围堰施工控制点与监测数据综合分析

围堰施工控制点与监测数据综合分析

赵安

中船第九设计研究院工程有限公司上海200063

摘要：亚历山大船厂船台改造围堰由双排钢板桩、高压旋喷帷幕及部分永久结构共同组成。双排钢板桩围堰、高压旋喷帷幕、以及围堰与老结构相连接的近接施工刚度、稳定性及止水效果，对于老船台的改造具有重要意义。通过围堰在施工过程中的监测及数据分析，达到安全指导老结构拆除及近接施工的效果。

关键词：围堰施工；近接施工；围堰监测；数据综合分析

1、工程概况

南船台口门外需设置双排钢板桩围堰，并在陆域设置连续止水帷幕（高压旋喷桩）。围堰在平面上“┌┐”形布置，内排板桩距船台前沿线20m，北侧圆弧段至现有船台结构外边线，南侧圆弧段至驳岸钢板桩。围堰堰体内另设3道钢板桩横隔墙，在平面上将围堰分成4个隔舱。

近接施工主要包含围堰内侧船台口门段基坑开挖、坞口底板及坞墩施工。基坑底标高为-8.1m（局部-10.0m），坞口底板局部底标高为-10.m，水平距离钢板桩围堰内排桩正面只有20米，围堰监测数据的综合分析对指导坞口开挖和坞口底板、坞墩施工起到至关重要的作用。

围堰宽度为10m，外排钢板桩顶标高为+2.5m，桩长20m；内排钢板桩顶标高为+1.5m，桩长20m，底标高-18.5m。围堰堰体填砂面标高同内排钢板桩为+1.5m。

整个坞口泥面标高由南往北是-4.0~-7.8m，淤泥层平均厚度约14米，含水率为35%~40%。

围堰施工完成后采用深层土体位移观测、水位观测、拉杆应力监测，并通过对围堰监测数据的分析指导老结构拆除及近接施工，以保证围堰内船台结构安全施工。具体围堰施工及监测布置如下图：

水上抛填砂袋采用人工装袋，50t吊机和人工配合进行抛填；双排钢板桩之间的回填砂则由500m3自航皮带砂船直接打入。

施工过程中严格对钢板桩防腐与止水、钢板桩施打过程、围檩安装及拉杆张紧等施工流程做严格的质量监督，保证了钢板桩的施工质量。

3、旋喷桩施工

高压旋喷桩主要位于南船台与围堰的交接处及坞室壁的两侧，用于船坞坞室的帷幕止水。为了保证高压旋喷桩的成桩质量，在正式开工前先根据要求选取典型段进行试验，以确定施工的工作压力、选择速度及提升速度等参数。

为了保证施工止水效果及施工工作，按照高压旋喷桩施工需按结构部位及施打标高分成如下几个工作阶段进行施工：

①船台北侧顶标高为-4.0～+1.0m的旋喷桩，提前在船台地板上埋设好注浆管，搭设好施工平台，待坞门打开坞室注满海水之后进行该处旋喷桩施工；

②水泵房与围堰交接处的旋喷桩在围堰内海砂回填至设计标高，搭设施工平台进行该处旋喷桩施工；

③护岸处旋喷桩在钢板桩施打结束陆域回填至+1.0m标高之后进行该处旋喷桩施工；

④船台南侧及北侧剩余旋喷桩施工按照施工图布置在坞室充满水之后进行旋喷桩施工。

注浆管底部埋入船坞底板，孔位测量放样后，拟用混凝土取芯机在高喷孔位上钻孔直径φ150mm，孔深30～50cm。该孔经过清洗、烘干后，埋设注浆管；钢管与孔壁之间的缝隙用植筋胶或环氧树脂充填，以防高喷施工中漏浆。

通过对施工工艺流程中各个环节质量及参数的控制，保证了基坑的止水效果，将整个船台区域每天的渗流量控制在150立方/天。

4、围堰监测数据的综合分析

围堰监测是围堰施工完成后进行近接施工的信息化指导，直接影响围堰的结构安全及对止水效果。合理设置监测断面设计不仅仅可以信息化指导近接施工，同样也可以对监测资金的投入有较大的影响。

