某大橋14#墩承臺(tái)施工及驗(yàn)算分析

楊 朋 劉科強(qiáng) 王海峰 李 星 羅明浩 李建新

（1 廣州航海學(xué)院 土木與工程管理學(xué)院；2 佛山市建盈發(fā)展有限公司）

0 引言

某大橋起訖樁號(hào)K0+000-K1+293，包括大橋1 座，其14#墩承臺(tái)為1 個(gè)整體式承臺(tái)，基礎(chǔ)是由8 根直徑φ2.5m 的樁基構(gòu)成，承臺(tái)設(shè)計(jì)砼方量為1049.34m3，鋼筋設(shè)計(jì)量為61.7t，其中HRB400φ32 鋼筋為45.65t，HRB400φ16 鋼筋為16.05t。14#過(guò)渡墩位于水道旁，地面標(biāo)高為1m，向下10m 地質(zhì)一般為粉砂層與強(qiáng)風(fēng)化砂巖層。在收到承臺(tái)設(shè)計(jì)文件和技術(shù)資料后[1-7]，本項(xiàng)目部組織有關(guān)技術(shù)人員全面熟悉并核對(duì)，充分了解設(shè)計(jì)意圖；檢查圖紙與其各組成部分之間有無(wú)矛盾和錯(cuò)誤，核對(duì)地形地貌、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，技術(shù)要求是否正確；發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)與設(shè)計(jì)單位聯(lián)系，同時(shí)做好詳細(xì)的設(shè)計(jì)文件復(fù)核記錄，包括設(shè)計(jì)圖紙的疑問(wèn)和有關(guān)建議。在設(shè)計(jì)技術(shù)交底會(huì)上，認(rèn)真聽取設(shè)計(jì)單位對(duì)承臺(tái)的設(shè)計(jì)依據(jù)、意圖和功能要求說(shuō)明，及本工程將采取的特殊結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝和新技術(shù)。根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的研究和對(duì)設(shè)計(jì)意圖的理解，提出對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的疑問(wèn)、建議和變更。最后在統(tǒng)一認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)所探討的問(wèn)題逐一作好記錄，形成“設(shè)計(jì)技術(shù)交底會(huì)議紀(jì)要”，作為指導(dǎo)施工的依據(jù)。用“設(shè)計(jì)技術(shù)交底會(huì)議紀(jì)要”內(nèi)容，進(jìn)行逐級(jí)層層交底，使參加本工程的全體技術(shù)人員正確理解設(shè)計(jì)意圖和相互技術(shù)要求。為了確保工程的施工進(jìn)度和安全，對(duì)大橋14#墩承臺(tái)施工方案進(jìn)行了比選及驗(yàn)算分析。

1 施工方案的比選

1.1 鋼板樁圍堰施工方案

根據(jù)設(shè)計(jì)文件，14#墩承臺(tái)尺寸為22.75×10.25×4.5m，采用15m 長(zhǎng)鋼板樁圍堰施工，對(duì)巖層區(qū)域打入到巖層。圍堰橫橋向?qū)?4.75m，順橋向?qū)挾?2.25m。

1.2 15m 長(zhǎng)鋼板樁圍堰+抗滑樁施工方案

鋼板樁圍堰采用15m 長(zhǎng)的拉森IV 鋼板樁施工，圍囹設(shè)置一層，標(biāo)高為+1.0m，圍囹采用雙拼H700×300的型鋼，內(nèi)撐采用φ720×13mm 的鋼管，待鋼板樁插打完成閉合后，在大里程側(cè)插打一排抗滑樁，用精軋螺紋連接至鋼板樁上，然后進(jìn)行鉆孔樁施工。樁基施工完成后，開挖基坑、清淤鑿除樁頭，然后進(jìn)行封底混凝土施工，待封底混凝土施工完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，拆除精軋螺紋和抗滑樁，然后進(jìn)行承臺(tái)施工。抗滑樁平面布置圖見圖1 所示。

圖1 抗滑樁平面布置圖

1.3 15m 長(zhǎng)鋼板樁圍堰+支撐樁施工方案

鋼板樁圍堰采用15m 長(zhǎng)的拉森IV 鋼板樁施工，圍囹設(shè)置兩層，頂層圍囹標(biāo)高為+1.0m，底層圍囹標(biāo)高為-3.8m。雙層圍囹都采用雙拼H700×300 的型鋼，內(nèi)撐采用φ720×13mm 的鋼管，待鋼板樁插打完成閉合后，先安裝頂層圍囹，低水位期在整平標(biāo)高-2.5m 范圍插打4根支撐樁（河道側(cè)與河岸側(cè)各2 根），然后進(jìn)行鉆孔樁施工。樁基施工完成后開挖基坑，當(dāng)基坑挖到-4.5m 時(shí)，安裝底層圍囹，然后清淤鑿除樁頭，進(jìn)行封底混凝土施工，待封底混凝土施工完成后，拆除底層圍囹，進(jìn)行承臺(tái)施工。鋼板樁圍堰立面圖見圖2。

