo抗滑移稳定安全系数按公式（1）计算，计算结果满足规范要求。
3.2.2抗倾覆稳定安全
每延米基坑外侧主动土压力对墙趾矩Mak二1183.4kN・m，基坑内侧被动土压力对墙趾矩Mpk二7845.3kN・m，基坑外侧水压力对墙趾矩Mw=943.1 kN・m；围堰对钢板桩前趾的抗倾覆安全系数按公式（2）计算，计算结果满足规范要求。
3.2.3抗隆起稳定安全
从偏安全角度，不考虑基坑内侧-1.87m高程以上土层镇压作用的情况下，将外河侧水压力作用超载作用于河床底高程处，根据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ 120-2012)，经计算，地基承载力系数吒=2.34,<=8.09，计算抗隆起稳定安全系数按公式(3)计算，计算结果满足规范要求。
3.2.4坑底土抗突涌稳定安全
根据地勘报告，堰址处承压水含水层为砾砂层，层顶高程-33.37m，承压水含水层顶面至坑底土层厚度。二31.50m；承压含水层顶面水位七取外河设计洪水位2.20m，承压水头35.57m。坑底土抗突涌稳定安全系数按公式（4）计算，计算结果满足规范要求。
采用瑞典圆弧法计算双排桩整体稳定性，应力状态计算方法采用总应力法，具体计算采用SLOPErl.3软件计算，绘出圆弧滑动面计算简图(见图2)，经软件分析计算，整体稳定安全系数K=1.33〉1.20，满足规范要求。
▍4 材料选型
4.1钢板桩选型
开工前经过多方了解咨询，结合计算参数对钢板桩进行技术指标对比，确定选用拉森IV型Q235钢板桩（见表2)，桩长15m（围堰两头与挡墙连接部位采用12m)，插入河床深度不小于桩长的2/3。外江侧钢板桩围堰全长约60m，双排总长120m，所需桩数300根，重量342.45t。
4.2钢拉杆及围標选型
钢拉杆选用直径为30mm的GLG460-D2-30D2型钢拉杆。围標选用32b型槽钢。
4.3选型验算
根据《干船坞设计规范》(GB/T 8524-2011）建立计算模型：双排钢板桩围堰结构可视为内、外钢板桩各自独立的单排桩，按单排桩计算拉杆、板桩的内力。具体采用弹性支点法结合理正深基坑7.0PB1软件中单排桩模块进行分析计算。
通过围堰布置计算工况，得开挖至基坑底标高时，钢板桩内外侧最大弯矩Mmax=50.73kN・m，最大剪力Vmax=55.68kN。由此对钢板桩单宽强度进行计算，钢板的抗弯截面模量为322cm3，而所选的FSP-IV钢板桩抗弯截面模量为2270cm3，满足要求。
钢拉杆计算采用内撑模拟计算法，钢拉杆计算宽度内弹性支点刚度系数取9.94MN/m，土层参数按固快指标选取，代入理正软件进行计算，上拉杆最大轴向力Nmax=30.71kN，下拉杆最大轴向力Nmax=20.32kN。D2型钢拉杆屈服强度f1=460MPa，所需直径为17.50mm，而选用直径为30mm的钢拉杆满足要求并有一定的安全裕度。
围標与钢板桩通过锚杆支点接触，因此，围標是以拉杆位置为支点的连续梁，根据类似工程经验，按简支梁进行围標弯矩计算，经计算Mmax=8.60kN・m，可得围標的抗弯截面模量为55cm3，而所选32b型槽钢的抗弯截面模量为509.012cm3，满足要求并有一定的安全裕度。
▍5 围堰施工
5.1施工工艺流程
钢板桩围堰施工工艺流程：施工准备->测量定位->桩机就位->打设定位桩->打入第一排桩->打入第二排桩->土工膜铺设、拉杆及为標安装->土方回填闭气->钢板桩拔除。
