雁洲水（船）闸工程钢板桩围堰型式选择与实践

                              雁洲水（船）闸工程钢板桩围堰型式选择与实践

叶三元 李 蘅

(长江勘测规划设计研究有限责任公司)

 

摘要:雁洲水(船)闸工程位于广州市番禺区市桥河河口，由水闸和船闸组成。闸址区地形平坦开阔,河床地基存在较深厚的淤泥层,汛期易受台风暴潮的侵袭。本文结合工程布置及水文地质条件,经对围堰型式的比选,最终采用双排钢板桩围堪型式。并较详细地阐述了围堰的设计与施工情况,实践表明选用钢板桩围堰具有技术先进、安全适用、占地面积小等优势,可为类似工程的方案选择与设计提供有益的参考和借鉴。

关键词:雁洲水(船)闸 钢板桩 围堰;

1工程概况

雁洲水(船)闸工程位于广州市番禺区市桥河河口,由水闸和船闸组成,为广东省第二大、广州市最大的水(船)闸。水闸共9孔，单孔宽度为16.0m，总净宽为144m;船闸设计最大通航船舶为 500t级,船闸有效尺度为120.0mx16.0mx3.5m(长x宽x最小槛上水深)。

工程所处市桥河流域地处珠江三角洲网河区的东南部,上承北江和西江洪水,下纳狮子洋海潮。每年汛期既受台风暴潮的直接侵袭,又受北江和西江洪水的直接威胁,洪、潮、涝季节性变化极为明显。

闸址区属珠江三角洲淤积、冲积平原,地形平坦开阔,地面高程一般为0.6~2.0m,区内鱼塘沟渠及房屋、工厂星罗密布。市桥河河道顺直，河面宽约 210m 左右,汛期流量大,河床宽浅。主流深泓位于左侧,河底高程一般为-4.0--5.0m,最低处为-6.08m。工程施工期有交通要求，不能断航。

 

2 围堰方案选择

根据本工程枢纽布置情况及地形、水系特点,雁洲水闸施工导流比较了明渠导流和束窄河床分期导流方式，围堰型式比较了全年土石围堰和钢板桩围堰等型式。

(1)全年土石围堰方案

全年土石围堰方案,采用河床一次断流、明渠导流的导流方式。在右岸布置底宽50m、渠底高程为-4m的导流明渠,明渠挖深一般为 3~7m。

河床布置上、下游土石围堰,堰身采用坡积土和膜袋砂筑成。为满足软基上围堰稳定要求，上、下游围堰迎、背水侧分别设多级反压平台，围堰底宽达140m。平面布置见图 2-1。

 

(2)钢板桩围堰方案

钢板桩围堰方案,采用分期导流的导流方式。-期围左岸的船闸(上下闸首和闸室)和左岸4孔水闸,右岸河道通航;二期围右岸的剩余5孔水闸,由已完建水闸中的左岸3孔水闸泄流,船闸通航。导流工程围堰平面布置见图 2-2

 

(3)方案选择

从导流风险看，钢板桩围堰在遭遇超设计标准的风暴潮的情况下,其危害程度较小,不会影响到总工期;而土石围堰很难抵御风暴潮的损害,轻则需在风暴潮过后对围堰进行修复，重则危害整个工程建设,影响完建工期。

 

从施工占地及环境影响看，由于闸址区鱼塘沟渠及房屋、工厂星罗密布、土石围堰方案采用明渠导流临时征地面积较大、费用较高，对环境造成不利影响，且城区征地拆迁困难。钢板桩围堰方案则具有临时占地面积小，工程临建费用相对较低，对周边环境影响较小的优点。

 

结合工程实际和当地施工特点，最终推荐采用钢板桩围堰方案。

3 钢板桩围堰型式选择

目前，钢板桩应用于围堰工程主要包括格型钢板桩围堰、双排钢板桩围堰和单壁钢板桩围堰等型式,具体适用条件及工程实例见表 3-1。

 

格型钢板桩围堰是由一系列彼此连接的一字型钢板桩格体所组成的临时挡水挡土建筑物,格体钢板被的锁口相互扣接形成一定形态的封闭空间,内填砂砾石料以保持格体稳定,结构型式见图 3-1。

 

双排钢板桩围堰通常由通过拉杆连接的两排U型钢板桩组成,两排桩之间回填砂砾石料,形成挡水挡土结构,结构型式见图 3-2。

 

单壁钢板桩围堰是采用单排钢板桩加多层内支撑形成基坑挡水和支护结构，多用于承台及基础水下部分施工时的防水围堰，结构型式见图3-3。

 

