越江通道围堰施工优化与稳定性分析
▍摘 要
［摘要］海口文明东越江通道穿越南渡江，项目采用围堰明挖法施工，大体量围堰原设计为填砂法施工，经优化，围堰施工方案改为吹填法，优化后的围堰结构满足了设计的防渗与稳定要求，并且提前完成了围堰合拢目标，为完成项目总工期节点创造有利条件。
［关键词］钢板桩组合围堰；充泥管袋；越江隧道
▍1 概况
1.1工程概况
海口文明东越江通道项目西起文明东路白龙路交叉口，沿文明东路往东走行，在美苑路以西约300 m及以东约350 m处设置敞开段，然后下穿滨江西路、南渡江至江东新区东横二路，终点位于东横二路琼山大道交叉口。项目全长4 380 m，其中隧道段全长2 720 m，接线道路全长1 660 m。另外，项目在滨江西路设置地下互通立交匝道，匝道全长约2 300 m，在规划滨江东路预留互通立交。
通道主线外侧设置临时钢板桩围堰，围堰起、终点分别为南渡江东、西两侧大堤，总长约1 260 m。本工程围堰分两期施工，一期施工两岸滩涂及江中部分区域，二期施工江中预留过水区域。
1.2地质概况
本工程江中底标高约–3.500 m（标准规范85高程），滩涂区域标高约为+0.200 m，施工期间为枯水期，平均水位约为+0.5 m。地下水按赋存方式主要分为第四系上层滞水和弱承压水。赋存于人工填土中，主要靠大气降水和地表水下渗补给，未形成连续的自由水面。江东陆域区域勘察期间上层滞水稳定位为1.01～2.02m；江西陆域勘察期间上层滞水稳定水位为1.41～1.62m。因场区上部连续分布厚度较大的淤泥层，中下部连续分布粘性土层，这些地层为相对隔水层，且钻探过程中未发现涌水现象，所以赋存于上述砂土层中的地下水属弱承压孔隙水。
1.3围堰概况
1.3.1围堰基本参数
围堰采用双排钢板桩围堰的结构型式，钢板桩尺寸为600 mm×210 mm×18 mm，钢板桩临水侧桩顶标高+6.500 m，桩长15~27 m，基坑侧桩顶标高+4.500 m，桩长15~24 m。钢板桩临水侧采用充泥管袋护坡，并以1∶3坡率延伸至江底。
基坑侧设充泥管袋护坡，坡度1∶2，表面采用100 mm厚模袋混凝土护坡。双排钢板桩内侧回填中粗砂，当江底标高低于1.000 m时，两排钢板桩之间设双排拉杆，拉杆纵向间距1.2 m，中心标高为3.500 m/1.500 m，与两侧双拼32b槽钢钢围檩相连；当江底标高高于1.000 m时，取消第二道拉杆，同时基坑侧钢板桩上设30@1200排水孔，位于江底以上0.5m。堰顶设钢筋混凝土格栅护面，护面靠近临水侧钢板桩设0.5 m高挡墙，墙后与钢板桩之间设素混凝土回填。临水侧钢板桩沿内侧敷设防渗土工膜（两布一膜），基坑侧钢板桩沿内侧敷设反滤土工织物。设计围堰标准断面示意如图1所示。
1.3.2围堰断面形式
本区域钢板桩围堰共有5种断面形式，分别为：
（1）江中水域处（江底标高＜–2.000 m），钢板桩围堰形式为临水侧钢板桩长27 m，临基坑侧钢板桩长24 m，围堰宽度10 m。（2）江中水域处 (ℳ2.000 m≤江底标高≤–0.500 m），土质较差，钢板桩围堰形式为：临时侧钢板桩长27 m，临基坑侧钢板桩长21 m，围堰宽度10 m。（3）江中水域处 (ℳ2.0 m＜江底标高≤–0.5 m），土质较好，钢板桩围堰形式为临时侧钢板桩长24 m，临基坑侧钢板桩长18 m，围堰宽度10 m。（4）江中及东西侧滩涂处 (ℳ0.500 m＜江底标高＜1.000 m），钢板桩围堰形式为临时侧钢板桩长18 m，临基坑侧钢板桩长15 m，围堰宽度8 m。（5）江中及东西侧滩涂处（江底标高＞1.000 m），钢板桩围堰形式为临时侧钢板桩长15 m，临基坑侧钢板桩长15 m，围堰宽度8 m。
