钢板桩在我国堤防基础防渗中的首次应用
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摘要：钢板桩用作堤防工程的基础防渗处理，是长江重要堤防隐蔽工程建设中使用的新技术，1998年以前我国尚无这方面的应用先例。钢板桩防渗工程，是将钢板桩打入堤基透水层下的相对不透水层中，拦截透水层的渗水，形成半封闭或全封闭的防渗墙，从而起到堤基防渗作用。采用钢板桩进行堤基防渗加固处理，具有处理深度大、防渗效果好、施工时对相邻建筑物影响小、施工速度快等优点，但工程总体造价较高。钢板桩施工技术性要求高，只有严格控制轴向和法向倾斜偏差，才能使钢板桩顺利打入，保证防渗墙顺利合龙。
关键词：堤防工程 钢板桩 防渗 应用
荆江大堤观音寺闸堤段和洪湖长江干堤燕窝堤段均为长江干流重要险工段，历史上都曾出现溃口性大险情。此两段堤防表层覆盖层薄，在汛期高洪水位的作用下，极易发生因堤基渗透破坏而引起的各种险情。为确保堤防保护区内广大人民生命财产的安全，使用日本无偿援助资金，对荆江大堤观音寺闸堤段和洪湖长江干堤燕窝堤段分别实施长1km和1．2km的钢板桩防渗墙工程，以堤基下的相对不透水层为依托，截断堤基浅层的粉细砂层，以治理两个堤段堤基渗透破坏险情，增强堤防抵御洪水能力。
一、钢板桩防渗墙设计
钢板桩防渗墙的工程等级与所在堤防的工程等级相同。荆江大堤工程等别为Ⅰ等，堤防为一级堤防；洪湖长江干堤工程等别为Ⅱ等，堤防为二级堤防。
1．工程总体布置
（1）荆江大堤观音寺闸堤段荆江大堤观音寺闸堤段钢板桩以观音寺闸为中心，向两侧各布置500m，钢板桩轴线总长1000m。在观音寺闸闸前，轴线在原防渗板前约10m；闸上游侧轴线走向，从防渗板前沿经渐变段到堤坡，然后延伸到距堤脚5～6m的轴线；闸下游侧轴线走向，从防渗板前沿穿过春灌站滑道后，再渐变到距堤脚5～6m的轴线。荆江大堤观音寺闸堤段钢板桩防渗墙采用FSP－ⅣA型桩长20m的钢板桩，在轴线的转折处设转角异形桩。钢板桩设计用量3811t。
（2）洪湖长江干堤燕窝堤段洪湖长江干堤燕窝堤段钢板桩防渗墙的上游起点与燕窝堤段湖北省已实施的垂直铺塑防渗相接。湖北省垂直铺塑轴线距堤外坡脚约4m，钢板桩防渗墙与垂直铺塑顺堤线平接一定距离后，从高平台临江侧绕过高平台，横穿高平台至外滩的简易公路，向下游顺堤外坡脚布置于低平台，钢板桩轴线距堤外坡脚5～6m，轴线总长1200．7m。燕窝堤段钢板桩用量3008．5t，其中823．2m防渗墙采用KSP－ⅢA型钢板桩，377．5m防渗墙采用SKSP－ⅣA型钢板桩。在轴线的转折处设异形转角桩。
2．钢板桩防渗墙的结构设计
在这两个堤段上实施的钢板桩防渗工程，是将钢板桩打入堤基透水层下的相对不透水层中，拦截透水层的渗水，形成半封闭的防渗墙，从而起到堤基防渗作用。钢板桩间均以锁扣连接，有效地防止水流渗透。钢板桩防渗墙建在江堤外滩软土上，先沿钢板桩轴线开挖施工沟槽，安装施工样架，沿样架插打钢板桩至设计高程；然后，在钢板桩顶浇筑钢筋混凝土锁口梁，锁口梁顶贴复合土工膜，膜上覆盖黏土，与堤防形成防渗整体。钢板桩沿轴线的布置见图1。
二、工程主要施工技术要求
钢板桩用作堤防工程的基础防渗处理，属于实用新技术，1998年以前我国尚无这方面的应用先例。由于国内水利行业没有现行的关于这类钢板桩施工的规程规范，在本工程实施过程中研究解决了诸多技术问题。钢板桩防渗工程包括钢板桩插打、土方开挖、土方填筑、锁口梁浇筑、高喷灌浆和土工膜防渗等主要分部工程，其主要设计指标与要求分述如下：
1．钢板桩插打 钢板桩插打分部工程包括异形钢板桩的制作和钢板桩插打就位。
异形钢板桩焊接的制作标准为：钢板桩弯曲度（轴线方向）不大于1．1L／1000＝22mm，翘曲（法线方向）不大于2．25L／1000＝45mm（L为钢板桩的长度）。
钢板桩插打的主要施工技术要求如下：
①采用单根打入法插打钢板桩。相对桩长的垂直度允许偏差一般不得超过2％，闸前段不超过2．5％；钢板桩上部吊孔需进行处理，使之不漏水；桩顶高程允许偏差为＋5cm、－10cm。
②对距离堤坡及已有建筑物近的位置，单根钢板桩打桩持续时间应小于20min，打桩的顺序首先从距建筑物最近点附近开始。
③工程施工过程中应加强施工监测，为钢板桩施工及工程验收提供依据。
