鋼棧橋延伸法及復(fù)合擋土墻結(jié)構(gòu)在擴(kuò)建船閘圍堰施工的應(yīng)用

謝志杰，羅錦雄，黃茂興

(廣東省源天工程有限公司，廣東 廣州 511340)

1 工程概況

某水利樞紐二線船閘工程布置在已建一線船閘右側(cè)，兩條船閘的中心軸線平行，中心距為90 m，設(shè)計(jì)最大船舶等級(jí)為1 000 t級(jí)。二線船閘基坑采用(單排、雙排)地連墻+上部擋水建筑物的形式，即作為船閘施工期間的擋水圍堰結(jié)構(gòu)，也是船閘基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)[1]，其中，上游縱向、橫向全年圍堰頂標(biāo)高為▽17.52m；下游縱向、橫向全年圍堰頂標(biāo)高為▽13.91 m。

上游縱向圍堰(雙排地連墻+上部擋水結(jié)構(gòu))軸線大部分位于一線船閘上游航道右側(cè)水域，需先在水上修筑好施工平臺(tái)后方可進(jìn)行施工。按原設(shè)計(jì)方案，采用拋填鋼筋石籠護(hù)坡后內(nèi)側(cè)再拋填袋裝土、回填土，從而形成地連墻施工平臺(tái)。但該施工方案無法保證施工期間一線船閘不封航、不斷航原則。

為此，針對(duì)上游縱向圍堰在一線船閘上游航道右側(cè)狹長(zhǎng)水域處的施工，在需要保證通航的條件下，提出了采用復(fù)合擋土墻作為平臺(tái)臨水側(cè)支擋結(jié)構(gòu)，以及延伸法搭設(shè)鋼棧橋平臺(tái)用以施工復(fù)合擋土墻結(jié)構(gòu)中的大直徑鋼管樁措施[2]。

2 應(yīng)對(duì)措施探討

2.1 復(fù)合擋土墻結(jié)構(gòu)

針對(duì)使用期間復(fù)合擋土墻的安全驗(yàn)證，設(shè)計(jì)單位對(duì)被動(dòng)土壓力(設(shè)計(jì)高水位)、使用期主動(dòng)土壓力(設(shè)計(jì)高水位)、使用期地震被動(dòng)土壓力(設(shè)計(jì)高水位)、使用期地震主動(dòng)土壓力(設(shè)計(jì)高水位)、地面荷載5種荷載按不同的工況組合(8項(xiàng))進(jìn)行分析驗(yàn)算[9]，得出使用期內(nèi)復(fù)合擋土墻傾覆力矩最大值所對(duì)應(yīng)的的工況組合能滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求。

上游縱向圍堰施工平臺(tái)選用了復(fù)合擋土墻的結(jié)構(gòu)類型：由鋼管樁、鋼板樁及預(yù)制鋼筋石籠3部分組成[8]。其中，鋼管樁規(guī)格為直徑1 000@2 000，δ=20，主平臺(tái)段樁長(zhǎng)為28 m，副平臺(tái)段樁長(zhǎng)為33 m。鋼板樁規(guī)格為拉森Ⅲ鋼板樁(鋼板樁型號(hào)為400×125)，單根鋼板樁長(zhǎng)度為9 m。鋼筋石籠需預(yù)制，單個(gè)石籠規(guī)格為1 500 mm×1 000 mm×1 000 mm(長(zhǎng)×寬×高)，籠體框架主筋采用φ16，裝填塊石的粒徑應(yīng)大于200 mm(如圖1所示)。

圖1 復(fù)合擋土墻結(jié)構(gòu)及圍堰施工平臺(tái)剖面示意(單位：高程m，尺寸mm)

2.2 鋼棧橋平臺(tái)結(jié)構(gòu)

鋼棧橋平臺(tái)荷載考慮以下5種主要荷載：結(jié)構(gòu)自重；人機(jī)荷載；施工堆載荷載；打樁機(jī)荷載；履帶吊荷載。根據(jù)實(shí)際情況，將鋼棧橋平臺(tái)分3個(gè)部分(即引橋段、主平臺(tái)段、副平臺(tái)段)，并預(yù)設(shè)了結(jié)構(gòu)形式，按應(yīng)力計(jì)算、位移計(jì)算及支點(diǎn)反力計(jì)算3個(gè)模塊、14種工況組合分別進(jìn)行計(jì)算，按整體建模作為計(jì)算模型，利用 MIDAS CIVIL 2015 計(jì)算程序進(jìn)行驗(yàn)算。

