深水大承臺鋼板樁圍堰施工方法

劉東羽

1 工程概況

石灣特大橋是佛山市禪西大道工程中跨越東平水道的一座特大橋,目前正在進行主墩基礎(chǔ)施工。主橋為(90.5+150+90.5)m矮塔斜拉橋,斜拉索為雙塔單索面布置。橋塔高28 m,與主梁0號塊的橫梁固結(jié)。箱梁采用單箱三室加撐板懸臂的形式,C60混凝土,三向預(yù)應(yīng)力體系。箱梁頂板寬33.5 m,底板寬16.5 m,梁高5 m～3.5 m。主墩采用空心薄壁異形墩,墩高為16.0 m,采用C40混凝土。主墩承臺為正方形,尺寸為17.5 m×17.5 m×4 m,采用 C30混凝土,單個承臺混凝土方量為1 225 m3,承臺下設(shè)16根φ 2.0 m鉆孔樁。

本項目位于珠江三角洲腹地,屬第四紀(jì)第一級海相沖淤積階地。場區(qū)第四系土層主要由軟土及粉細砂組成,基巖由下第三系寶月組和下白堊統(tǒng)白鶴洞組泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖組成。

2 深水大承臺施工方法

2.1 問題的提出

本項目承臺施工具有以下幾個特點:1)按航道部門要求,承臺頂面埋入現(xiàn)狀河床下,開挖深度大(最低常水位標(biāo)高為+0.73 m,承臺頂標(biāo)高為-4.4 m,加上封底厚度,開挖深度達到11.0 m);2)汛期長且剛好跨汛期施工,水位深且變化較大給施工帶來了一定難度;3)距離石灣水廠一級水源保護區(qū)的吸水口僅100多米,環(huán)保措施方面要求高;4)距離大堤護坡坡腳較近,開挖時水利部門要求高。如何解決承臺施工的受力問題、防備洪水襲擊、滿足航道水利環(huán)保等部門要求、滿足工期要求,將是決定本橋承臺施工成敗的關(guān)鍵,也是我們選擇承臺施工方案的出發(fā)點。

2.2 施工方案的選擇

根據(jù)現(xiàn)場施工條件和公司既有設(shè)備情況,可以采用鋼板樁圍堰、填砂筑島圍堰和鋼套箱圍堰三種方案進行承臺施工。經(jīng)比較,填砂筑島圍堰方案會壓縮航道,并極易造成下游水廠水質(zhì)破壞,同時河床起伏大使得填砂方量巨大也不經(jīng)濟。鋼套箱圍堰方案所用鋼材較多,并且大部分不能回收,下沉?xí)r設(shè)備及人員投入多,工序復(fù)雜,且鋼套箱施工的承臺較易出現(xiàn)施工裂縫,質(zhì)量控制上較難保證,同時在防備洪水襲擊方面也沒有得力措施。為此,本橋水中墩承臺施工采用鋼板樁圍堰施工方案。

2.3 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工流程

經(jīng)計算,鋼板樁采用拉森Ⅳ型鋼板樁,單根長18 m,樁底嵌入強風(fēng)化層1 m～4 m,詳見圖1。主墩基礎(chǔ)施工工序流程為:清除河床孤石及混凝土塊→插打施工平臺鋼管樁、鋼護筒→安裝鋼管樁與鋼護筒連接系→鋪設(shè)平臺分配梁及貝雷片→安裝沖孔鉆機并鉆孔→鉆孔樁完成后撤離鉆機和施工平臺→插打承臺鋼板樁→圍堰內(nèi)除土和內(nèi)支撐安裝→圍堰封底→綁扎承臺鋼筋及預(yù)埋件→冷卻水管和鋼筋安裝→澆筑承臺混凝土→承臺竣工。

3 鋼板樁圍堰施工要點

3.1 鋼板樁插打

鋼板樁樁頂標(biāo)高定為+3.0 m,樁底標(biāo)高定為-15.0 m,圍堰輪廓尺寸為20 m×20 m,外圈輔助施工平臺輪廓尺寸為28.6 m(橫橋向)×33 m(順橋向),橫橋向每邊留有約6 m,順橋向留有7 m的樁基鉆孔施工作業(yè)平臺的空間。

插打鋼板樁從上游靠主流的一角開始插打第一片鋼板樁(定位樁),逐步向兩側(cè)推進插打,最后在下游側(cè)合龍;量測合龍塊尺寸,制作異形鋼板樁,插打合龍段鋼板樁。

