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摘要：随着我国经济建设日益发展，城市建设和改造规模不断扩大，需在狭窄的城市河道中施工的建筑物愈来愈多，施工条件愈来愈受到限制。这些在狭窄的城市河道中施工的水中建筑物工程由于技术复杂，环境条件恶劣，施工作业面小，施工时，有时难以用传统的方法完成，或受制于抽水设备的可靠性，或很难在汛期，流量大的河道内实施。给工期、施工质量、施工安全等带来影响。因而不得不寻求更有效的施工方法，拉森钢板桩导流围堰+拉森钢板桩、钢板组合平台施工工法就是施工狭窄的城市河道中的建筑物即有效又经济实用的方法之一。
关键词：拉森钢板桩导流围堰+拉森钢板桩；钢板组合平台；施工工艺；操作要点
1工法特点
1.1与以往全断面截流的方式相比，拉森钢板桩导流围堰+拉森钢板桩、钢板组合平台施工工法有以下特点：
1.1.1拉森钢板桩阻水性能好、强度高，实现了围堰内无水作业的效果，工作安全，同时保护了河岸；
1.1.2拉森钢板桩施工速度快，刚度大、施工简便、作业高效，导流渠可以根据河道最大流量来挖到设计深度，因此该工法施工速度快，导流效率高；
1.1.3拉森钢板桩插拔容易并且可以反复多次使用，并且租赁费也较低，因此较经济。
1.1.4将导流明渠上方空间作为施工便桥、钢筋加工场地、质量较小的机电设备和金属结构的临时放置场地，通过空间上立体化地利用，减少了施工临时占地，减少材料的搬运，提高了施工的工作效率和经济效益。
1.1.5拉森钢板桩止水性好，内部土方回填量小，有效的减少了对河道的污染。
2工艺原理
此工法的施工原理是利用拉森钢板桩的防水特性，将基坑围护在一圈双层拉森钢板桩中，重点是将沿河岸的其中一侧拉森钢板桩经过计算向河道中心平移，并利用平移后节约的空间作为导流渠，同时靠河岸侧再打设一排拉森钢板桩，起到引导水流和保护河岸的作用。针对城市河道施工场地较为有限的特点，该工法在导流明渠两侧拉森钢板桩上焊接水平铺设的拉森钢板桩，再铺设钢板，将导流明渠上方空间作为施工便桥、钢筋加工场地、质量较小的机电设备和金属结构的临时放置场地，通过空间上立体化地利用施工场地，减少了施工临时占地，减少材料的搬运，提高了施工的工作效率和经济效益。
3施工工艺流程及操作要点
3.1工程概况
东穆坞溪清水入城应急项目位于西湖区，工程范围为引水工程暗渠出口至东穆坞溪沿山河交汇处，工程内容包括翻板闸、管理房、加药系统。工程目标是来水流量为8m³/s时，通过降低水流流速并投放絮凝剂，降低引水浊度，达到清水入城的效果。翻板闸位于东穆坞溪沿山河交汇处上游40m处，功能是抬高水位，降低河道流速，以达到沉沙流速要求，水闸净宽15.0m，设计闸高2.5m，设计流量8m³/s。翻板工程主体结构有：闸室、上下游护坦、两岸翼墙等。
3.2工程总体施工工艺
导流明渠施工——构筑翻板闸上下游围堰——基坑开挖及打桩——基坑降排水——水闸混凝土浇筑——翼墙、上下游护坦施工。
东穆坞溪为城市主要河流，河道内长年有水，最宽处河宽25m，平均水深1.5米左右，为满足狭窄河道导流围堰要求，采用钢板桩围堰。围堰形式采用双层拉森钢板桩，双层拉森钢板桩之间装土填芯防渗，填筑高度超出围堰后导流明渠水位1.0米。为防止填土后上口撑开，拉森钢板桩每隔3米设一道Ф25钢筋制作横向拉杆。为保证施工作业面在导流渠上方设置设置施工临时加工场地。
3.3导流渠施工工艺
沿河道一侧先行打设导流明渠两侧拉森钢板桩（靠近基坑侧打设双排拉森钢板桩）——导流明渠开挖至设计高程——打设基坑上下游内侧拉森钢板桩——打设另一侧河岸拉森钢板桩与上下游拉森钢板桩合拢——打设上下游外侧拉森钢板桩与靠河岸侧拉森钢板桩密封成环——每隔3m设一道Ф25钢筋制作横向拉杆——双层拉森钢板桩内填入黏土——基坑排水——导流明渠上方设置施工临时加工场地。
3.4导流围堰以及施工平台设计方案
3.4.1拉森钢板桩围堰设计
3.4.1.1河道导流计算
围堰的上游为一个常年流水的河道，河道宽25米左右，平均水深1.5米左右，河水流速约为1.5m/s左右，根据上述参数计算河道流水的日流量为：
Q＝B*H*V*d=25m*1.5m*1.5m/s*86400s=4860000m³
上式中：
Q:表示水的流量
B：表示河道宽度（25m）
V：表示水的流速（1.5m/s）
H：表示水深（1.5m）
计算需要的导流渠断面深度计算：
H＝Q/B*V*d=4860000/7*3.5*86400=2.29m
Q：表示水的流量
B：表示导流渠宽度（根据现场实际情况取7m）
H：表示导流渠断面深度
V：表示水的流速（按允许最大流速3.5m/s计算）
根据上述计算可知，导流渠至少需要的断面尺寸为7m*2.5m（保守计算水深取2.5m）。
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3.4.1.2拉森钢板桩勘固深度计算
