深水橋梁大型鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)與施工

薛新廣

中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222

深水橋梁大型鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)與施工

薛新廣

中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222

某鐵路客運(yùn)專線特大橋主墩深水基礎(chǔ)承臺(tái)施工過(guò)程中，采用拉森Ⅳ型鋼板樁圍堰作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。結(jié)合施工過(guò)程，介紹了大型深水基坑承臺(tái)鋼板的設(shè)計(jì)、圍囹安裝、鋼板樁打設(shè)、堵漏、挖泥、封底等關(guān)鍵技術(shù)。

深水基礎(chǔ)；承臺(tái)；鋼板樁圍堰；施工

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

某鐵路客運(yùn)專線特大橋設(shè)計(jì)為(104+2×168+112)m連續(xù)剛構(gòu)，線路采用無(wú)砟軌道，設(shè)計(jì)時(shí)速350km/h。其中某主墩基礎(chǔ)采用12Φ250cm鉆孔樁，承臺(tái)設(shè)計(jì)尺寸為23.5m×17m×5m，為低樁承臺(tái)，埋于河床以下?；A(chǔ)施工時(shí)，擋水圍堰均采用鋼板樁圍堰，鋼板樁長(zhǎng)21m，封底混凝土厚度2m。

1.2 水文及地質(zhì)情況

該主墩所在河道主要流量、流速等要素如下:Q1/100=2561m3/s，H1/100=4.644m，V1/100=1.37m/s。橋墩處水深約6m，河床地質(zhì)為從上向下為8.7m淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，5.7m中砂夾貝殼，再向下為全風(fēng)化花崗片麻巖。

2 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主墩鋼板樁圍堰高度21m，鋼板樁采用拉森SP-Ⅳ型。鋼板樁圍堰平面尺寸為26.5m×20m，比承臺(tái)每邊大1.5m。圍囹采用型鋼框架式整體結(jié)構(gòu)，鋼板樁圍堰的圍囹設(shè)4層。圍囹上部一、二層主要采用雙拼I45a工字鋼，下部三、四層主要采用三拼I45a工字鋼。圍囹?qū)优c層之間設(shè)豎撐和剪刀撐。

墩身設(shè)計(jì)為雙薄壁墩，雙薄壁墩墩身四周設(shè)計(jì)有直徑Φ1400cm的鋼筋混凝土導(dǎo)流圈。圍囹支撐設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了全部避開墩身和導(dǎo)流圈，并盡量避開樁基鋼護(hù)筒。鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)外形及內(nèi)部圍囹支撐構(gòu)造分別見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 鋼板樁圍堰施工過(guò)程中外形

圖2 鋼板樁圍堰圍囹支撐構(gòu)造

2.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

鋼板樁模擬計(jì)算采用Midas civil有限元軟件，計(jì)算模型中鋼板樁采用板單元模擬，支撐與圍檁采用梁?jiǎn)卧M。鋼板樁圍堰及內(nèi)部圍囹支撐模擬構(gòu)造見(jiàn)圖3、圖4，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。有計(jì)算可知，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與穩(wěn)定性均滿足使用要求。

圖3 鋼板樁圍堰有限元計(jì)算模型

圖4 鋼板樁圍堰圍囹支撐模型

表1 鋼板樁圍堰主要計(jì)算結(jié)果

3 鋼板樁圍堰施工

3.1 圍囹安裝

鋼板樁圍堰常規(guī)施工工藝一般為:首先安裝頂層圍囹，利用頂層圍囹作為導(dǎo)向框，打設(shè)鋼板樁，然后邊降水邊安裝下層圍囹。本鋼板樁圍堰施工中采用了“先安裝下放圍囹，后打設(shè)鋼板樁”的施工工藝，優(yōu)點(diǎn)有:1）鋼板樁打設(shè)時(shí)有多層導(dǎo)向框，容易保證鋼板樁垂直度和精度。2）框架式圍囹先在水面以上安裝再下放，容易保證圍囹安裝尺寸和焊接質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。3）可以節(jié)省圍囹安裝時(shí)間。

3.2 鋼板樁打設(shè)

水中鋼板樁采用40T浮吊和DZ90型振動(dòng)錘打設(shè)。鋼板樁的插打次序是從上游開始，下游結(jié)束。第一片鋼板樁打設(shè)要特別注意，必須確保其垂直度滿足要求，打設(shè)完畢后將其點(diǎn)焊固定于導(dǎo)梁上。其余各鋼板樁則以已插好的鋼板樁為準(zhǔn)，起吊后人工扶持插入前一片鋼板樁鎖口，然后用振動(dòng)錘振動(dòng)下沉到位。直角轉(zhuǎn)彎處采用轉(zhuǎn)角樁，合攏段根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體尺寸制作合攏樁。保證鋼板樁插打正直、順利合攏的措施是隨時(shí)糾正歪斜，歪斜過(guò)大不能用拉擠辦法整直者要拔起重打，糾正無(wú)效時(shí),應(yīng)特制楔形樁合攏。

