橋梁工程中鋼板樁圍堰施工技術(shù)應(yīng)用研究

張慶

摘 要：近年來，我國(guó)橋梁工程數(shù)量越來越多，如何保障橋梁工程的質(zhì)量成為了施工企業(yè)首要關(guān)注的問題。為探討鋼板樁圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)在水中基坑工程施工中的應(yīng)用，結(jié)合工程實(shí)例，論述了鋼板樁圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)施工應(yīng)用的要點(diǎn)。結(jié)果表明，鋼板樁圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、更容易打入堅(jiān)硬土層，及在水中施工的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用在水中基坑圍堰中，防水性能顯著，可形成工程所需的各種圍堰形式，并且可實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)利用，更加節(jié)約施工成本，值得在類似工程中大力推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;鋼板圍堰;施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U445.556 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

橋梁工程施工過程中，常見的圍堰施工技術(shù)包括鋼板樁圍堰、雙壁鋼圍堰、鋼吊箱圍堰、鎖口鋼管樁圍堰等。其中，鋼板樁圍堰技術(shù)在深水橋梁工程中應(yīng)用廣泛，具有施工效率高、可重復(fù)利用、經(jīng)濟(jì)效益良好等特點(diǎn)，但由于施工條件存在一定的差異，如河道深度、河床地質(zhì)條件等因素，導(dǎo)致鋼板樁圍堰技術(shù)適用性存在一定的差異，有必要結(jié)合實(shí)際橋梁工程項(xiàng)目以研究鋼板樁圍堰施工技術(shù)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)要點(diǎn)。

1 工程概況

本工程為某高速公路橋梁工程，橋梁全長(zhǎng)為1 201 m，橋跨結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，主橋長(zhǎng)度為174 m（47 m+

80 m+47 m），橋墩為薄壁空心墩結(jié)構(gòu)，承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為25.1 m×10.6 m×3.5 m，開挖深度為8.5 m。根據(jù)地質(zhì)和水文勘察報(bào)告，本工程主河道深度為5～7 m，土為第四系沖積層和沖洪積層，沖積層為粉質(zhì)黏土，承載力基本值為80～120 kPa，沖洪積層為粉質(zhì)黏土和黏土，承載力基本值為150 kPa。根據(jù)本工程工期控制要求，綜合考慮工程量、技術(shù)因素、經(jīng)濟(jì)性因素，經(jīng)專家組研究，確定本工程采用拉森Ⅳ型鋼板樁圍堰施工技術(shù)（如圖1所示）。鋼板截面尺寸為400 mm×170 mm×15.5 mm。根據(jù)入土深度和水深要求確定鋼板組合。

2 鋼板樁圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)確定

2.1 合理選擇圍堰形式

本工程576墩，距離河岸比較遠(yuǎn)，達(dá)到30 m，到河中心航道距離也有20 m的距離，由于該河道為本地區(qū)主要水運(yùn)通道，并且起著重要的泄洪防洪作用，因此，承臺(tái)圍巖結(jié)構(gòu)形式的選擇是重中之重，具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。本工程以素填土、粉土、細(xì)沙、黏土為主，平均常水位約為48.2 m，河床標(biāo)高46.6 m，水深約1.6 m，十年一遇洪水位為50.1 m。而土袋圍堰的適用深度為3.0 m，會(huì)堵塞河道，影響通航和泄洪，無法滿足施工要求。套箱圍堰不適宜水中基礎(chǔ)施工。河底淤泥厚度較厚，達(dá)到2.0 m，下部為砂土、粉砂土，比較適用鋼板樁圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)，且主墩到航道的距離比較近，其中一側(cè)靠近舊橋主墩，水深可隨著潮汐的影響發(fā)生一定程度的波動(dòng)，波動(dòng)幅度在1.5～3.8 m之間，因此，在具體應(yīng)用過程中，需要搭設(shè)平臺(tái)進(jìn)行鋼板樁圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)施工[1]。

2.2 鋼板樁圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

本工程主墩承臺(tái)底面標(biāo)高為-4.52 m（相對(duì)標(biāo)高），最大水面標(biāo)高為2.31 m（相對(duì)標(biāo)高），鋼板樁內(nèi)支撐采用直徑φ630 mm壁厚8的鋼管樁作對(duì)撐;鋼板樁施做三道支撐，第一道圍囹采用雙拼I40b工字鋼，第二、三道圍囹用雙拼HM600*300b型鋼。鋼板樁圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圍堰中已經(jīng)封底完成的水被抽干之后，封底混凝土的底面會(huì)因?yàn)閲邇?nèi)外水頭差，受到向上作用的靜水壓力，容易發(fā)生向上撓曲而折裂，因此，必須保證封層底部具有足夠的強(qiáng)度和厚度。在本工程鋼板樁圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)施工中，為保證施工的安全性，封層底部厚度選擇了1 m，按照以往施工經(jīng)驗(yàn)，選擇C20封底混凝土，厚度達(dá)到80 cm即可。鋼板樁是帶有鎖口的一種型鋼，其截面有直板形、槽形及Z形等，有各種大小尺寸及聯(lián)鎖形式。

3 鋼板樁設(shè)計(jì)及施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備

本工程鋼板樁由專業(yè)生產(chǎn)廠家加工生產(chǎn)，鋼板樁到場(chǎng)時(shí)，應(yīng)附帶包含機(jī)械性能和化學(xué)成分的出廠合格文件，外形尺寸應(yīng)符合工程設(shè)計(jì)要求。