表1、表2為復(fù)合擋土墻結(jié)構(gòu)荷載作用結(jié)果和傾覆力矩最大值對(duì)應(yīng)的組合工況分析。表3、表4為延伸鋼棧橋平臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式[4-7]。

表1 各荷載作用結(jié)果

表2 傾覆力矩最大值對(duì)應(yīng)的組合工況

表3 延伸鋼棧橋平臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)

表4 延伸鋼棧橋結(jié)構(gòu)形式(由下至上)

通過各種工況受力計(jì)算，鋼棧橋預(yù)設(shè)方案中各構(gòu)件受力均未超材料設(shè)計(jì)強(qiáng)度值，結(jié)構(gòu)變形位移較小，設(shè)計(jì)方案可行。

3 工程應(yīng)用

3.1 延伸法施工鋼棧橋平臺(tái)

延伸鋼棧橋平臺(tái)施工采用“釣魚法”[3]，即采用KATO HD 2045大型挖掘機(jī)配合VH 350型振動(dòng)錘，激振施打鋼棧橋基礎(chǔ)鋼管樁。先起吊鋼管樁至設(shè)計(jì)樁位，經(jīng)測(cè)量定位緩慢下放管樁，并在自重情況下入土穩(wěn)定，觀測(cè)其垂直度；滿足要求后開始低檔錘擊下沉，采用吊打以防偏位，待鋼管樁入土一定深度后高檔錘擊下沉，至鋼管樁露出水面長(zhǎng)度為1.5～2.0 m時(shí)，接高鋼管樁，繼續(xù)下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

鋼棧橋鋼管樁基礎(chǔ)作業(yè)方式采用單工作面逐跨推進(jìn)，每一跨便橋鋼管樁施打沉放完成后即依次由下而上進(jìn)行下斜撐、樁頂接頭、下橫梁、貝雷梁、橫向分配梁以及[18a槽鋼面板安裝施工，面板鋪好并檢查完畢以后，履帶吊以剛完成施工的這一跨鋼棧橋?yàn)槭┕て脚_(tái)，前行進(jìn)行下一跨鋼便橋施工。以此類推，鋼棧橋從岸邊向水域逐跨逐跨地往外延伸，從引橋段到主平臺(tái)段，再到副平臺(tái)段(以及上游段)，直至所有跨段完成施工，最終形成整個(gè)鋼棧橋平臺(tái)。

在鋼棧橋平臺(tái)搭設(shè)過程中，在需要施工φ1 000 mm鋼管樁的位置，平臺(tái)上預(yù)留相應(yīng)樁位的樁孔，以便樁機(jī)在此處施工φ1 000 mm鋼管樁。

3.2 地連墻施工平臺(tái)

地連墻施工平臺(tái)的形成是施工上游縱向圍堰(地下連續(xù)墻+上部擋水胸墻或門架)的先決條件；而延伸鋼棧橋的形成又是地連墻施工平臺(tái)的先決條件，三者的關(guān)系環(huán)環(huán)相扣，缺一不可，其邏輯關(guān)系為：鋼棧橋平臺(tái)施工→大直徑鋼管樁施工→拆除鋼棧橋平臺(tái)→復(fù)合擋土墻施工→地連墻施工平臺(tái)填筑→地連墻+上部擋水結(jié)構(gòu)施工。

在此階段，大直徑鋼管樁、鋼板樁的施打及鋼筋石籠的吊裝等工序均可利用已完成的鋼棧橋作為(陸上)施工平臺(tái)，其施工方法與一般陸上施工無異。

此方案及工藝形成的圍堰施工平臺(tái)施工效率高、成本較合理、施工質(zhì)量符合要求，順利完成了上游縱向圍堰處共40多幅地連墻施工。

4 結(jié)語

為保證鄰近航道施工期正常運(yùn)營(yíng)，采用復(fù)合擋土墻結(jié)構(gòu)作為地連墻施工平臺(tái)支擋結(jié)構(gòu)，以及采用延伸法施工鋼棧橋平臺(tái)從而實(shí)現(xiàn)樁機(jī)在水域上的正常施工，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為今后同類工程施工提供借鑒。