钢套箱围堰在流砂地质渡槽基础施工中的应用

林清文

摘 要：钢套箱围堰因其自身的刚度和阻水性能，以及便于加工、安装，适合周转循环使用，在开挖流砂基础以及水上浇筑基础混凝土创造施工条件时具有较强的优越性。本文结合实例介绍钢套箱围堰在渡槽基础流砂地质中的施工工艺。

关键词：钢套箱围堰 渡槽 基础 流砂 应用

1.工程概况

大广坝水利水电工程位于海南省西部，是一项具备发电、灌溉、供水等综合功能的大型水利工程，低干渠是灌区工程五大渠系之一，灌溉面积16.9万亩。芦古渡槽为低干渠工程重要的渠系建筑物。渡槽基础设计平面尺寸均为4.8m*2.0m，持力层为中风化。其中ZDT4、ZDT5、ZDT6墩位于天然冲沟位置，地势低洼、地下水位高、砂层较厚。

ZDT4、ZDT5、ZDT6墩基础开挖过程中遇到地下水丰富、流砂严重等现象。为了确保基础开挖与清基满足设计要求，在渡槽墩基础施工中采用钢套箱围堰，为渡槽墩基础创造施工条件，成功解决了基础开挖的流砂现象问题。

2.工程特点

（1）本渡槽墩基础地势低洼，四周地势较高，且上游不断来水，现场条件无法进行导流；

（2）开挖断面内为透水细砂层，基础开挖时，出现严重的流砂，边坡反复坍塌，无法稳定；

（3）渡槽位于干渠，过水断面大，对基础持力层承载力要求高，基础全部建基面均应落在中风化岩面；

（4）有多个渡槽墩基础地质条件类似，基础开挖时均遇流砂现象，需要采取处理措施；

（5）工期要求紧。

3.方案选择

该基础施工前期，经过对地质条件、工期、费用等因素的综合分析，根据以往类似工程的经验，对三种方案进行比较：（1）放坡大开挖堆砂包防护方案；（2）混凝土沉井方案；（3）钢套箱围堰方案。经比较如下：

（1）放坡大开挖方案：施工周期短，节省费用，但本工程由于涌水量大，流砂严重，侧压力大，砂包护坡无法稳定；

（2）混凝土沉井方案：需要预制混凝土沉井，施工周期长，施工难度大，混凝土沉井无法回收重复利用，成本高，且对后续施工有一定干扰；

（3）钢套箱围堰方案：钢材投入多、下沉时设备及人员投入多，工序复杂，但加工方便，施工周期短，钢材回收率较高，可重复利用，相比混凝土沉井更节省费用。

因此，经比较选择后，考虑采用钢套箱围堰可以迅速展开施工、速度快、周期短且支护材料可回收循环利用的优势，满足现场施工的各种要求，最终选用钢套箱围堰方案。

4.方案设计

（1）由于本工程渡槽墩基础ZDT4、ZDT5、ZDT6地质情况类似，均应采用钢套箱围堰，因此，在进行钢套箱设计时，考虑采用便于拆装的钢套箱构造，以对钢套箱进行循环使用，提高效率，降低施工成本。

（2）采用矩形无底钢套箱，分前后左右四片侧板独立加工，侧板间设内撑和八字斜撑，钢构件之间采用螺栓连接，侧板连接处嵌2cm厚遇水膨胀橡胶条。

（3）墩基础平面尺寸为：长4.8m、宽2m，考虑施工工作面，钢套箱平面尺寸为：长6.4m、宽3.6m、高3.6m，面板采用d=6mm钢板；

（4）为了保证钢套箱有足够的刚度和强度，从内而外结构依次为：间距900mm[18槽钢水平加劲肋、间距500mm[10槽钢竖直加劲肋、d=6mm钢板，在钢套箱侧板间设3道[18槽钢内撑，四个角各设3道[18槽钢八字斜撑。

（5）钢套箱围堰侧板及内撑等钢构件在工厂加工好，汽车运输至施工现场，现场安装，吊车调运至基坑位置，采用套箱内射水、抽砂相结合的工艺，依靠自重整体下沉。

5.关键工序施工

5.1加工

（1）原材料：所有用于钢套箱的材料包括钢材和焊接材料均符合设计要求，具有质量保证书；

（2）放样下料：按照设计图纸的尺寸，对面板、围楞、支撑等构件进行放样、下料；

（3）坡口加工：采用刨边机加工，以保证拼装和焊接质量；

（4）拼装：单块钢构件的拼装在加工厂进行，按图纸进行点焊固定；

（5）焊接：将拼装好的钢构件按合理的顺序焊接，以减少变形和应力。

5.2安装

钢套箱单块钢构件采用汽车吊装车，平板车运输至施工现场。在靠近基坑位置平整好场地，用于钢套箱安装。采用两台汽车吊配合钢构件安装，先用汽车吊各起吊单块侧板立起，采用螺栓连接，连接处嵌入遇水膨胀橡胶条密封止水，依次起吊另两块侧板，螺栓连接固定，接着安装侧板间内撑，最后安装八字斜撑。