3.2 導(dǎo)向架安裝

鋼板插打前，由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量人員精確測(cè)量鋼板樁位置，經(jīng)測(cè)量復(fù)核后，沿水流方向插打第1根鋼板樁，插打過程中加強(qiáng)鋼板樁垂直度監(jiān)測(cè)，確保鋼板樁垂直度偏差控制在1%以內(nèi)，以第1根鋼板樁作為定位樁，向兩側(cè)均勻施打，合龍口設(shè)置在水流下游位置。為確保鋼板樁豎向支撐力，第1根鋼板樁插打完成后，沿鋼板樁兩側(cè)設(shè)置兩道H型鋼作為導(dǎo)向架，導(dǎo)向架型鋼間距較鋼板樁直徑大于8～10 mm，導(dǎo)向架與鋼平臺(tái)之間采用連接板焊接方式固定。

3.3 水引法插打

本工程采用水引法插打施工。待水引槽施工完成且注滿水后，自定位樁向兩側(cè)開始插打鋼板樁，每根鋼板樁連續(xù)施打，水引槽內(nèi)的水隨鋼板樁引入橋梁基礎(chǔ)土層中，發(fā)揮水在鋼板樁插打中的潤(rùn)滑作用，降低鋼板樁插打過程中樁側(cè)摩阻力，提高鋼板樁插打效率。由于鋼板樁振動(dòng)插打可能影響周圍土體穩(wěn)定性，導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)鉆孔灌注樁施工出現(xiàn)坍孔風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)該問題，本工程嚴(yán)格控制鋼板樁至鉆孔樁樁位間距，最小距離不小于10 m，并在鉆孔時(shí)適當(dāng)增加泥漿護(hù)壁稠度，提高鉆孔灌注樁護(hù)壁性能，防止出現(xiàn)坍孔問題。

3.4 鋼板樁合龍

鋼板樁逐根插打施工完成，剩余最后5根時(shí)，為確保鋼板樁精確合龍，應(yīng)先插后打，即先將鋼板樁插至穩(wěn)定深度，滿足鋼板樁自身穩(wěn)定性要求，檢查、調(diào)整鋼板樁鎖口連接，確保鋼板樁圍堰順利合龍。

3.5 圍堰及支撐安裝

根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量并標(biāo)記圍堰軸線，使用紅油漆標(biāo)記內(nèi)支撐、腰梁安裝位置。內(nèi)支撐加工完成，經(jīng)檢查驗(yàn)收后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)預(yù)拼。開挖土方至腰梁設(shè)計(jì)標(biāo)高后焊接內(nèi)支撐牛腿，牛腿定位位置應(yīng)符合工程設(shè)計(jì)要求。為確保內(nèi)支撐、腰梁整體性和施工安全要求，牛腿焊接后應(yīng)加強(qiáng)焊縫檢查，焊縫質(zhì)量應(yīng)符合Ⅰ級(jí)焊縫要求，無空焊、虛焊、焊瘤、燒穿等問題。牛腿經(jīng)驗(yàn)收合格后，拼裝腰梁和內(nèi)支撐。第2次開挖前，全面檢查圍堰結(jié)構(gòu)止水性能，確保腰梁與鋼板樁密實(shí)貼合，確保結(jié)構(gòu)無變形、撓曲等問題。

3.6 分塊封底

圍堰合龍后，開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，在圍堰結(jié)構(gòu)內(nèi)布設(shè)排水溝，對(duì)角設(shè)置集水溝，收集圍堰結(jié)構(gòu)內(nèi)滲水并借助水泵抽出，保持工作界面干燥。開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，為縮短暴露時(shí)間，應(yīng)及時(shí)分塊封底，最大間隔時(shí)間不得超過12 h，防止因圍堰結(jié)構(gòu)蠕變?cè)斐陕┧?。為縮短封底時(shí)間，需提前在胎架上綁扎鋼筋籠，基礎(chǔ)開挖完成后，將綁扎完成的鋼筋籠吊裝至圍堰內(nèi)，及時(shí)安裝、焊接并澆筑混凝土。混凝土灌注時(shí)，遵循分層灌注原則，分層厚度為300 mm，混凝土強(qiáng)度為C20。

3.7 圍堰體系轉(zhuǎn)換與拆除

本工程中，由于內(nèi)支撐拆除存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，施工單位需嚴(yán)格執(zhí)行拆除順序。自下而上逐層回填至腰梁標(biāo)高，緩解圍堰結(jié)構(gòu)應(yīng)力，確保圍堰結(jié)構(gòu)受力平衡。回填至腰梁后，自上而下依次拆除短支撐和長(zhǎng)支撐，最后拆除圍堰腰梁。圍堰結(jié)構(gòu)拆除后，按與插打順序相反的順序依次拔除鋼板樁，先略振動(dòng)并拔高鋼板樁，使其松動(dòng)后依次拔除。針對(duì)樁端、鎖口變形的鋼板樁可加大拔樁設(shè)備能力，與相鄰鋼板樁一同拔除，必要時(shí)可進(jìn)行水下切割處理。鋼板樁拔除后，為確保現(xiàn)場(chǎng)施工安全，分層堆放鋼板樁，每層堆放數(shù)量控制在5根以內(nèi)，層間墊放枕木，堆放總高度控制在1.5 m以內(nèi)，防止鋼板樁滾落造成人身傷害事故。

4 結(jié)束語

綜上所述，在橋梁施工中應(yīng)用鋼板樁圍堰技術(shù)能夠有效提升其質(zhì)量并控制成本。和其他圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)相比，鋼板樁圍堰支護(hù)結(jié)構(gòu)，在保證圍堰強(qiáng)度、基坑施工質(zhì)量、施工效率、施工安全等方面有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，而且施工速度比較快，可滿足水中基坑工程施工對(duì)圍堰結(jié)構(gòu)的要求，提供一個(gè)無水的施工環(huán)境，值得類似工程大力參考借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]李鳳艷.高速鐵路大尺寸承臺(tái)基坑鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2018（2）：11-13.