上海市水利工程集团有限公司 上海松江 201612
摘要：本文主要结合金山区邱移吕巷圩改造项目工程槽钢挡水围堰的成功案例，从施工的角度对本工程在内河中小型河道的综合整治和泵闸类工程临时挡水围堰的施工工艺进行论述与分析，以期为今后国内农田水利领域同类工程的施工提供经验和技术借鉴。
关键词：槽钢；挡水围堰；钢围檩；钢拉杆
前言：
近年来，随着农田水利工程的高速发展，为了节约工程投资，提高施工效率，槽钢挡水围堰施工作为一种工艺操作简单、快捷、高效、节能、环保的作业方法在水利工程中的应用越来越多，特别是在内河中小型河道的综合整治和泵闸类工程施工中得到了很好的、广泛的应用，并产生了显著的经济效益和社会效益，也受到了甲方、监理以及社会的认可和好评。因此，我们在总结以往槽钢挡水围堰的施工经验上以金山区邱移吕巷圩改造项目工程为例对该类施工技术进行探讨。
1 工程概况
该工程位于上海市金山区吕巷镇，工程主要内容包括：翻（新）建泵闸、水闸共10座。其中：双泵闸（2×1.2m3/s、闸孔净宽4m）2座，单泵闸（1.2m3/s、闸孔净宽4m）4座，单泵闸（1.2m3/s、闸孔净宽5m）1座，单泵闸（0.5m3/s、闸孔净宽4m）1座，节制闸（闸孔净宽4m）2座。本工程采用槽钢挡水围堰施工的目的，是确保能尽快为泵闸基坑干地施工创造一个良好的施工条件。
2 影响槽钢挡水围堰实施的主要因素
2.1地质因素
槽钢挡水围堰主要适用于平原地区中的砂质壤土、壤土、粉砂质壤土、粘壤土、砂质粘土、粘土且透水系数不大于4.0×10-6m/s的地质环境中施工。
2.2水文条件
槽钢挡水围堰主要适用于平原地区中小型河道水深2～5m、潮差≤1m、浪高≤2级的水文环境中。
2.3天气条件
槽钢挡水围堰施工因涉及水上作业、临水吊桩沉桩作业，因此对天气条件的要求较为苛刻。一般在风速等级大于3级、能见度小于0.5km、雷电天气、夜间等恶劣天气条件下严禁进行槽钢挡水围堰施工。
2.4施工管理水平
施工单位的管理水平也会对围堰施工质量及进度造成直接影响。如：进场槽钢、不锈钢丝网片、PE彩条篷布、钢拉杆的的质量控制与供应情况以及施工机械的选配都是影响槽钢挡水围堰质量和进度的重要因素。
3 施工重难点
槽钢挡水围堰施工重难点有：①槽钢桩水上沉桩时的精确定位；②槽钢桩水上沉桩时的垂直度控制；③槽钢桩入土深度的确定；④钢拉杆直径的确定；⑤堰体宽度的确定。
4 槽钢挡水围堰施工
4.1施工工艺流程
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4.2工艺原理
槽钢挡水围堰施工技术[1][2][3][4]中主要采用双排槽钢（注：相邻槽钢间距为50cm）、不锈钢丝网片、PE彩条篷布（注：PE彩条篷布沿挡水围堰内壁、与护岸接触部位及底部并紧贴不锈钢丝网片内部进行敷设）、粘土、钢围檩、钢拉杆等材料，利用插入泥土中的两排槽钢间的填筑土提供的作用力与临水面的水头压力相互作用维持一个受力平衡，并利用黏土的不透水性原理而实施的一种临时挡水建筑物，进而为基坑干地施工创造一个良好的施工条件。注：图4.2-1～图4.2-3，尺寸为示意图，具体工程布置尺寸需经过设计确定。
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图4.2-1 槽钢挡水围堰横断面图
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图4.2-2 槽钢挡水围堰平面布置图
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图4.2-3 槽钢挡水围堰平面构造图
4.3 施工要点[5][6][7][8]
4.3.1围堰布置要求
（1）满足围护的建筑物及施工要求，并考虑板桩的打入、拔除施工对周围环境的影响；
（2）利用地形、地质条件合理选择围堰轴线，以减少围堰的高度和长度，并满足堰体与岸坡接头或与其他建筑物的连接要求；
（3）满足水力学条件及防冲要求；
（4）围堰布置应避开两岸溪流汇入基坑，当避不开时应采取相应措施；
（5）特殊情况下围堰应经过设计后方能布置。