5.3下沉

（1）采用汽车吊将安装好的钢套箱整体吊放在事先测量放样好的基坑位置；

（2）因基坑位置为透水性强的细砂，地下水位高，采用在钢套箱内射水抽砂土的方式下沉。配备两套抽砂设备和喷射水枪，同时对称抽砂。在抽砂过程中，应将吸水头吊起，避免埋进砂内堵塞网罩。在抽砂过程中，应不断搅动套箱内泥砂，以保证抽砂顺畅，必要时用水泵向钢套箱内补水。

（3）在钢套箱内抽砂应遵循以下原则：先中间后侧边、分层对称、先高后低、实时纠偏。

（4）为了保证钢套箱均匀下沉，先在中心抽砂，水枪配合冲出漏斗状集砂坑，再用水枪在坑四周射水，均匀分层逐渐扩大，使砂冲入坑中，应避免直接在刃脚处直接抽砂。

（5）在抽砂过程中，应注意观察中心集砂坑深度，若低于刃脚，而钢套箱不下沉时，应检查刃脚是否被杂物顶住，应向刃脚方向对称射水，均匀抽砂，避免集砂坑过深造成套箱突然下沉或向一侧倾斜。

（6）本工程要求持力层为中风化岩层，因此钢套箱应落到中风化岩面上。由于天然基岩表面不平整，在将钢套箱内抽砂至露出岩面后，用水准仪测量岩面高程，采用岩石液压破碎锤凿除高出岩石，石渣采用人工清除至料斗内，由挖掘机吊运出套箱外弃渣，直至将岩面修整至大致平整，满足设计要求。

5.4钢套箱外围反滤层

钢套箱与岩面有小缝隙，由于侧压力大，仍有流砂通过钢套箱底部涌入套箱内，为了阻止流砂涌入，在沿钢套箱外围四周设置双层土工布+碎石反滤层。因为该处地质条件不佳，在钢套箱外围开挖沟槽填筑级配碎石反滤层时，由于流砂严重，边坡坍塌无法成形。因此，施工时采用两台挖掘机配合，一台挖掘机挖开后，另一台挖掘机随即填筑碎石，逐步推进，至外围全部反滤层填筑完毕。通过设置钢套箱外围反滤层后，阻挡了流砂涌入套箱内，仅有小流量清水流入（详见图1）。

5.5岩面清理

配备两台水泵即可将套箱内水抽干，人工冲洗并清理岩面上泥砂，持力层满足设计的要求。组织进行渡槽墩基础模板安装及砼浇筑作业。施工过程中，持续在套箱内的集水坑抽水。

5.6拆除投入循环使用

在渡槽墩基础砼浇筑完成，拆除模板后，完成钢套箱内全部施工内容，混凝土达到设计要求的强度后，即可拆除钢套箱。为了避免套箱侧板在拆除时突然倾覆，在渡槽墩和套箱之间设临时支撑。由于侧板间的内支撑在渡槽墩浇筑时，已和砼浇筑成一体，无法重复利用，拆除时，先用切割机切除内撑，再拆除八字斜撑及侧板各连接螺栓。用汽车吊运各侧板及钢构件。吊运时，应设专人规范操作，确保施工安全，以及避免吊运不当导致构件变形，影响重复使用。构件拆除后吊运堆放在安装场地，进入下一个循环。

6.施工效果

本工程采用分块拼装的钢套箱围堰，利用钢材自身的刚度和防水性，有效地阻挡流砂涌入基坑，施工程序更为简便，基坑开挖后满足了设计要求。钢套箱围堰适合快速组织施工，拆装简便，可重复循环使用，在缩短工期、降低了施工成本方面取得良好的效益。

7.结语

本工程采用钢套箱围堰进行围护，配合钢套箱外围的土工布+碎石反滤层，使渡槽基础顺利实施，取得满意的效果。这表明此方案切实可行，为同类地质、水文条件下的基础施工提供了借鉴。endprint