1)插打鋼板樁時預(yù)防傾斜的措施。a.在插鋼板樁前,除在鎖口內(nèi)涂潤滑油以減小鎖口的摩阻力外,同時在未插套的鎖口下端打入鐵楔或硬木楔,防止沉入時泥砂堵塞鎖口;b.及時采用倒鏈滑車組糾正鋼板樁的傾斜,并用鐵件與已穩(wěn)定的鋼板樁焊連,保障糾偏成果;c.在堅實土地帶插鋼板樁時,可將樁尖截成一定角度,利用其反力,使已傾斜的鋼板樁逐步恢復(fù)正常;d.當(dāng)傾斜較大,很難糾正時,可將鋼板樁拔起重新插打。2)鋼板樁鎖口漏水預(yù)防措施。圍堰抽水時可能出現(xiàn)鋼板樁由于插打不當(dāng)、不慎撞擊等原因致使鎖口發(fā)生變形,發(fā)生滲漏。當(dāng)鎖口不緊密漏水時,用棉絮等在內(nèi)側(cè)嵌塞,外側(cè)包裹一層防水彩條布,起到防水和減小水壓力的雙重效果,抽水時同時在外側(cè)水中漏縫處撒大量木屑或谷糠和爐渣的混合物,使其由水夾帶至漏水處自行堵塞,在樁腳漏水處,采用局部混凝土封底等措施。

3.2 圍堰內(nèi)基坑開挖及安裝內(nèi)支撐

基坑開挖采用吸泥船,輔以高壓射水等措施保證圍堰底平面滿足封底混凝土要求。開挖采用水平分層方式進行,每層厚度控制在1.5 m左右。當(dāng)開挖深度達到設(shè)計標(biāo)高時,安裝圍堰內(nèi)支撐,繼續(xù)開挖、安裝內(nèi)支撐直至設(shè)計標(biāo)高(見圖2)。

3.3 圍堰封底混凝土施工

封底混凝土厚度為1.5 m,通過泵車接出混凝土輸送泵管運送至承臺底部,整個圍堰封底平面一次進行,從承臺的一側(cè)向另一側(cè)澆筑。在進行混凝土封底之前必須排干基坑內(nèi)的積水,可在基坑四角設(shè)置積水井抽排。以承臺底為粉砂層計算,則滲透系數(shù)取1.2×10-3cm/s,根據(jù)公式 Q=K×A×t=K ×A×h′/(h′+2t)可以計算得出 Q=168 m3/d。因此,在承臺的四個角點各布置一臺流量15 m3/h～20 m3/h的污水泵即可。待封底混凝土達到設(shè)計強度后進行堵填,并且拆除-6.5 m處第三道內(nèi)支撐,進行承臺鋼筋綁扎。

3.4 承臺大體積混凝土施工

主墩承臺為大體積混凝土施工,為防止產(chǎn)生溫度裂縫,應(yīng)盡量采用水化熱較低的水泥,采用“雙摻”技術(shù)(摻優(yōu)質(zhì)粉煤灰、優(yōu)質(zhì)緩凝劑),選擇含泥量低、顆粒級配好的粗細骨料,盡量降低拌合用水、粗細骨料、水泥的溫度,采用“內(nèi)降外?！贝胧?分層澆筑并在承臺混凝土內(nèi)按要求設(shè)置循環(huán)冷卻水管、保證內(nèi)外溫差及盡早回填等,以使承臺內(nèi)外溫差控制在25℃以內(nèi)。鋼筋采用內(nèi)部排架支撐系統(tǒng)定位、模板采用大面組合鋼模。

3.5 鋼板樁圍堰施工的關(guān)鍵問題及技術(shù)措施

本方案成敗的關(guān)鍵有以下兩點:1)鋼板樁插打必須垂直,才能確保圍堰密實和牢靠。我們的對策是在插打鋼板樁前需設(shè)定位樁及定位橫梁,并在插打過程中安裝和利用導(dǎo)向框進行導(dǎo)向。2)如何保證封底成功、確保承臺施工質(zhì)量。我們采取的技術(shù)措施是“止水、保壓”?！爸顾本褪窃阡摪鍢队妹扌醯仍阪i口內(nèi)側(cè)嵌塞,外側(cè)包裹一層防水彩條布,使得鋼板樁在水壓力的作用下越來越密實,做到基本上止水?！氨骸本褪窃跐仓路獾谆炷吝^程中,一定要使內(nèi)外水頭差保持在一定的范圍之內(nèi)。即要保持一定的壓力,使未終凝的混凝土不因壓力大而發(fā)生變形,從而影響封底混凝土的質(zhì)量和封底止水效果。

4 結(jié)語

本項目主墩承臺施工采用的鋼板樁圍堰施工方案,是經(jīng)比選最快速、最安全和較經(jīng)濟的方案,實踐證明,此方案使得該工程的大體積承臺在汛期來臨之際提前完成,確保了工期與質(zhì)量,為今后同類工程施工提供了一定的參考和借鑒。

[1] 金 勇,郭 雷.荻涇套閘改建工程鋼板樁圍堰設(shè)計[J].山西建筑,2009,35(35):362-364.