五河定淮淮河特大橋大直徑圓形鋼板樁圍堰施工分析

摘要：五河定淮淮河特大橋20#墩承臺施工采用圓形鋼板樁圍堰，圍堰直徑達(dá)31.333m，內(nèi)由七道圍檁支撐，施工難度較大，是目前安徽省建成最大的圓形鋼板樁圍堰，針對鋼板樁施工存在的問題進行了分析研究：

（1）圓形鋼板樁圍堰施工的工藝流程。

（2）鋼板樁施工遇到的問題及處理方案。

關(guān)鍵詞：鋼板樁;大直徑圓形圍堰;施工方法;質(zhì)量控制

Abstract：Huai River Bridge # 20，F(xiàn)ive Rivers Construction of Pile Cap circular steel sheet pile cofferdam，cofferdam diameter up to 31.333m，within seven Wai purlin support，the difficulty of construction，Anhui Province is currently built circular steel sheet pile cofferdam，analysis study for the construction of steel sheet pile，

（1）Circular steel sheet pile cofferdam construction process.

（2）Steel sheet pile construction problems encountered and treatment programs.

Key words：Steel sheet pile;Large diameter circular cofferdam，;Construction methods，;Quality Control

一、工程概況

根據(jù)定淮淮河特大橋橋位處的水文地質(zhì)情況，進行了鋼板樁圍堰施工方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)施工進度計劃，主橋20#承臺施工周期在枯水季節(jié)期，根據(jù)現(xiàn)場的施工條件、施工圖紙及巖土工程勘察報告，結(jié)合拉森鋼板樁寬度適中，抗彎性能好、施工安全等方面考慮，20#主墩打設(shè)水中鋼板樁圍堰，圍堰采用直徑31.333m的圓形，總高度為27m，其頂面控制標(biāo)高為+17.0m，樁底標(biāo)高為-10.0m。鋼板樁選用德國單面拉森S-IV型，套型鎖口，鎖口內(nèi)涂上潤滑黃油，兩樁鎖口聯(lián)結(jié)轉(zhuǎn)角10～15°，摩阻力小，防滲性較好，鋼板樁周圈咬合緊密，止水效果好。

經(jīng)設(shè)計計算，圍堰基坑開挖深度16.9m，開挖尺寸為31.333m直徑圓形，圍堰為從上而下共布置七道環(huán)形鋼圍檁，第一、二、三道圍檁均采用單根H型鋼（700×300×13×24），支撐連桿采用H型鋼（300×150×6.5×9）;第四、五、六、七道圍檁采用兩根H型鋼（700×300×13×24）雙拼，支撐連桿采用單根H型鋼（300×150×6.5×9），內(nèi)側(cè)環(huán)形支撐采用H型鋼（300×150×6.5×9）。第一道圍檁的底面與設(shè)計防洪水位平齊，第一至第四道圍檁中心距2.8m，第四道圍檁至第五道圍檁2.0m，第五道圍檁至第六道圍檁1.6m，第六道圍檁至第七道圍檁1.7m。第1道支撐距圍堰頂0.300m;第2道距圍堰頂3.1m;第3道距圍堰頂5.9m;第4道距圍堰頂8.7m;第5道距圍堰頂10.7m;第6道距圍堰頂12.3m，第7道距圍堰頂14.0m。（如圖1.1）

圖 1.1 圍堰縱斷面圖

二、圓形鋼板樁圍堰的施工工藝

（一）樁的進場檢測

將新舊鋼板樁運到工地后，詳細(xì)對其檢查、丈量、分類、編號，同時對兩側(cè)鎖口用一塊同型號長2～3m 的短樁做通過試驗，以2～3 人拉動通過為宜，或采用卷揚機拖拉。鎖口通不過或樁身有彎曲、扭曲、死彎等缺陷，采用冷彎、熱敲（溫度不超過800～1000℃）、焊補、鉚補、割除、接長等方法加以整修。同時接頭強度與其它斷面相等，接長焊接時，用堅固夾具夾平，以免變形;在焊接時，先對焊，再焊接加固板。