经过计算本工程导流渠水面高度2.5米（安全系数取1.2，即按3米计算），支护类型为悬臂式板桩。计算过程如下：
水密度：ρ水=1000kg/m3；
查地质报告得：本工程施工范围场地砂性土密度取值：
ρ土=2000kg/m3；
则土容重：γ=2000×9.8=19.6kN/m3；
土内摩擦角：φ=26°；
查表得：SP-Ⅳ型拉森板桩每延米截面抵抗矩为：2270cm3/m；
主动土压力系数：
Ka=tan2（45°-26°/2）=0.39
被动土压力系数：
Kp=tan2（45°+26°/2）=2.56
1）由D点为土压力合力零点，可得：
ρ水gH+γ×HBD×KA=γ×Hbd×Kp
所以HBD=ρ水gH/（γ（KP-KA））=0.7m
设埋入深度为t，取防倾覆安全系数为2，则
2（ρ水gH×H/2×（H/3+t）+ρ水gH*HBD/2*（t-HBD/3））=γ（t-HBD）（KP-KA）×（t-HBD）/2×（t-HBD）/3
计算得：t=5.22m
则最小勘固深度取：t×（1+15%）=6.0m。
3.4.1.3拉森钢板桩长度选择
水面高度3米，出水部分1米，6+3+1=10米，拉丝钢板桩长度尺寸为定尺9米和12米两种，本工程采用定尺12米拉森钢板桩。
3.4.1.4应力验算
g点为剪应力零点，则
（H+HBD）×ρ水gH/2-（γ（KP-KA）t2-ρ水gH）×（t2-HBD）/2=0
计算得：t2=2.29m
则：每延米拉森板桩承受最大弯矩值：
M=0.5×ρ水gH*H*（H/3+t2）+0.5×ρ水gH×HBD×（t2-HBD/3）-（γt2（KP-KA）-ρ水gH）×（t2-HBD）/2×（t2-HBD）/3=137.67kN•m
容许应力
σ=M/W=137.67/2270=60647.6KPa=60.6MP
3.4.1.5型号选择
根据以上计算，查“U型钢板桩截面尺寸、截面面积、理论重量及截面特性”图表选择型号为400×170。
3.4.1.5拉森钢板的布置
本工程围堰形式采用双层拉森钢板桩，间距3.0m，水面部分双层中间填黏土防渗，填筑高度4米（根据以上计算，最小勘固深度为6米，外露6米，根据水位高度及安全起见，勘固深度施工取8米，外露4米）。
为防止填土后上口撑开，拉森钢板桩每隔3m设一道横向拉杆，拉杆采用Ф25钢筋制作，每根长3.5m。
3.4.2拉森钢板桩、钢板组合平台设计
因现场施工场地的局限性，为了充分利用已有的空间，节约施工场地和减少材料搬运。故将导流明渠上方空间作为施工便桥、钢筋加工场地、质量较小的机电设备和金属结构的临时放置场地。
导流渠上方横向布置12m长SP-Ⅳ型拉森钢板桩，间距为2.5米，并与导流渠两侧的拉森钢板桩焊接牢固，待拉森钢板桩架设完毕后，在其上满铺20mm厚钢板.并在工作平台上面采取在钢板上焊接钢筋的防滑措施，并在栈桥两侧设置防护围栏。
4效益分析
4.1安全性能显著
传统的全断面围堰法（上下游河床上各建一拦断全部河床的围堰，根据河道流量另行设置大功率的水泵强排或者埋设导流管涵等方式导流的施工方法），只能用于流量较小的河流上或只用来担负枯水期的导流任务，而且受限于设备的性能。而采用拉森钢板桩导流围堰+拉森钢板桩、钢板组合平台施工工法止水性能好，导流效率高，施工安全可靠，实现了基坑内无水施工，不受限于抽水设备的性能和导流涵管导流性能的局限性。
4.2经济效益显著
拉森钢板桩导流围堰+拉森钢板桩、钢板组合平台施工工法的应用与其它围堰的方法相比，拉森钢板桩可以反复应用，不需要埋设管涵，不需要用抽水设备强排，充分利用了拉森钢板桩的止水性能和强度，导流效率高，充分利用了导流渠上方的空间，减少了临时占地，减少了材料的搬运，缩短了工期，经济效益显著。运用本工法整个施工过程中各种材料搬运费以及材料费用约节约了10万元左右，总体工期节约了15天左右。
4.3社会效益显著
拉森钢板桩导流围堰+拉森钢板桩、钢板组合平台施工工法成功应用，解决了狭窄的城市河道汛期导流困难、施工作业面小的难题，为建筑施工技术的发展起了积极的推进作用。
总之，经济的迅速发展在很大程度上促进了建筑业的发展，但是因为土地的有限，使得城市河道中的建筑越来越多，因为施工条件的限制导致其施工难度不断的加大，而拉森钢板桩导流围堰+拉森钢板桩、钢板组合平台施工工法因其独特的优势更加适合在狭窄的城市河道建筑的施工，并且取得了非常显著的效果，是非常值得推广的。
参考文献
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论文作者:王磊,吴利均
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/16
标签：钢板论文; 围堰论文; 河道论文; 明渠论文; 组合论文; 场地论文; 基坑论文; 《建筑学研究前沿》2018年第35期论文;