单壁钢板桩围堰主要采用钢板桩加多层内支撑形成独立基坑，在本工程中可用于靠船墩等独立结构。格型钢板桩围堰和双排钢板桩围堰对于本工程一、二期围堰均可采用;格型钢板桩围堰所采用的一字型钢板桩,国内多用于码头永久性工程,重复利用的较少，材料需进口购买，如需租赁费用也相对较高;对于双排钢板桩围堰通常采用的U型钢板桩,目前我国生产工艺成熟,容易在国内市场购买或租赁，成本相对较低。因此,本工程一、二期围堰推荐采用双排钢板桩型式。

 

4 钢板桩围堰设计与施工

(1)结构设计

本工程围堰由双排拉森式SP-V型钢板桩组成,迎水侧桩顶高程为3.3m,挡水水位为2.8m，背水侧桩顶高程为2.8m,两排桩间距为8m,内外侧钢板桩桩长均为 18m。钢板桩顶部钢围檩采用槽钢[28b,分别在高程2.0m、-0.5m处设置一道ф40拉杆，考虑钢板桩幅宽为 400mm，拉杆水平间距拟定为 1.6m。对于河床工程低于-4m的部位,在-0.5m处增设一道 ф40 拉杆。围堰围护基坑最大开挖高程-6.3m，较天然河床深约 4m。围堰结构剖面如图 4-1,平面示意图如图 4-2。

双排桩之间填料采用砂砾石料，填筑高程为 2.8m。砂砾石料要求级配均匀,含泥量(粒径小于 0.lmm 的含量)小于5%。渗透系数应大于10-2cm/s。抛填自重压实干容重大于1.90t/m3,内摩擦角在30°~35°之间。

由于围堰稳定的需要，围堰背水侧设置高2.0m、顶宽5m的砂砾石支撑体。为减小钢板桩所受内力,对于河床高程低于-3m和-4m的部位，基坑侧支撑体填筑高度需分别加高为2.5m和3.0m;为加强围堰的结构整体性，参照类似工程经验，每隔 24m设置一排横向钢板桩。

 

一期基坑面积4.2万㎡、钢板桩围堰轴线全长581.9m,共使用钢板桩约2900根,总重4500余吨。二期基坑面积约1.5万㎡，钢板桩围堰轴线全长345.7m,共使用钢板桩约 1700根,总重2600多吨。

 

(2)定与强度验算

双排钢板桩围堰可视为一种“重力式”挡水挡土结构,计算时将其作为整体参照《水工挡土墙设计规范》(SL379-2007)中抗滑、抗倾覆等计算方法进行整体稳定分析。并参照多层支点排桩计算方法，对单排钢板桩插人深度、整体稳定、抗倾覆稳定等进行验算。

强度验算采用弹性支点法分析钢板桩和拉杆所受内力,经计算钢板桩所受最大弯矩为 302kNm,拉杆所示最大拉力为480kN。再根据《板桩码头设计与施工规范》(JTJ292-98)核算钢板桩强度，根据《港口工程钢结构设计规范》(JTJ283-99)核算钢拉杆直径;并将围檩简化为简支梁,进行强度核算。

经计算,本工程钢板桩围堰稳定及强度均满足规范要求。

 

(3)钢板桩围施工与运行况

本工程于2008年11月28日开工,2010年10月28日顺利完工，其中一期钢板桩围堰于2009年2月6日试桩开始,采用40t液压振动锤进行钢板桩水上拼插施工,4月10日钢板桩施打基本完工,5月18日围堰合龙闭气后开始抽水,平均每天施打钢板桩45 根。钢板桩围堰运行以来,经受了台风的正面袭击及2.2m高潮位的考验,围堰运行监测结果见图4-3,可见围堰变形较小,围堰运行状况良好,确保了主体工程干地安全施工。

 

5 结语

在国内,钢板桩围堰在桥梁、水运工程中使用较多,但在水利水电工程中使用量相对较少。当采用土石围堰或其他形式围堰受到工程条件限制时，如本工程地处沿海地区软土地基，修建土石围堰存在结构断面大、易受风暴潮损害、导流明渠征地拆迁困难等问题,可根据工程特点研究采用钢板桩围堰型式。实践表明钢板桩围堰具有技术先进、安全适用、占地面积小等优势，可为类似工程的方案选择与设计提供有益的参考和借鉴。

 

参考文献

[1]《广州市番禺区市桥河雁洲水(船)闸工程初步设计报告),长江勘测规划设计研究院,2008.8

[2]《雁洲水(船)闸工程双排钢板桩围堰设计》,叶三元等,人民长江,2011.1

[3]《板桩码头设计与施工规范》(JTJ292-98),中华人民共和国交通部

[4]《水工挡土墙设计规范》(SL379-2007),中华人民共和国水利部

[5]《港口工程钢结构设计规范》(JTJ283-99),中华人民共和国交通部

[6]双排钢板桩在导流明渠设计中的应用,林志文,中国农村水利水电,2005年第7期

[7]软土地基大跨度双排钢板桩围堰结构稳定性研究，高加云等,第2届国际热轧钢板桩应用技术研讨会论文集,2008.11