2．土方开挖 土方开挖分部工程主要是指沿钢板桩轴线的沟槽开挖。主要有如下要求： ①按设计开挖线进行开挖，施工过程中应确保边坡稳定，防止坍塌。
②开挖料应运至指定堆场，避免二次转运。
3．土方填筑 土方填筑分部工程是指锁口梁顶部高程以下的沟槽回填。主要有如下要求：
①设计要求填筑土料应满足：土料黏粒含量大于15％，塑性指数大于10。填筑土料含水率与最优含水率的允许偏差为±3％。土料不得混有植物根茎、砖瓦垃圾等杂质。
②黏性土填筑之前应检验其含水量是否在控制范围内。如含水量偏高，可采取翻松、晾晒、均匀掺入干土等措施；如含水量偏低，可采取预先洒水润湿、增加压实遍数或压实荷重等措施。
③铺筑厚度及压实遍数应根据土质、压实系数和机具性能确定。
4．锁口梁浇筑 该分部工程是指沿钢板桩轴线包裹钢板桩顶部的钢筋混凝土锁口梁的浇筑。主要有如下要求：
①混凝土入仓温度控制不低于5℃。入仓坍落度控制在6～8cm。
②钢筋采用搭接焊接。钢筋加工、焊接、架设等要求，参见现行规范。
③模板、支撑应架设牢固，可以利用结构锚筋作为模板拉筋，模板制作、架设的允许偏差值，参照规范办理。
④振捣作业应严格按有关规定执行。振捣器距模板的垂直距离不应小于振捣器有效半径的1／2，并不得触动钢筋及预埋件。浇筑的第一坯混凝土以及两罐混凝土卸料后的接触处应加强振捣。
5．土工膜防渗 该分部工程包括土工膜的铺设、覆盖土的填筑等。主要有如下要求：
①施工前应对PE土工膜的主要指标进行检验。
②铺膜前应平整场地，达到平整光滑，土质基底干容重大于1．5t／m3，清除石块、铁丝、树根等一切可能损伤复合土工膜的尖棱硬物。
③铺设时，应力求平顺?松紧适度，留足余量，不能出现扭曲、折皱和重叠，以便拼接和适应气温变化，而且应与地基土表面紧贴，不得留有空隙。
④当复合土工膜铺设至周边建筑物拐角时，应注意裁剪适当，并保证复合土工膜与周边建筑物的妥善连接，形成完整的防渗系统。
⑤复合土工膜与周边结构物的连接，采用膨胀螺栓和钢板压条铆固。
⑥结构物上与复合土工膜连接的部位应洗刷干净，并将局部凹凸不平处用水泥砂浆找平，以便与复合土工膜连接密实。
⑦复合土工膜与结构物连接的部位应涂刷一层乳化沥青（厚2mm）粘接，以防该处发生渗漏。
⑧钢板条和螺栓头应涂刷一层乳化沥青，以防水从螺栓孔周边渗漏。
6．高喷灌浆 高喷灌浆分部工程是对洪湖长江干堤钢板桩与已实施的垂直铺塑两种防渗形式的接头处进行灌浆处理，以便形成完整的防渗体系。主要要求如下：
①高喷灌浆施工在钢板桩就位后、锁口梁尚未形成前完成。
②高压喷射注浆方案确定后，应进行现场试验、试验性施工或根据工程经验确定施工参数及工艺。
③施工前应根据现场环境和地下埋设物的位置等情况，复核高压喷射注浆的设计孔位。
④高压喷射注浆三重管法高压水射流的压力宜大于20MPa，低压水泥浆液流压力宜大于1MPa，气流压力宜取0．7MPa，提升速度可取0．1～0．25m／min。
⑤高压喷射注浆的施工工序为机具就位贯入注浆管喷射注浆拔管及冲洗等。
⑥钻机与高压注浆泵的距离不宜过远。钻孔位置与设计要求的偏差不得大于50mm。实际孔位、孔深和每个钻孔内的地下障碍物、洞穴、涌水、漏水等情况，均应详细记录。
三、结论
本项目对钢板桩用作堤防工程的基础防渗处理进行了有益的探索，为今后实施类似工程起到了示范作用。
①工程于2000年汛前完工，通过汛期观测资料分析，工程的防渗效果显著，说明钢板桩作为永久性的防渗材料可应用于适宜堤基条件下的堤基防渗加固，以治理堤基渗漏破坏引起的险情。
②采用钢板桩进行堤基防渗加固处理，具有处理深度大、防渗效果好、施工时对相邻建筑物影响小、施工速度快等优点，但工程总体造价较高。
③钢板桩插打施工技术性要求高，必须对钢板桩的轴向、法向倾斜度严格加以控制。否则，不仅会增加标准钢板桩和异形钢板桩的用量，增加合龙的难度，而且会损坏钢板桩，影响打桩速度，甚至影响工程的防渗效果。
④钢板桩防渗工程是由钢板桩、堤基相对不透水层和土工膜及其上覆土层共同形成的半封闭或全封闭防渗体系。应加强工程的运用管理，严禁在工程实施范围进行植树或修建建筑物等活动，保证工程（如防渗土工膜）不被破坏。若汛期上覆土层遭水流破坏，汛后应及时恢复。在工程范围附近新建工程设施，需经堤防管理部门同意。
⑤制订管理规章制度（如：工程安全监测工作管理条例等），使管理工作规范化、制度化。 (作者单位：水利部长江水利委员会长江勘测规划设计研究院 )