圖2 鋼板樁圍堰立面圖

1.4 兩種方案的比選

兩種方案的原理基本相同，兩種方案均是在鋼板樁插打完成閉合后進(jìn)行樁基施工，樁基施工后進(jìn)行基坑開挖，最后進(jìn)行封底及承臺(tái)施工。選用15m 長(zhǎng)的鋼板樁+抗滑樁施工，只在基坑頂放置一道圍囹及內(nèi)撐，但是需要插打抗滑樁并且用精軋螺紋連接，且對(duì)抗滑樁的深度有要求，因現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)問(wèn)題，抗滑樁插打非常困難，很難達(dá)到入土要求；選用15m 長(zhǎng)的鋼板樁+支撐樁，需要設(shè)置兩道圍囹及內(nèi)撐，不需要插打抗滑樁，僅在圍堰四角處插打四根支撐樁即可，采用雙層圍囹增加了鋼板樁的穩(wěn)定性，提高了施工的安全系數(shù)。綜合考慮，采用15m 長(zhǎng)鋼板樁圍堰+支撐樁的施工方案進(jìn)行施工。

2 施工工藝

2.1 施工工序

承臺(tái)處于陳村水道水中與堤岸之間，承臺(tái)尺寸為22.75×10.25×4.5m。為保證河道通航，設(shè)計(jì)承臺(tái)頂面位于河床底部，承臺(tái)頂面高程為+0.2m，過(guò)渡墩14 號(hào)承臺(tái)采用15m 鋼板樁圍堰法施工，首先橫橋向按階梯型整平原地面，順橋向無(wú)坡度；低水位期插打4 根支撐樁（河道側(cè)與河岸側(cè)各2 根），在支撐樁頂拼裝頂層內(nèi)支撐，并利用頂層內(nèi)支撐作為鋼板樁導(dǎo)向插打鋼板樁圍堰；頂層內(nèi)支撐與鋼板樁焊接，割除地面以上鋼板樁，根據(jù)實(shí)際水位，填土至標(biāo)高+1.0～+2.0m，其中樁頂標(biāo)高+1.5m區(qū)域填土至+2.0m，并鋪設(shè)鋼板用于施工機(jī)械通行；在圍堰上游與河岸側(cè)轉(zhuǎn)角附近拋填碎石土蛇皮袋，防沖刷，然后插打鋼護(hù)筒，進(jìn)行樁基施工。樁基施工完成后，圍堰清基至標(biāo)高-0.8m，利用頂層內(nèi)撐懸吊底層內(nèi)撐，樁頂標(biāo)高+1.5m 范圍鋼板樁與頂層內(nèi)支撐間焊接進(jìn)行破除，并恢復(fù)該區(qū)域鋼板樁樁頂標(biāo)高至+2.0m，然后再與該區(qū)域鋼板樁重新焊接。底層內(nèi)支撐隨清基逐步下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高-3.8m，圍堰內(nèi)整平，且鉆孔樁樁身采用高壓水槍清洗后進(jìn)行水下封底混凝土施工；封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后圍堰內(nèi)抽水；拆除底層內(nèi)支撐，割除鋼護(hù)筒，鑿樁頭，然后進(jìn)行承臺(tái)施工。

2.2 鋼板樁圍堰施工

14# 鋼板樁設(shè)置雙層圍囹，底層圍囹采用雙拼H700×300 型鋼，內(nèi)撐采用Φ720×12mm 鋼管，頂層圍囹采用雙拼H700×300 型鋼，內(nèi)撐采用Φ720×12mm鋼管。鋼板樁運(yùn)到工地后，應(yīng)進(jìn)行檢查、分類、編號(hào)及登記，在指定位置擺放整齊；鋼板樁運(yùn)到工地后，需進(jìn)行整理。清除鎖口內(nèi)雜物(如電焊瘤渣、廢填充物等)，對(duì)缺陷部位加以整修；為確保每片鋼板樁的兩側(cè)鎖口平行，使鋼板樁的寬度都在同一寬度規(guī)格內(nèi)，應(yīng)對(duì)鋼板樁的寬度全面檢查，對(duì)每片鋼板樁分為上中下三部分用鋼尺測(cè)量其寬度，使每片樁的寬度在同一尺寸內(nèi)，每片相鄰數(shù)差值以小于1cm 為宜；對(duì)肉眼看到的局部變形可進(jìn)行加密測(cè)量；對(duì)于超出偏差的鋼板樁應(yīng)盡量不用。鋼板樁的其它檢查：對(duì)樁身殘缺、殘跡、不整潔、銹皮、卷曲等均進(jìn)行全面檢查，并采取相應(yīng)措施，確保正常使用；鎖口潤(rùn)滑及防滲措施：對(duì)檢查合格的鋼板樁，為保證鋼板樁在施工過(guò)程中能順利插拔，并增加鋼板樁在使用時(shí)防滲性能。每片鋼板樁鎖口都須均勻涂抹黃油和鋸末混合物，起到潤(rùn)滑和止水效果。