根据规范及设计要求，围堰监测报警值及预警值见表1。预警值按照控制指标的70%进行设定。
▍2 围堰原设计方案（填砂法）分析
2.1填砂法施工工艺
采用填砂法施工围堰，一般先施工中间主体围堰，再施工两侧的护坡。主体围堰先插打钢板桩，再回填桩间中粗砂，根据标高情况施作防渗土工膜、反滤土工织物和拉杆。
具体施工顺序为：施工准备→打设钢板桩→清淤→桩间填砂、防渗、拉杆→堰体内外侧护坡→压顶、护面。
2.2填砂法围堰的施工进度分析
以本工程一期东段围堰为例，按照填砂法工艺实施，如投入6套打桩设备，每套设备工效为8~10根/d，钢板桩施工工期约为106 d，整体围堰施工计划工期约为180 d。
▍3 围堰优化方案（吹填法）分析
3.1吹填法原理
吹填法是指将江河湖海中的泥土，借助挖泥船挖出并经由压力排泥管道输送到水利工程施工现场进行填筑堤堰、平台等的施工方法。吹填筑堤实质上就是泥浆吹填固结密实，其工作原理包括3个阶段，即“土料的湿化崩解”“沉淀排水”和“固结密实”。从理论上说，江河湖海的泥沙及其水下岩石均可作为吹填材料，但在工程实践中由于受到挖泥设备功能和动力的限制，目前通常采用容易开挖和方便运输的淤泥和风化岩石材料较多。
3.2吹填法施工工艺
堰体范围表层清淤→堰体充泥管袋内棱体施工→铺设土工织物→堰体充泥管袋外棱体施工→打设内外排钢板桩（打桩设备采用陆上作业）→填筑钢板桩内中粗砂、同步安装拉杆→堰体沉降稳定后施工压顶、护面。吹填法围堰施工流程如图2所示。
3.3吹填法围堰方案技术要点
3.3.1充泥管袋施工
测量放样。将充填施工划分为几个区段，每一个区段取一平均高程，然后用CAD画出每个区段的标准断面图和平面图，并注明每个区段4个角的坐标。在充泥管袋施工前，采用GPS定出本层砂袋的外边线，以外边线作为放样标准。展铺充泥管袋。水上展铺充泥管袋，施工人员无法直接展铺袋体，必须采用定位船施工。施工前先将袋体的4个角测量出来，并用钢管插在这4个点上，钢管需露出水面，定位船定位在岛壁内侧，部分施工人员站在岛壁外侧。
施工时，人员乘浮漂将袋4个角上的套环直接套在钢管上，定位船上和石头上施工人员各自牵引袋体的一侧，直到袋体展开在水面上。充泥管袋充砂。水上施工时，为避免袋体移位，先充填袋体4角，使袋体沉降到设计位置，再充填其余袖口，每个袖口都系有浮漂，施工人员乘小船至袖口处，把充砂管插入袖口；充砂时中间插管，两侧出水。待砂料充满整个袋体后（充盈度＞80%），此袋充填即告结束，此时可拔出充砂管，扎紧袖口，经过排水固结后（固结度＞70%），进行下一层充填袋施工。
待每只充填袋成型后，应对袋体轴线、边线进行测量，保证轴线、边线满足设计要求。充泥管袋防护。由于充填袋抗风浪能力弱，为避免风浪造成损失，充填袋施工原则上按阶梯形流水作业全断面推进，流水步距尽量短，成形后及时进行块石防护，给护面块体安装提供作业面。
3.3.2钢板桩施工
本工程钢板桩打设分为两种类型。桩长15 m和18 m钢板桩采用长臂机械手直接打设，1台50 t履带吊配合递桩。桩长21 m、24 m及27 m钢板桩采用1台80 t履带吊配置振动锤插打，1台50 t履带吊配合递桩。
围檩及拉杆施工：钢板桩围檩为双拼32b槽钢，钢围檩与钢板桩宜采用焊接的连接方式；钢拉杆共分为两道，第一道拉杆采用50@1200 HRB400钢筋，第二道拉杆采用40@1200 HRB400钢筋。钢拉杆穿过钢围檩及钢板桩，固定在钢围檩上。