（二）施工放樣及施打定位樁

將施工區(qū)域控制點標(biāo)明并經(jīng)過復(fù)核無誤后，對鋼棧橋進行拆除為鋼板樁施工提供空間。鋼管立柱定位及插打以現(xiàn)有HN700*300H型鋼搭設(shè)打樁施工平臺（如圖2.2.1），采用全站儀在限位器上準(zhǔn)確放出控制坐標(biāo)點后打入鋼管樁作為定位樁，打樁時在互相垂直的2 個方向用吊用垂球吊線，將管樁的傾斜度控制在1% 以內(nèi)（如圖2.2.2）。在鋼管樁露出水面部分刷上標(biāo)志并焊上牛腿，作為打樁導(dǎo)向位置及高程控制標(biāo)志。設(shè)計時應(yīng)考慮第一道圍檁牛腿位置和施工水位的關(guān)系，避免水下焊接的施工。

圖 2.2.1 打樁施工平臺圖

圖 2.2.2鋼管立柱插打

（三）導(dǎo)向框安裝

安裝導(dǎo)向框時應(yīng)注意以下幾點：

1）導(dǎo)向框架由I36型鋼組成，分為內(nèi)外導(dǎo)向，其中間空擋為鋼板樁的插打位置。本工程導(dǎo)向架的安裝，先打定位樁在樁上做第一道圍檁，以第一道圍檁和外圍的導(dǎo)向架為鋼板樁的定位裝置。導(dǎo)框現(xiàn)場分段制作，在鋼棧橋上組裝，固定在定位樁上（如圖2.3.1）。

2）導(dǎo)向框的高度要適宜，要有利于控制鋼板樁的施工高度和提高施工工效。

3）導(dǎo)向框不能隨著鋼板樁的打設(shè)而產(chǎn)生位移和變形。

4）外圍導(dǎo)向框循環(huán)利用。

圖 2.3.1 導(dǎo)向架圖

（四）圓形鋼圍堰打樁順序選取

從圖2.4.1中看出，a 與b 較c 少一個合攏點，b 的累計誤差大于c、a，a、b 都可能在合攏前遭受回流影響而使樁腳外移，造成合攏困難;c 受回流影響較小，在流速較大處，用c 式插打。在a 式插打方式中，由兩側(cè)對稱向下游按順序加插，到下游合攏，兩側(cè)增插數(shù)大致相等，最多允許相差8根。本工程施工時為淮河枯水期水流緩慢，通過以上分析故采用a種順序插打。

圖 2.4.1" 鋼板樁開始合攏位置示意圖

（五）首片剛板樁插打

為了確保插打位置準(zhǔn)確，第一片鋼板樁是插打的關(guān)鍵。在導(dǎo)向架上設(shè)置一個限樁框架（如圖2.5.1），大小比鋼板樁每邊放大1cm，插打時鋼板樁背緊靠導(dǎo)向架，邊插打邊將吊鉤緩慢下放。這時應(yīng)在互相垂直的2 個方向用吊用垂球吊線，將鋼板樁的傾斜度控制在1% 以內(nèi)，超過限定的傾斜度應(yīng)糾偏插打?，F(xiàn)場控制，以確保鋼板樁插正、插直，然后以第1 根鋼板樁為基準(zhǔn)，再向兩邊對稱插打鋼板樁。