2.3 封底施工

14#墩鋼板樁圍堰封底前需進(jìn)行清淤，14#墩鋼板樁圍堰封底用C20 混凝土，厚度2m，封底混凝土方量為466.4m3；在封底混凝土澆筑時(shí)，為方便施工和保證操作安全，利用貝雷梁在圍囹和鋼護(hù)筒上搭設(shè)封底操作平臺(tái)；在封底過(guò)程中，必須保證內(nèi)外水頭一致，可在鋼板樁上設(shè)置閥門作為連通管；水下混凝土澆筑施工采用分區(qū)分塊進(jìn)行，每次澆筑完一個(gè)區(qū)，再將導(dǎo)管漏斗等轉(zhuǎn)移到下一個(gè)區(qū)進(jìn)行澆筑，為此，在每一個(gè)區(qū)開始澆筑時(shí)，該區(qū)的所有導(dǎo)管必須布置到位；根據(jù)混凝土的技術(shù)性能要求，必須選用高質(zhì)量的原材料及外加劑，以達(dá)到優(yōu)良的混凝土配合比。為保證混凝土質(zhì)量，所有材料在進(jìn)場(chǎng)前嚴(yán)格根據(jù)質(zhì)量方針和質(zhì)量目標(biāo)的要求，首先從原材料的控制，保證所有同工程質(zhì)量有關(guān)的物資能滿足規(guī)定的要求，鋼筋、水泥等進(jìn)場(chǎng)材料必須試驗(yàn)合格，然后報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收，通過(guò)后方可使用，不合格的材料堅(jiān)決不能進(jìn)場(chǎng)和使用。

3 14#邊墩圍堰計(jì)算

3.1 主要工況

通過(guò)對(duì)14#邊墩鋼板樁圍堰施工順序分析后可知，其受力可劃分為以下幾個(gè)主要工況：

工況一：樁基施工時(shí)，靠近河道側(cè)鋼板樁下端埋入土中，上端由頂層內(nèi)支撐將圍堰連接成整體。此時(shí)，鋼板樁主要承受主動(dòng)土壓力及施工荷載產(chǎn)生的附加豎向壓力，由于高水位情況下主動(dòng)土壓力小于低水位，故此階段低水位控制。工況二：樁基施工完成后，移走鉆機(jī)，基坑內(nèi)、外同步開挖至露出原狀土層，隨后繼續(xù)吸泥開挖基坑內(nèi)土體至高程-6.1m（封底混凝土底位置）。其中，基坑開挖過(guò)程中無(wú)內(nèi)、外水頭差，下層內(nèi)支撐隨基坑開挖逐步下放直至高程-3.8m（封底混凝土頂以上0.5m位置）后停止下放。此時(shí)，鋼板樁主要承受主動(dòng)土壓力。工況三：澆筑封底混凝土，基坑內(nèi)抽水，施工承臺(tái)。此時(shí)，鋼板樁主要承受水壓力和主動(dòng)土壓力，圍堰內(nèi)、外水頭高差5.8m。

3.2 主、被動(dòng)土壓力及初始土壓力計(jì)算

根據(jù)相關(guān)軟件的計(jì)算，主、被動(dòng)土壓力及初始土壓力計(jì)算結(jié)果見表1，通過(guò)驗(yàn)算14#邊墩圍堰計(jì)算符合要求。

表1 主、被動(dòng)土壓力及初始土壓力計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

對(duì)大橋14#墩承臺(tái)施工方案進(jìn)行優(yōu)選及受力驗(yàn)算，保證了本工程施工的進(jìn)度和安全。在實(shí)際施工時(shí)，還應(yīng)采取措施加強(qiáng)深基坑的安全監(jiān)測(cè)，對(duì)基坑周圍的環(huán)境進(jìn)行及時(shí)、有效的保護(hù)等工作。