模袋混凝土施工：模袋土工织物采用双层600 g/m2机织复合布，模袋在工厂进行整片制作，每个模袋尺寸8 m×24 m，由3个8 m×24 m的隔离体组成，每个隔离体之间互不相通。袋布现场人工铺设，混凝土充填顺序应由下而上，依次连续进行。填芯砂及混凝土护顶施工：填芯砂采用中粗砂，回填方式采用泥浆泵将沙池内沙打入；待围堰沉降数据稳定后，顶部浇筑混凝土护面。
3.4吹填法围堰施工进度分析
一期东段围堰施工实际进度情况见表2。
本工程一期东岸围堰施工实际总工期为109 d，相比原设计填砂法围堰工期（180 d）节省工期71 d，工效提升39.4%。本工程围堰施工优化中最为突出的是将钢板桩水上作业转化为陆上作业，因此极大节省工期。钢板桩施工原计划工期为106 d，优化后实际工期为53 d，工效提升100%，为项目总进度提供保障。
▍4 围堰稳定性结果
4.1围堰监测点布置
一期东段围堰施工期间，北侧堰体出现5处漏点，南侧堰体出现9处漏点，端头横向堰体出现3处漏点。现场在围堰坡脚处设置临时排水沟，将水引流至最低点抽至围堰外。钢板桩合龙后，堰体不再有明显漏点。模袋混凝土及压顶施工完成后，围堰基本无渗漏。为观测堰体稳定性，现场对堰体垂直位移、水平位移进行监测，监测点布设间距为100 m，一期东侧围堰共布设监测点11个。
4.2围堰监测数据分析
一期东段基坑开挖自2019年6月4日至2019年7月24日底板封闭。底板封闭后，周边环境（含围堰）变形均较小，故仅分析2019年6月1日至2019年7月24日围堰变形数据，汇总如下。
基坑施工期间，围堰单日变化最大值为：堰顶沉降5.9 mm、水平位移4.2 mm，累计变化值最大值为：堰顶垂直位移30.3 mm、水平位移40.5 mm。围堰累计变形远小于设计指标，由此可见，优化后的围堰结构是安全可靠的。
▍5 结论与建议
以海口文明东越江通道项目大型水上围堰施工为背景，介绍了填砂法和吹填法的施工工艺，分析了两种施工方法的工期差异，并收集分析了基坑施工期间的围堰变形情况，得出优化后的围堰是较为安全的。相比填砂法，采用吹填法施工围堰，其施工工艺简单、成本较低、施工质量便于控制，吹填土料泥浆沉积泌水固结后较密实，质量较碾压效果更好。
该工程采用吹填法施工围堰，保证了施工安全、节省了工期，取得了较好的经济成果，有一定的推广价值，可为类似工程提供借鉴。
生态围堰体系采用双排钢板桩围堰主坝体保证了围堰的稳定，减小了对湖面的占压，增设阻隔带、隔离墙将施工区域和湖面有效阻隔，保护了湖水的水质，创新引用植物纤维毯覆盖主围堰坝体，起到控制水土流失并形成临时绿化的功效。通过围堰的创新设计和施工过程控制实现了防汛、阻水、水质保护、绿化等功效，实现了绿色施工，取得了显著的经济、社会和环保效益。在水质保护要求高的水体中，围堰施工做了积极的探索和研究，具有较好的推广和应用前景。
工程穿越江中段采用明挖法施工，基坑围护工艺复杂，涉及围堰钢板桩、下穿隧道基坑支护钻孔灌注桩、SMW工法桩等多种围护结构形式。基坑开挖深度深，支撑安拆难度较大，涉及各类设备穿插进行，工序较复杂等难题。钢板桩桩长有常规的15m、18m，还有非常规长度21m、24m、超长27m。需要分两期进行钢板桩围堰，钢板桩最长达27m，钢板桩施工精度控制要求高，在工期极为紧张的情况下，确保钢板桩施工质量及围堰堰体安全是本工程的难点之一。
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