鲤鱼江防洪闸工程钢板桩围堰设计及特点

黄秘昌

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 工程概况

鲤鱼江防洪闸位于贵港市城区中部郁江左岸鲤鱼江口处，设计过闸流量为3380 m3/s，属大（2）型水闸，工程等别为Ⅱ等，工程的主要任务为阻挡郁江50年一遇洪水、排泄鲤鱼江自身30年一遇洪水。水闸外江郁江50 年一遇洪水，设计防洪水位为48.13 m，100 年一遇校核防洪水位为48.13 m（因为上游百色水库调节）；内江鲤鱼江设计排洪标准为30 年一遇，设计过闸流量为3380 m3/s，相应闸上设计水位为42.38 m，闸下设计水位为41.67 m。防洪闸闸室共5 孔，每孔净宽8 m，设8 m×12 m（宽×高）平板工作闸门。

防洪闸施工导流采用左、右岸分期导流方式，一期施工左岸2 孔水闸及接头坝，二期施工右岸3孔水闸及接头坝。一、二期施工导流纵向围堰采用混凝土围堰，上、下游围堰采用土石围堰，围堰洪水标准采用枯水期5 年一遇。混凝土纵向围堰总长163 m，堰顶高程36.5 m，最大高度为14 m。

混凝土纵向围堰位于鲤鱼江河床中部，采用钢板桩围堰施工，施工导流时段为11月至次年4月，鲤鱼江口相应最大流量271 m3/s，最高水位36.45 m[1]。

2 围堰地形地质条件

防洪闸处鲤鱼江河床宽度约40 m，两岸Ⅰ级阶地台面高程44～48 m，地势较为平坦，岸坡自然坡度为18°～32°。钢板桩围堰堰基位置河床为新近淤积的Qal2淤泥或含砂淤泥，局部含砾石，结构松散，形状差，层厚不稳定，一般1.5～3.5 m；下伏基岩为C1d 弱～微风化中厚～厚层状白云质灰岩，岩石坚硬，钢板桩很难深入基岩。且浅表层基岩岩溶较发育，岩面起伏，透水性中等，淤泥等覆盖层稳定性极差，浅表层岩溶渗漏可能引起淤泥等覆盖层产生渗透破坏，对围堰稳定不利。

3 钢板桩围堰结构设计

钢板桩围堰采用U 型SKSP-IV 钢板桩型式。钢板桩临时围堰呈方形布置，宽度17.7 m，长168 m，桩顶高程为37.3 m。板桩距纵向混凝土围堰左、右侧堰脚的最小距离分别为1.7、1.5 m；距上、下游端堰脚的最小距离分别为2、3 m。钢板桩内支撑结构采用钢管对撑及角撑。钢板桩自上而下沿35.00 m、32.50、30.00、27.50及25.25 m高程设5道围囹，围囹采用2 根H 型钢HN350；每道围囹结构用Φ377×22 钢管作水平对撑，每榀水平对撑钢管的间距为4 m；钢管的端部采用Φ203×14 钢管作两边支撑以保证对撑的端部稳定；钢板桩平面折角处采用两道钢管角撑呈45°以加强局部结构。

钢板桩插入基岩面，底部高程为24～25 m，桩脚清除淤泥后采用1.0 m 厚C20（2）水下混凝土封底，封底宽度均为3 m，钢板桩围堰外侧0.75 m 处设置帷幕灌浆防渗，帷幕灌浆孔距2 m，灌浆深度为6 m。

钢板桩围堰的材料特性见表1，钢板桩围堰平面示意图见图1，断面图见图2。

表1 钢板桩结构材料特性表

图1 钢板桩围堰平面示意图

图2 钢板桩围堰断面图

4 计算分析

钢板桩结构计算考虑按1 m 单宽长度，钢板桩在底部基岩处为竖向链杆连接，各层围囹支撑处为铰接。计算软件采用理正结构工具箱7.0PB3（钢连续梁分析模块）。

4.1 计算工况

按钢板桩施工时内支撑安装次序的先后顺序考虑以下3种计算工况：

工况1：35.0～30 m 高程三道围囹施工完毕，开挖至27 m。

工况2：35.0～27.5 m高程四道围囹施工完毕，开挖至25 m；25 m 以下钢板桩镶嵌在土里，按简支计算。

工况3：35.0～25.25 m 五道围囹施工完毕，开挖至24 m。

4.2 计算结果

计算结果见表2 和图3～图8，各工况下钢板桩的最大拉应力均小于钢材设计强度，满足规范要求。

表2 钢板桩结构计算成果表

图3 工况1弯矩图（kN·m）

图4 工况1剪力图（kN）

图5 工况2弯矩图（kN·m）

图6 工况2剪力图（kN）

图7 工况3弯矩图（kN·m）

图8 工况3剪力图（kN）

5 特点分析

（1）工程位于鲤鱼江和郁江汇合口，受桂平航运枢纽库水位顶托，河床水位较深，且钢板桩围堰位于河床中部，需要搭建施工平台。

（2）围堰基础基岩埋藏较浅，覆盖土层厚度较薄，基岩岩石坚硬，钢板桩无法深入基岩，且浅表层基岩岩溶较发育，岩面起伏，因此需要采取水下封边混凝土解决钢板桩底部的踢脚、渗水等问题。

（3）为保证水下封边混凝土质量，浇筑混凝土前把河床淤积层清除干净。本工程位于库区内，库水位较为平稳，鲤鱼江水流流速较低，有利于清淤和水下封边混凝土施工。

（4）钢板桩基岩岩溶较发育，透水性中等，通过设置帷幕灌浆进行封闭，解决岩溶渗漏问题。

（5）横向水平支撑钢管间距要满足设备开挖施工要求。纵向围堰混凝土浇筑上升过程中，横向支撑可以通过调整支撑点以保证钢板桩结构稳定。

（6）施工期对钢板桩围堰进行监测，如出现变形、漏水等情况及时处理。

6 结语

鲤鱼江防洪闸钢板桩围堰施工过程中，除了局部因有岩溶通道需要加密帷幕灌浆外，钢板桩结构稳定和防渗效果都是比较好的，保证了混凝土纵向围堰的顺利实施，对主体工程施工导流发挥了重要作用。本工程的实施经验可以为其他河床窄、水位深、基岩埋藏浅的类似工程的施工导流方案提供参考。