围堰监测过程中根据设计要求深层土体位移总量累计不超过45cm、每天最大位移量不超过5mm，拉杆应力轴力不得大于突变2KN/d、内外水位成梯度变化。

根据围堰形成后围堰内的不同的施工阶段对围堰位移造成的不同影响划分为如下四个阶段：第一阶段为坞室泥面以上抽水（含船台后方渗流），第二阶段为坞口开挖清理并抽取浅层滞水（含船台后方渗流），第三阶段为坞口拆除切槽，抽取地下渗水，第四阶段为后续降水及坞口施工，通过不同期间围堰监测数据的指导，把近接施工的坞口底板和坞墩施工对围堰及老结构的影响控制在最小范围，保证了施工安全、质量与工期安排。

第一阶段：坞室泥面以上抽水（含船台后方渗流）

2012年4月15日至2012年5月15日，经历了30天的抽水时间，抽水从+0.6至围堰内淤积泥面标高约—4.0米，围堰内水位下降深度4.6米。

应力监测显示：1#断面拉杆轴力ZL1由32.53~-30.42KN、2#断面拉杆轴力ZL2由21.66~-23.33KN，3#断面拉杆轴力ZL3由25.21~-22.82KN，拉杆拉应力在整体稳定区域变小却均衡，且每天轴力变化远远小于规定值，拉杆受力没有突变处于正常状态。

围堰深层土体监测累计位移如下：CX1—10.81mm、CX2—9.36mm、CX3—53.81mm、CX4—65.01mm、CX5—174.06mm、CX6—185.84mm、CX7—186.79mm、CX8—198.47mm、CX9—114.6mm、CX10—108.89mm。从深层土体位移累计数据显示：围堰位移的主要原因为围堰内外水压差造成。围堰直线段部位最为围堰最薄弱处且监测点位移量较大，平均每天位移量约为6.3mm；南侧弧形段相对较小，平均每天位移量约为3.5mm；而围堰北侧弧段与水泵房相接处由于有旋喷加固体，整体位移最小，平均每天位移量不足1mm。

水位监测显示围堰内水位如下：SW1—-1.96、SW2—-1.97、SW3—-2.59、SW4—-2.59、SW5—-1.91。从水位监测的数据显示：围堰直线段部分水位下降值较大，围堰内外形成的水位差值基本成梯度变化+0.5m—-2.59m—-4.0m。

第二阶段：坞口开挖清理，抽取浅层滞水（含船台后方渗流）

在围堰形成过程中，由于围堰内外抛砂及护坡形成后仍然在进行高压旋喷桩施工，施工弃浆造成整个坞口淤积至-4.0米，比设计标高-5.0米约高出了1米，为了保证坞口的切槽工作顺利进行，需把原南船台坞口前沿2米范围内淤泥进行清理后降水至-8.0米左右。

整个围堰坞口内侧两端点的的长度为75米，而整个原南船台宽度才28米，除去坞口加固体及拆除保留约6米，整个清淤东西长度只有22米开挖工作从2012年5月16日开始至7月9日结束，经过24天的坞口开挖，围堰内抽水降至约-5.0米（坞口淤积的泥面标高）。

应力监测显示：1#断面拉杆轴力ZL1由30.42KN~-30.11KN、2#断面拉杆轴力ZL2由23.33~-23.01KN，3#断面拉杆轴力ZL3由22.82~-22.59KN，拉杆拉应力在整体稳定区域变小却均衡，拉杆受力没有突变处于正常状态。

围堰深层土体位移监测点至2012年7月9日累计位移如下：CX1—14.84mm、CX2—12.21mm、CX3—84.51mm、CX4—102.76mm、CX5—224.96mm、CX6—239.90mm、CX7—227.77mm、CX8—240.79mm、CX9—132.14mm、CX10—120.39mm。从深层土体位移累计数据显示：围堰直线段部位最为围堰最薄弱处检测点位移量较大，南侧弧形段相对较小，而围堰北侧与水泵房相接处由于有旋喷加固体，整体位移最小。CX5~CX8第二阶段位移量约为41mm~54mm，每天平均位移量约为2.0mm，从位移数据直观判断开挖对坞口深层土体扰动影响并明显，围堰位移较第一阶段趋于减少。