3.3 鋼板樁堵漏

一般的做法是在鋼板樁施打過(guò)程中用棉絮、黃油等填充物填塞接縫。也可在鋼板樁全部插打完畢開始抽水時(shí)，采用一邊抽水一邊順著鋼板樁的接縫下溜細(xì)砂和木屑的方法，借助水壓力將細(xì)砂和木屑吸入接縫內(nèi)而達(dá)到堵漏的目的。對(duì)于變形較大的接縫，需安排潛水員水下用棉絮、碎布條等從外側(cè)堵塞。

3.4 圍堰內(nèi)挖泥

鋼板樁圍堰內(nèi)地層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，挖泥開始時(shí)采用空壓機(jī)氣舉循環(huán)吹吸方法，起初效果很好，但是吸掉2m后，下部多為板結(jié)粘土，雖然采用高壓水或高壓風(fēng)水下松動(dòng)，但是抽泥效率仍不理想。后來(lái)在鋼圍堰中間利用鋼護(hù)筒作支撐，采用型鋼搭設(shè)一個(gè)12m×6m的工作平臺(tái)，將24m長(zhǎng)臂挖機(jī)開上平臺(tái)，利用長(zhǎng)臂挖機(jī)進(jìn)行圍堰內(nèi)水下開挖，而圍堰內(nèi)側(cè)四周則采用水上抓斗開挖，開挖速度大大加快，效果很好。護(hù)筒內(nèi)泥砂則采用21m伸縮臂挖機(jī)，大臂端部配液壓張合小抓斗，可伸到護(hù)筒內(nèi)約18m深度，直接將鋼護(hù)筒內(nèi)泥砂抓出。

3.5 圍堰封底

圍堰封底混凝土厚度為2m，15#墩封底混凝土厚度為1.5m，封底混凝土標(biāo)號(hào)為C20?；炷撂涠葹?8cm～22cm，緩凝時(shí)間不小于24h?；炷敛捎?臺(tái)HZS90型拌和機(jī)拌和，14臺(tái)10m3攪拌車運(yùn)輸，兩臺(tái)HBT80型輸送泵輸送，采用兩臺(tái)HG12型布料桿分布混凝土，3套料斗和導(dǎo)管配合灌注。導(dǎo)管底口離基坑底約30cm，混凝土的擴(kuò)散半徑約為4m～6m，圓錐體率約為1/5～1/10。封底混凝土灌注順序?yàn)橄拳h(huán)向閉合，再補(bǔ)中間。在鋼圍堰內(nèi)布置約30個(gè)灌注點(diǎn)，每換一灌注點(diǎn)必須重新剪球。

3.6 圍堰底層支撐拆除

承臺(tái)混凝土分兩次澆筑，第一次澆筑至底層支撐下方約20cm。然后將承臺(tái)四周和鋼板樁之間回填砂，砂采用船運(yùn)至墩位，用輸送帶直接打到圍堰內(nèi)?；靥钔戤吅?，將底層支撐拆除。為確保底層支撐拆除后的圍堰穩(wěn)定，對(duì)靠近河堤的圍堰，在承臺(tái)第一層混凝土中，靠近河堤側(cè)共預(yù)埋了4道豎向牛腿，每道牛腿采用雙拼I45a工字鋼。在拆除底層支撐前，先將河堤側(cè)底層圍囹框與牛腿之間采用雙拼I32a工字鋼對(duì)頂，然后將除四周圍囹框之外的中間支撐全部拆除，即可進(jìn)行承臺(tái)第二層混凝土施工。底層支撐拆除后，圍堰變形約2mm，牛腿支頂起到了很好的保護(hù)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本橋鋼板樁圍堰支護(hù)系統(tǒng)的順利實(shí)施，證明在水流較小的河道中，大型承臺(tái)的施工采用拉森Ⅳ型鋼板樁圍堰支護(hù)系統(tǒng)是可行的。圍堰施工打破了以往先插打鋼板樁再安裝圈梁及內(nèi)支撐的施工順序，減少了圍堰圈梁及內(nèi)支撐的數(shù)量。方便快捷、安全可靠并節(jié)約成本，值得推廣。

[1] 劉自明. 橋梁深水基礎(chǔ)[M]. 北京:人民交通出版社,2003

[2] 歐陽(yáng)效勇,任回興,徐偉. 橋梁深水樁基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2006

[3] 韓躍國(guó),陳永勇,皮海波. 永修大橋主墩鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與施工[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2008 (5)

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.039

薛新廣，男（1963.12- ），高級(jí)工程師，主要從事工程施工技術(shù)與管理工作。