5.2施工要点
5.2.1施工机具选型
根据现场地形，修建4m宽的土石施工便道作为打桩设备的施工平台。施工机械采用40t履带打桩机，配合振动锤施工。
5.2.2打桩轴线定位
打桩定位轴线确定后，在现场设置打桩的起始点和终点，而定位轴线的观察点设置在其延长线上；打桩前安装临时脚手架观测并安装简易导向架。
5.2.3钢板桩施工
插打第一根边桩：钢板桩逐块插打，从中间开始向两侧施打。第一根桩为后续桩的基础桩，插打时严格控制好桩的垂直度，采用全站仪加强定位和双向垂直度检测，保证位置正确；插桩稳定后，精确复测桩的位置和垂直度，不符合要求时须重新插桩，直至合格为止。当钢板桩之间的锁扣连接作业在高处完成时，须确保工人的安全。
其他钢板桩的插打：第一根桩打设完毕后，顺着事先固定好的导梁依次插打其他钢板桩，钢板桩依次插入前一根钢板桩的锁口，插桩到位后加塞固定，启动振动锤分次沉设至设计标高。
注意事项：钢板桩吊起后由人工扶持顺着前一块的锁口下插，当下插困难时，可采用强迫插桩法，即桩吊起插入锁口后快速放松桩绳，借桩自重急下插入；钢板桩沉设时，采用全站仪跟踪测量，随时检查钢板桩的偏位情况，当钢板桩发生偏斜时及时用倒链校正，以利及时纠偏，当偏斜过大不能用拉挤的方法调整时，应拔起重插；钢板桩在插打过程中，地面下碰到障碍物或局部施工需要时，施工线路应作适当调整。
5.2.4围標及钢拉杆安装
围標采用32b型槽钢，单根围標的长度不小于9m。为了使钢板桩和围標连接良好，应拧紧紧固螺栓。采用φ30钢拉杆，按间距1.50m布置。打设钢板桩和安装围標完成后立即安装拉杆。设置拉杆时需要垂直于钢板桩墙的定位轴线并保持水平。
5.2.5堰芯防渗
堰芯采用铺设防渗土工膜和填筑闭气土来保证防渗。外排侧钢板桩内侧铺设防渗复合土工膜。防渗复合土工膜为两布一膜结构：两侧为无纺土工布，中间层为PE防渗膜。防渗复合土工膜采用人工铺设。堰体回填闭气土要确保密实，回填施工快速及时。挖掘机在回填施工时，不得碰撞围堰体。
5.2.6钢板桩围堰拆除
围堰拆除钢板桩拔桩时，先略锤击使桩震动各拔高1～2m，然后按次序将所有钢板桩均拔高1～2m，使其松动后，再依次拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力，将相邻的桩一齐拔出。
▍6 改进措施
a.随着外江侧涌潮水位的不断变化，沿拉杆部位形成了渗水通道，少量水渗入基坑，围堰防渗效果不能绝对保证；
b.随着内侧基坑开挖深度的降低，外侧水压力增加，导致内侧堰脚局部土体微量隆起，影响围堰的整体稳定。
针对这两个现象及时采取了改进措施：
a.在拉杆与围標连接交叉部位，采用高强密封胶充填塞缝，截断了沿拉杆方向的渗流通道；
b.在基坑开挖到设计深度后，对内侧堰脚进行抛石镇压，消除了堰脚隆起现象，保证了围堰的整体稳定。
▍7 结 语
宁波姚江二通道（慈江）工程镇海段n标闸泵工程拉森钢板桩围堰技术的应用实践表明，拉森钢板桩围堰具有结构安全稳定性好、挡水水头高、断面小的特点，且施工速度快、成本低。与同规模的土石围堰相比，可占用河道面积小，工期可节约60%。局部渗水及堰脚微量隆起问题经采取改进措施后，能满足工程安全性和经济合理性要求，值得在同类工程施工中推广应用。
/ 业务合作&技术交流 /
138 1818 6389
项敏de微信
网址：www.lsgbz.com