4.3.2施工准备
项目管理人员应及时制定施工现场的施工安全和质量保证体系，明确岗位分工及责任，并建立健全原始施工记录和资料整理制度、工程质量检查制度，并严格执行。
根据施工组织设计内容要求和现场踏勘结果，拟定初步施工方案。同时，还应协调好进出场地的临时交通道路和作业人员、机械设备、材料进场前的筹备工作。
4.3.3测量放样
在测量放样前，先对交桩点进行复核，待核对无误后，再通过全站仪和水准仪将控制点引测到施工现场。考虑到围堰施工主要在水上进行，且槽钢打设对定位精度要求较低，故采用GPS配合20m卷尺对槽钢进行定位，高程测量采用水准仪进行，测量精度为三等水准。
水上测量前，借助小型交通船将测量人员送至槽钢打设位置，然后在靠近船舶边沿位置对槽钢打设位置进行精确定位，在定位准确无误后，再借助人工将槽钢一端缓慢喂入到打桩机上咬合器中，并固定牢固，再然后在船上人员的指挥下将槽钢转移至船舶边沿，并借助船上人员对槽钢进行稳定，减少摇晃幅度，最后再紧贴船舶边沿逐渐慢慢沉入土中。槽钢垂直度校正主要借助两架设立在两岸的经纬仪（注：设立在两岸的经纬仪呈90°角进行布置）通过交会进行校正，保证垂直度在1‰以内。在槽钢打设过程中，为防止槽钢打设过深，在槽钢打设过程中还应不断对其进行高程测量。高程测量主要借助设立在岸上的水准仪对刻画在槽钢上的标识线（注：槽钢顶端向下50cm位置）进行精确观测，并准确记录。
4.3.4打桩机具就位
施工前，通过对地质勘察资料的研究和施工现场的踏勘结果分析，同时又考虑到工程的进度以及时间节点要求，故拟选用一台力士德SC330.8加长臂挖掘机配置一个2t重的高频振动打桩锤组装成的打桩机具进行槽钢施打。
4.3.5槽钢施打
通常情况下，临时挡水围堰的槽钢材质为Q235B，规格型号为20b#，长度分为6m和9m两种，故适宜采用整节运输，并施打。槽钢施打前需借助人工辅助将槽钢一端喂入打桩锤的咬合器中，待打桩锤咬紧后再缓慢转移至需打设的位置，然后在船上人员的辅助下将槽钢缓慢沉入土中。
4.3.6不锈钢丝网片敷设
本工艺所拟用的不锈钢网规格为321不锈钢丝网片，其几何尺寸分为1.5m（宽）×2.5m（长）和1.5m（宽）×4.0m（长）两种。不锈钢丝网片敷设主要靠人工进行，敷设时不锈钢丝网片的纵向（注：长边）朝下，横边（注：短边）沿槽钢布置方向进行布置。为防止围堰内基坑在干地施工时，沿围堰底板出现大面积渗流等现象，纵向钢丝网片铺设还应沿围堰底部横向铺设50cm的富余长度，然后再用8#钢丝对钢丝网片四角与槽钢接触部位进行固定。为确保不锈钢丝网片能均匀布置，且不漏空隙，相邻不锈钢丝网片的搭接宽度为50cm。不锈钢丝网片水下部分可采用钢筋或者竹竿挨着槽钢夹紧固定。
4.3.7 PE彩条篷布敷设
待不锈钢丝网片敷设完成后，将PE彩条篷布沿挡水围堰内壁、与护岸接触部分及底部并紧贴不锈钢丝网片内部进行敷设，PE彩条篷布铺设应自然顺直。因考虑到施工现场对PE彩条篷布进行拼接较为困难，故应在彩条篷布出厂前按现场的实际需求完成几何拼接（注意：彩条篷布长、短边实际几何尺寸比现场需要的长、短边尺寸应富余50cm～100cm），并检查其是否存在破损现象，检查合格后方可运抵施工现场。现场敷设时，应沿围堰两侧和围堰与两岸衔接部位各调派一人，将PE彩条篷布沿围堰走向展开，并将彩条篷布边沿富余部分每间隔50cm拧成长绳状，通过三股直径为10mm的麻绳分别与槽钢顶端固定起来，然后将彩条篷布一端预留有缺口部分缓慢沉入水中，直至全部沉入为止。
4.3.8钢围檩及钢拉杆安装与固定
当PE彩条篷布敷设完成后，应立即进行钢围檩及钢拉杆的安装与固定。钢围檩及钢拉杆的安装与固定应在低潮位时进行。钢拉杆采用规格为Ø22mm@1000mm的钢拉杆配合两根规格为14a的双拼槽钢组合而成的钢围檩与槽钢围堰进行安装、固定。为方便钢拉杆的安装，需在两根并排沉入的槽钢上指定位置（注：槽钢顶端向下50cm处）预先开凿一个Ø25mm的孔洞。在钢拉杆刺穿PE彩条篷布部位，应做水密性处理。钢围檩沿围堰走向分两侧对称通长布置，搭接部位要连接紧密。为确保钢拉杆能与钢围檩能够良好的固定起来，钢围檩中两根双拼槽钢的空隙间距为22mm，以保证钢拉杆能够从槽钢间的空隙中穿过。双拼槽钢之间通过与规格为Q235B、几何尺寸为150mm（长）×150mm（宽）×12mm（厚）的钢板焊接进行连接，钢板分布间距为500mm，具体详图如图4.3.8-1、图4.3.8-2所示。钢拉杆与钢围檩间的固定主要通过与箱型截面的简支梁焊接形式进行，简支梁的规格为Q235B。