圖 2.5.1 限樁器

（六）鋼板樁的插打

鋼板樁檢查合格后，由履帶吊調(diào)至棧橋上，按插樁順序堆碼，最多允許堆放四層，每層用墊木隔開，高差不得大于10mm，上下層墊木中線要在同一垂直線上，允許誤差不得大于20mm。安插鋼板樁使用履帶吊對鋼板樁進行水平和垂直運輸，將鋼板樁運至指定位置，然后運用小鉤吊鉤的吊起和放下，使鋼板樁成垂直狀態(tài)，吊起后用人工扶持插入前一塊鎖口后繼續(xù)下插。起吊作業(yè)時，鋼板樁下部須設(shè)纜風(fēng)繩人工控制。這時應(yīng)在互相垂直的2 個方向用吊用垂球吊線，將鋼板樁的傾斜度控制在1% 以內(nèi)，超過限定的傾斜度應(yīng)糾偏（一次性糾偏不能太多，以免鎖口卡住，影響下一片鋼板樁的插打）。最先施工的鋼板樁不得一次性到位，由于鋼板樁鎖扣的摩擦力，會出現(xiàn)打入后一片時帶動上一片一起下沉。施工時往往打至比設(shè)計標(biāo)高高30cm～50cm 時停止，然后施工下一片，以此類推。至打完一側(cè)時，然后調(diào)整標(biāo)高。

圖 2.6.1 鋼板樁插打

（七）合攏前的準(zhǔn)備

在即將合攏時，開始測量并計算出鋼板樁底部的直線距離，再根據(jù)鋼板樁的寬度，計算出所需鋼板樁的片數(shù)，按此確定下一步鋼板樁如何插打（即是增加鋼板樁，還是鋼板樁插打時向外繞圓?。?。

（八）合攏時樁的調(diào)整處理

為了便于合攏，合攏處的兩片樁應(yīng)一高一低，合攏時往往出現(xiàn)“上小下大”（下端有土擠壓，上端是自由的）的情況，因此在合攏兩邊都差4-6根樁的距離時，兩邊各打入異型樁，使合攏樁的兩邊接近平行時，再將合攏樁插入，打到設(shè)計標(biāo)高。

三、鋼板樁施工難點及處理辦法

（一）打樁阻力過大不易貫入

這由兩種原因造成。一是在堅實的砂層或砂礫層中打樁，樁的阻力過大;二是鋼板樁連接鎖口銹蝕，變形：致使板樁不能順利沿鎖口而下。

對第一種原因，需在打樁前對地質(zhì)情況作詳細(xì)分析，充分研究貫入的可能性，在施工時可伴以高壓沖水或振動法沉樁，不能用錘硬打;

第二種原因，應(yīng)在打樁前對板樁逐根檢查，有銹蝕或變形的及時調(diào)整。還可在鎖口內(nèi)涂以油脂，以減少阻力（鎖口內(nèi)嵌填黃油瀝青混合料，重量配合比為：黃油：瀝青：干鋸末：干粘土=2：2：2：1），以減少插打時的摩阻力，并加強鎖扣防滲性能（如圖3.1.1）。

圖 3.1.1涂油脂與不涂油脂的貫入情況比較

1.—單根板樁;2.—拼接的板樁（鎖口有潤滑油）;3.—拼接的板樁（鎖扣無潤滑油）

1.‘水刀’的使用

本工程由于在堅實的砂層打樁，樁的阻力過大，鋼板樁難以打到設(shè)計標(biāo)高，為此我項目部采用“水刀”引孔的方法，實施后效果顯著。

1）加工“水刀”（如圖3.1.1.1）。在鋼板樁內(nèi)側(cè)安裝2根直徑為2公分的鋼管，鋼板樁上部與高壓水泵相連，鋼板樁下部加工成三角形，樁尖設(shè)置高壓水噴頭（如圖3.1.1.2）。

2）“水刀”引孔?！八丁睂Σ鄞虻皆O(shè)計標(biāo)高，抽出“水刀”，再將要打鋼板樁對槽打下。

原理分析：鋼板樁下部三角形能減小樁的阻力，高壓水射流使土壤疏松，并帶走松散的土石，使樁尖的阻力降低，并降低樁表面及鎖扣處的摩擦力，從而易于沉樁、減少樁、設(shè)備的損壞。

圖 3.1.1.1“水刀”圖

圖 3.1.1.2三角形樁頭和高壓水槍頭

（二）鋼板樁向打樁方向傾斜

在軟土中打板樁時，由于連接鎖口處的阻力大于板樁周圍的土體阻力，形成個不均衡力，使板樁向前進方向傾斜.這種傾斜要盡早調(diào)整，可用卷揚機鋼索將板樁反向拉住后再錘擊，或可以改變錘擊方向（如圖3.2.1）。當(dāng)傾斜過大，靠上述方法不能糾正時，根據(jù)傾斜的實際尺寸制造楔形鋼板樁。但要控制異形鋼板樁上下寬度之差不超過樁長的2%。達(dá)到糾偏的目的（如圖3.2.2）。

