复杂滨海环境双排钢板桩围堰创新应用研究

复杂滨海环境双排钢板桩围堰创新应用研究复杂滨海环境双排钢板桩围堰ZHEJIANGDESIGNINSTITUTEOFWATERCONSERVANCY&HYDRO-ELECTRICPOWER创新应用研究成果报告水利项管Qc小组浙江省水利水电勘测设计院二○一四年三月目录1概况....................................................................................................11.1工程简介...........................................................................................11.2小组概况...........................................................................................12课题选择.............................................................................................32.1问题的调查和提出............................................................................32.2提出课题...........................................................................................42.3确定课题...........................................................................................5345活动计划.............................................................................................7目标设定和可行性分析......................................................................7提出各种方案并确定最佳方案...........................................................95.1方案的提出.........................................................................................95.2各方案相应计算...............................................................................105.3围堰方案工期费用比.......................................................................155.4方案的可行性分析及评估................................................................1667方案具体化并制定对策....................................................................17方案实施过程...................................................................................188．检查阶段(C)........................................................................................248.1目标值实现情况...............................................................................248.2社会效益和经济效益.......................................................................268.3其他效益...........................................................................................269．总结阶段(A)........................................................................................269.1推广应用...........................................................................................269.2总结与今后打算...............................................................................271概况1.1工程简介由我院（浙江省水利水电勘测设计院）承接的宁波市某堤闸工程，工程区位于象山港口门北侧，围堰全长680米。拟建围堰轴线位置海水深为5m～10m，淤泥、淤泥质粘土等软弱土层总厚度达到20米以上，水文地质条件差。由于后期工程施工要求，围堰使用寿命要求达到八年以上。在复杂滨海环境下建设使用寿命达八年以上的围堰在浙江省水利行业尚属首例，在全国也罕有先例。工程鸟瞰图[术语解释]围堰：指在水利工程建设中，为建造永久性水利设施，修建的临时性围护结构。其作用是防止水和土进入建筑物的修建位置，以便在围堰内排水，开挖基坑，修筑建筑物。1.2小组概况浙江省水利水电勘测设计院水利项管QC小组成立于2013年3月，注册编号为QC2013-3-01。本小组主要成员曾承担了《提高面板堆石坝体填筑质量》课题和《复杂水文环境下水下监测仪器电缆保护形式的研究》浙江省水利水电勘测设计院1课题，并分别获得了2013年度浙江省工程建设（勘察设计）优秀QC小组二等奖和一等奖。本次水利项管QC小组承担了“复杂滨海环境围堰的创新应用研究”课题，小组类型为“创新型”，活动时间为2013年3月～2014年3月，期间活动了12次，出勤率为100%。小组成员由浙江省水利水电勘测设计院从事项目管理和设计工作具有丰富经验的一线技术人员组成，其中高级工程师4人，工程师2人，助理工程师4人。人员中具有硕士学位的有5人，学士学位的有5人。