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图4.3.8-1 简支梁几何截面平面详图
4.3.9土方分层填筑
分层填筑的土料水下部分宜选用透水性差、压缩性好、触变和蠕变性能显著、干硬化强度高的淤泥或淤泥质土进行分层填筑，水上部分宜选用黏性较好的粉质黏土或黏土进行填筑。用于水下部分填筑用的淤泥或淤泥质土可采用长臂挖机从附近河床（注：临基坑侧，且距离围堰部位的距离不得少于10m）直接挖取填筑，用于水上部分填筑的粉质黏土或黏土需从附近土场采土，然后运至施工现场进行填筑。填筑时应从围堰一端开始向围堰另一端缓慢推进，并分层填筑，确保围堰填筑土体能够整体均匀缓慢上升，直至达到设计标高。围堰土填筑时应派专人负责统一指挥，同时还应派专人对围堰槽钢的变形情况进行监测。若发现槽钢围堰变形较大或拉杆出现松动或脱落现象，应立即停止填筑，分析原因，并采取对应处理措施，直到符合要求后方可继续填筑。土方填筑时应严禁填筑土料与拉杆或槽钢发生直接碰撞。
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图4.3.8-2 简支梁几何截面断面详图
4.3.10围堰变形监测及维护
围堰变形监测内容主要包括堰顶水平和竖向位移、槽钢水平和竖向位移、周围建筑物变形等，围堰应力、应变监测的内容包括槽钢、钢拉杆、钢围檩等的应力应变。支撑轴力监测点宜设置在主要支撑构件、受力复杂和影响支撑结构整体稳定性的支撑构件上，对于槽钢、钢拉杆、钢围檩内力监测点应设置在最大弯矩截面处。
在围堰成型后，还应对围堰进行定期维护与加固，宜保证堰体在运行期均匀下沉，不致出现滑坡或较大裂缝。
4.3.11围堰拆除
待堰内建筑物施工全部完成且验收合格后方能对围堰进行拆除。在围堰拆除前，应从外河向堰内缓慢注水，直至堰内水位与外河水位相齐平，然后方能对围堰进行拆除。围堰拆除时应先对槽钢围堰水上部分的土体进行开挖，直至与钢围檩安装部位齐平，然后从上到下依次对不锈钢丝网四角与槽钢固定用的8#铁丝进行拆除。待拆除完毕后，再对钢围檩和钢拉杆安装固定部位从围堰一端开始逐根进行切割拆除。待钢围檩及钢拉杆全部拆除后，采用长臂挖掘机对水下部分回填土进行开挖，然后将PE彩条篷布通过人工方式回收。最后采用长臂挖机配合打桩锤将已沉设的槽钢从围堰一端开始从近到远逐根进行拔除。槽钢、不锈钢丝网、钢围檩、钢拉杆全部回收后，及时分类堆放，并对槽钢、钢围檩、钢拉杆磨损部分重新涂刷防腐漆，以备下次循环利用。
5 实施效果
金山区邱移吕巷圩改造项目工程临时挡水围堰采用的槽钢挡水围堰施工工艺相对于拉森钢板桩围堰而言，结构简单、占用场地面积狭窄、对填筑土土质要求低、施工难度小、用料省、工程造价低，且槽钢回收后可循环使用，社会效益和经济效益显著。与土坝围堰相比，节约了土方及弃土，减少了河道围堰施工面积和渗漏机率，节约了时间。在施工过程中，可有效降低沉桩时剧烈的振动波对岸基稳定性的破坏，对周边居民生活及建筑物造成的影响也较小。另一方面，该工艺节能环保，材料回收率较高，对周边地区几乎不会造成任何污染，保护了当地的生态环境。
工程实践证明：采用槽钢挡水围堰自身稳定性好、抗倾覆能力强，有效保障了堰内主体建筑施工的安全问题，在堰内基坑施工期间未发生流沙、管涌等不良工程地质现象。此项临时挡水围堰施工技术在本工程中的成功应用，在很大程度上解决了该工程所面临的施工工期紧张、工程量大、环保要求高、可有效作业天数少且临时场地狭小等一系列客观难题，为泵闸工程水下部分施工快速创造了一个良好的干地施工条件。该工艺社会经济效益显著，具有很高的推广价值和使用价值，也可为今后类似工程的建设提供一定的参考。
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