水位监测显示围堰内水位如下：SW1—-2.19、SW2—-2.18、SW3—-2.72、SW4—-2.73、SW5—-2.10。从水位监测的数据显示：围堰直线段部分水位下降值较大，围堰内外形成的水位差值基本成梯度变化+0.5m~-2.72m~-5.0m。

第三阶段：坞口拆除切槽，抽取地下渗水

2012年6月10日至7月21日，为了保证船台底板切槽作业，围堰坞口内水位从-5.0m降低至设计-8.0m。因为原坞口结构底标高为-10.0m，坞口拆除单位必须在坞口前沿进行局部挖深和降水至-11.0米。

应力监测显示：1#断面拉杆轴力ZL1由30.11KN~-28.4KN、2#断面拉杆轴力ZL2由23.01~-21.33KN，3#断面拉杆轴力ZL3由22.59~-21.06KN，拉杆拉应力在整体稳定区域变小却均衡，拉杆轴力虽然较第二阶段应变增大，但拉杆受力没有突变仍处于正常状态。

围堰深层土体位移监测点至2012年7月21日累计位移如下：CX1—23.69mm、CX2—16.21mm、CX3—128.12mm、CX4—158.3mm、CX5—321.59mm、CX6—346.44mm、CX7—315.73mm、CX8—329.37mm、X9—159.18mm、CX10—142.83mm。在坞口从-5.0米连续抽水至-8.0米过程中，坞口抽水量从每天的350立方降到了150立方。CX5~CX8第三阶段位移量约为90mm~108mm，平均每天位移量约为2.5mm，该期间位移较大，但位移差异量仍不大，围堰内侧钢板桩直线段CX5和CX7的累计位移量差异只有约4mm。第三阶段位移量较大除围堰内外水压差之外，主要存在两方面原因：1、从坞口的地勘报告显示坞口淤泥含水率为34.9%~40%，在第三阶段连续降低地下水的过程中，造成围堰内坞口淤泥失水干缩。2、坞口拆除采用切槽的施工方式，这样造成坞口北侧前沿局部需开挖到-10.0米，对坞口前沿土体有一定的扰动。

围堰水位监测显示在7月21日切槽完成后水位如下：SW1—-3.05、SW2—-2.98、SW3—-3.21、SW4—-3.25、SW5—-3.0。从水位监测的数据显示：围堰直线段部分水位下降值较大，围堰内外形成的水位差值基本成梯度变化+0.6m—-3.25m—-8.0m。

第四阶段：后续降水及坞口底板和坞墩施工

2012年7月21日至8月16日，船台进行剩余42米的拆除工作，围堰坞口内水位保持连续降水。

应力监测显示：和第三阶段轴力数据相比基本没有变化

水位监测的数据显示：和第三阶段相比较，围堰内水位基本没有变化。

围堰深层土体位移监测点至2012年8月17日累计位移如下：X1—28.53mm、CX2—18.17mm、CX3—137.25mm、CX4—166.63mm、CX5—339.19mm、CX6—365.34mm、CX7—332.66mm、CX8—345.12mm、CX9—165.16mm、CX10—150.95mm。第四阶段坞口土体干缩变形基本完成，船台结构拆除还未拆除到坞口前沿，第四阶段已连续近27天的降水，至目前为止C5~C8的位移为16mm~19mm，平均每天位移量不到1mm，围堰位移与第三阶段相比较已呈现收敛趋势，围堰整体已处于稳定状态，围堰近接施工可以全面展开。

5、结束语

从2012年钢板桩围堰施工4月完成到2013年8月围堰拆除，围堰位移变化值仍在合理的范围之内，通过对监测数据分析来指导船台近接施工安全，保证了老船台的拆除及新建船台施工的安全，同时确保了船台整体施工进度。