圖3.2.1 板樁傾斜及鋼索糾偏

圖3.2.2楔形鋼板樁糾偏

1.楔形鋼板樁的加工使用

當(dāng)多根鋼板樁累計傾斜過大時，靠上述方法不能糾正，根據(jù)傾斜的角度制作楔形鋼板樁，使樁位的傾斜大幅減小，樁位趨于垂直。

1）確定楔形鋼板樁的寬度。水平尺于地平面垂直，一端靠在傾斜的鋼板樁上，量下端水平尺于鋼板樁的水平距離，根據(jù)相似三角形的原理確定異型樁的寬度。

如水平尺1m位置，水平尺于鋼板樁的水平距離為3cm，則24m剛板樁下口為72cm。

2）加工楔形鋼板樁。

a）將鋼板樁從中間位置割開，割50cm留3-5cm，鋼板樁為錳鋼，防止溫度過高，鋼板樁變形過大，不易焊接（如圖3.2.1.1）。

b）根據(jù)確定好的下口寬度對鋼板樁進行放角，并對位置進行固定（如圖3.2.1.2）。

圖 3.2.1.1分割鋼板樁

圖 3.2.1.2定位鋼板樁

c）每隔2m用厚為1.6cm寬為30cm的梯形鋼板于切開的鋼板樁進行焊接，起到支撐的作用（如圖3.2.1.3）。

d）在鋼板樁內(nèi)側(cè)焊接厚為1.6cm的鋼板，以保證鋼板樁的強度（如圖3.2.1.4）。

圖 3.2.1.3焊接鋼板樁

圖 3.2.1.4加固鋼板樁

3）插打楔形鋼板樁。由于楔形樁體較大，摩擦阻力大，插打時應(yīng)時刻關(guān)注振動錘電流值，不能硬打，減少樁、設(shè)備的損壞。

（三）將相鄰板樁帶入

這種現(xiàn)象常發(fā)生在軟土中打板樁，當(dāng)遇到了不明障礙物，孤石或扳樁傾斜等情況時，板樁阻力增加，便會把相鄰板樁帶人?？梢园聪铝写胧┨幚恚?/p>

（1）不是一次把板樁打到標(biāo)高，留一部分在地面，待全部板樁入土后，再把余下部分打人土中。

（2）把相鄰板樁焊牢在圍擦上。

（3）數(shù)根板樁用型鋼連在一起。

（4）在連接鎖口上涂以黃油等油脂，減少阻力。板樁被帶人土中后，應(yīng)在其頂部焊以同類型的板樁以補充不足的長度。

圖 3.3.1完工后圍堰俯視圖

四、總結(jié)

圓形鋼板樁圍堰有以下主要特點：a、圍堰環(huán)形內(nèi)支撐設(shè)計對承臺施工空間作業(yè)便利，圍檁為多邊形工字型鋼聯(lián)接組成，多邊形數(shù)越多越接近于圓形，其鋼板樁受力越均勻穩(wěn)定。b、施工工藝、機械組合簡單。c、材料占用量少、縮短承臺工期，減少施工平臺作業(yè)面積;圓形圍堰內(nèi)無橫縱向交錯支撐，對承臺鋼筋、砼吊運施工無影響從而加快承臺施工進度，縮短水下承臺施工時間降低施工成本。

隨著公路鐵路建設(shè)大規(guī)模開展，涉及鋼板樁施工越來越多，對于工程的安全、工期、質(zhì)量等要求也越來越高。五河定淮淮河特大橋水中大直徑圓形鋼板樁圍堰施工技術(shù)，使得工期緊湊，施工組織方便、安全，具有過程可控性，為今后的類似工程起到一定的參考價值。

參考文獻：

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