本QC小组基本情况及人员组成见下表：浙江省水利水电勘测设计院22课题选择2.1问题的调查和提出1）现场施工环境工程区为滨海环境，多年平均高潮位值2.39m，多年平均低潮位值-1.21m，平均潮位0.68m。围堰施工需在水下作业，传统土石围堰直接在水下施工，通常直接坐落在覆盖层上，质量往往难以保证。工程地点和石料料场距离约15km，其中12km为统料回填的临时道路，并含约5km的山路，运输条件将制约土石回填的施工进度。对武汉钢铁（集团）公司，江苏顺力冷弯型钢实业有限公司、博克斯有限公司等几家国内主要的钢板桩制造厂家进行咨询，钢板桩的形式有普通槽钢、拉森钢板桩以及组合拉森钢板桩，长度6m、9m、12m、15m，也可根据用户的要求，定尺加工，最大长度为24m。各定型的钢板桩供应能力充足、材料供应基本不占用施工工期。2）现场水文环境和地质环境本工程场区水文环境较为复杂，受地形影响，海流的流向、流速差异较大，海水交换剧烈，因此滨海环境围堰生存环境类似洪水期间围堰的部分特征。本小组收集了“2013年10月浙江德清河道新建堤岸垮塌”，“2013年8月姚江大堤坍塌”等工程案例，在流速高和风浪大的水环境中，传统土石围堰易形成管涌、沉移、滑坡倒塌等灾害。根据工程地质勘察报告，工程区地层上部为深厚软弱土层，该土层为高含水量高压缩性低强度的软土，总厚度大于20米，工程地质条件差。若使用传统土石围堰，须严格控制加荷速率，待地基承载力提高了，才能往上加荷，因此施工的进度较慢，费用较高。浙江省水利水电勘测设计院3[术语解释]钢板桩：是由钢材制作而成的一种防护桩，其截面有直板形、槽形及Z形等，形状长而扁，可用于低边坡、基坑等的防护。3）工程工期和投资根据项目规划文件、可行性研究及工程概算文件，围堰工程总工期为680日历天，计划于2013年5月20日开始建设，并要求2015年3月31日前建设完成，并开始围堰内避风港的施工。围堰工程总概算为1.02亿元.4）问题地提出：从以上调查可以看出，工程地质和水文环境复杂，围堰工程受后续避风港建设工程的制约，工期较短，使用寿命期较长，且投资预算有限。因此如何对传统的围堰类型进行创新应用，以解决本工程在质量、工期和投资上的难题是迫切需要探索和解决的任务。2.2提出课题综合工程质量、进度、投资的要求，结合本工程的复杂滨海环境的特点，小组通过讨论提出了两个课题方案：浙江省水利水电勘测设计院42.3确定课题5浙江省水利水电勘测设计院浙江省水利水电勘测设计院63活动计划小组活动计划表制表：朱征雁时间：2013.44目标设定和可行性分析质量目标分析：控制钢板桩的实际内应力在允许应力范围内，避免出现弯曲、倾覆等质量事故。根据《公路桥涵施工技术规范》（JTG-T-F50），钢板桩的安全系数K????≥1.5。?浙江省水利水电勘测设计院7其中：K——安全系数，???——允许应力，?——实际应力。目标一：钢板桩的安全系数K≥1.5。工期、费用目标分析：工期和费用是一般工程实施的决定性因素。围堰施工方案工期越长，对现场围堤施工的影响越大，工期长方案的资金成本和机会成本均大幅增加；而费用则影响方案的经济性。将各方案的工期完成率与费用率相比即所谓的工期费用比，其值越大，说明方案的可行性越高。根据相关规程规定效益费用比(RBC)≥1.0的方案是可行的。其中工期完成率为规划文件批复的工期与各方案工期之比，其值越高，说明工期越节省。费用率为各方案费用与规划文件批复的费用之比，其值越高，说明费用越高。本课题设定效益费用比为各方案平均值，即目标二：“效益费用比(RBC)≥1.21”，计算见“围堰方案效益费用比一览表”。[术语解释]效益费用比(RBC)：建设项目在计算期内效益流量的现值与费用流量的现值的比率，是经济分析的辅助评价指标。浙江省水利水电勘测设计院85提出各种方案并确定最佳方案5.1方案的提出2013年8月15日～8月20日，小组经咨询行业内类似环境的处置情况，未发现有较为普遍和成熟的，可以直接使用和借鉴的方法。小组成员运用“头脑风暴法”，提出了多种技术方案，并归纳整理如下：浙江省水利水电勘测设计院95.2各方案相应计算浙江省水利水电勘测设计院10浙江省水利水电勘测设计院11浙江省水利水电勘测设计院12浙江省水利水电勘测设计院13浙江省水利水电勘测设计院145.3围堰方案工期费用比双排钢板桩围堰方案效益费用比一览表效益费用比计算公式：效益费用比=（B/C）B：工期率C：费用率其中B=B批复/Bi，Bi—第i个方案的工期，B批复—规划文件中批复的工期。C=Ci/C批复，Ci—第i个方案的费用，C批复—规划文件中批复的费用。浙江省水利水电勘测设计院155.4方案的可行性分析及评估各方案可行性分析及评估一览表通过上述一系列的分析和计算，小组确定了竖向加筋钢板桩创新方案为实施方案。浙江省水利水电勘测设计院166方案具体化并制定对策（一）双排钢板桩围堰方案的具体分析为实现复杂滨海环境的围堰设计，并提高效益费用比，关键控制点在于：1、钢板桩结构优化设计2、钢板桩组合焊接优化3、施工工法优化4、做好后期的沉降位移观测工作（二）针对以上关键控制点，小组成员进行认真细致地讨论分析，研究解决问题的方案措施，并分工落实各自的任务，制定了如下对策表：浙江省水利水电勘测设计院177方案实施过程浙江省水利水电勘测设计院18钢板桩两端不加筋钢板桩端头制作成三角浙江省水利水电勘测设计院19钢板桩由供货厂家批量制作浙江省水利水电勘测设计院20钢板桩安装导向架兼做人走平台浙江省水利水电勘测设计院21钢板桩端部用绳索牵引钢板桩锁口铲泥及涂刷润滑油脂浙江省水利水电勘测设计院22钢板桩施工图一钢板桩施工图二成形钢板桩墙二近景图远景图成形钢板桩墙二浙江省水利水电勘测设计院238．检查阶段(C)8.1目标值实现情况2014年2月10日，本工程已完成350米围堰的施工，小组成员对钢板桩施工过程总结如下：在实际打桩过程中，通过观察和测量，钢板桩未出现锁口脱开、单桩变形、垂直度发生较大偏差等治疗情况，双排桩间完成填土后，用经纬仪对外侧钢板桩的位置进行测量，偏移最大值<2cm，符合规范要求。经试验检测，抽检结果汇总如下表：?由表可知，满足“钢板桩安全系数K????>1.5”的目标要求。本次已完成的围堰施工过程中，每100米围堰实际材料用量：钢板桩1468.5T，渣料石粉：10400m3，袋装土650m3，块石1300m3。浙江省水利水电勘测设计院24每100米围堰费用：钢板桩1248.2万元，其他132万元，合计每100米1380.2万元。双排钢板桩围堰方案效益费用比计算表竖向加筋钢板桩围堰实施效益费用比为1.35＞1.21(目标值)，达到目标！浙江省水利水电勘测设计院252014年2月20日由浙江省水电设计院组织专家对“竖向加筋钢板桩围堰”进行自检，专家一致认为该创新围堰安全稳定性好，并具有良好的可施工性，符合在复杂滨海环境围堰工程中推广应用的条件。8.2社会效益和经济效益直接效益：通过技术创新直接节约每100米围堰的工程成本851.8万元；间接效益：通过QC小组的活动，编制了复杂滨海环境