鋼圍堰在地下管廊穿河施工中的應(yīng)用

王麗娜

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司,北京 101100)

1 引言

文章依托于工程實(shí)例，介紹鋼圍堰在綜合管廊穿河施工中的應(yīng)用，對(duì)鋼圍堰的施工工藝進(jìn)行詳細(xì)的論述，并針對(duì)性地介紹了施工過程中的質(zhì)量保證措施，為類似工程項(xiàng)目施工提供參考。

2 工程概況

2.1 工程背景

本文以北京市通州區(qū)副中心行政辦公區(qū)綜合管廊穿越運(yùn)潮減河施工為案例，工程毗鄰東六環(huán)路，位于運(yùn)潮減河與北運(yùn)河之間，包括市委政府、人大、政協(xié)及相關(guān)委辦局在內(nèi)。2012年，北京市第十一次黨代會(huì)上明確提出“落實(shí)聚焦通州戰(zhàn)略，打造功能完備的城市副中心，盡快發(fā)揮新城對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的帶動(dòng)作用”。行政辦公區(qū)為城市副中心內(nèi)重要的政治功能核心區(qū)域，將成為引領(lǐng)未來北京城市建設(shè)的標(biāo)志性建筑。

本工程設(shè)計(jì)綜合管廊外結(jié)構(gòu)尺寸為6.25m×3.60m，沿北京市通州區(qū)潞城鎮(zhèn)宋梁路北延道路以西敷設(shè)，北起通燕高速，南至潞城東街，綜合管廊工程總長(zhǎng)度約1.6km，管廊在召里橋上游30m處下穿運(yùn)潮減河，穿河底段采用鋼圍堰進(jìn)行截水，然后采用明挖+直墻支護(hù)(鉆孔灌注樁)的方式進(jìn)行施工，管廊頂距河底約5.5m。

2.2 地質(zhì)狀況

工程場(chǎng)地位于潮白河沖洪積扇的中下部，受河道影響，地形有一定起伏，勘察期間實(shí)測(cè)河道內(nèi)鉆孔孔口處(河底)地面標(biāo)高為14.97～15.07m；河岸上鉆孔孔口處地面標(biāo)高為21.38～23.04m。根據(jù)巖土工程勘察成果資料，將地面下40m深度范圍內(nèi)的地層劃分為人工堆積層、新近沉積層及第四紀(jì)沉積層，并根據(jù)各土層巖性及工程性質(zhì)指標(biāo)又分為6個(gè)大層及亞層。位于現(xiàn)狀河道內(nèi)的人工堆積層厚度較大且含有大量腐殖質(zhì)，工程性質(zhì)差。

3 鋼圍堰施工簡(jiǎn)述

鋼板樁圍堰是最常用的一種板樁圍堰。鋼板樁的型式通常是一種帶有鎖口的型鋼，鋼板通常有直板形、槽形及Z形等，并且有各種大小尺寸及聯(lián)鎖形式。具有強(qiáng)度高、易打入堅(jiān)硬土層、可在深水中施工、防水性能好、能組成各種外形的圍堰、可多次重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于橋梁下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)施工中，施工通常采用單壁封閉式，圍堰內(nèi)部設(shè)有縱向的、橫向的支撐，跨度過大時(shí)，往往增加斜支撐，使鋼板環(huán)繞連接成為一個(gè)圍籠。例如中國(guó)南京長(zhǎng)江橋的管柱基礎(chǔ)，就使用鋼板樁圓形圍堰，它采用鋼板環(huán)繞連接形成一個(gè)直徑21.9m的空間，在此范圍進(jìn)行施工作業(yè)。

4 鋼圍堰施工工藝

本工程圍堰采用SP-IV型拉森鋼板樁圍堰，圍堰每隔6m設(shè)置一道橫向隔墻，一期、二期上下游圍堰和一期縱向圍堰寬度1.0m，鋼板樁長(zhǎng)9.0m，埋深4.3m，外露4.7m，擋水高度3.7m，圍堰外設(shè)兩道雙拼工字鋼腰梁，腰梁之間采用鋼絲繩連接，豎向間距2.5m，水平間距2m；二期縱向圍堰寬度6.3m，鋼板長(zhǎng)9m，高度4.7m，擋水高度3.7m，圍堰外設(shè)兩道雙拼工字鋼腰梁，腰梁之間采用鋼絲繩連接，豎向間距2.5m，水平間距2m。

主要施工工序：施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位打樁軸線→安裝導(dǎo)向架→插打試樁→鋼板樁合攏→排水→主體結(jié)構(gòu)施工→拆除。圍堰內(nèi)填土土料選用黏粒含量為10%～35%、塑性指數(shù)為7～20的黏性土，回填壓實(shí)度為不小于0.91。抽水過程中，時(shí)刻保持圍堰監(jiān)測(cè)，一旦圍堰發(fā)生傾斜或圍檁出現(xiàn)斷裂等情況，即刻采取加固措施。

4.1 圍堰施工工藝選擇

圍堰實(shí)施過程中，鋼板樁如何施工是需要考慮的問題，本項(xiàng)目通過對(duì)質(zhì)量、進(jìn)度、安全、成本等多方面考慮，經(jīng)考察和比較相類似的項(xiàng)目，通過以下三種施工工藝對(duì)比，最終選用鋼棧橋作為工作面的方案進(jìn)行施工。

(1)采用吊機(jī)，吊船進(jìn)行鋼板樁的施工。

(2)采用鋼棧橋，利用打設(shè)好的鋼棧橋作為作業(yè)面，在鋼棧橋上進(jìn)行鋼板樁的搭設(shè)，同時(shí)鋼棧橋還可以作為鋼板樁的定位參照。

采用吊機(jī)、吊船對(duì)于鋼板樁的位置以及作業(yè)面的環(huán)境，受氣候環(huán)境影響比較大，采用鋼棧橋，鋼棧橋作為施工作業(yè)面，能有效控制鋼板樁的位置，并且降低了一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 鋼圍堰施工工藝

施工準(zhǔn)備→測(cè)量定位打樁軸線→安裝導(dǎo)向架→鋼板樁插打→鋼板樁合攏→圍堰封底→圍堰回填土→排水→主體結(jié)構(gòu)施工→拆除。

4.2.1 施工準(zhǔn)備

(1)鋼棧橋的搭設(shè)

鋼棧橋在河道拉森鋼板樁范圍外0.5m處布置，橋面寬度6m，棧橋樁基采用Φ600(厚12mm)鋼管樁，單根長(zhǎng)度12m，入土約8m。橫向布置為每排4根鋼管樁，間距1.2m，縱向布置間距5.5m。

鋼管樁頂面橫橋向架設(shè)36b型雙拼工字鋼橫梁，每排樁布置1道，在其上方沿縱橋向架設(shè)36b型單拼工字鋼縱梁，單拼工字鋼橫向間距為0.5m。單拼工字鋼縱梁工字鋼架設(shè)完畢后，在其上鋪設(shè)20mm厚鋼板。棧橋橋面采取在鋼板上焊接鋼筋的防滑措施，并在棧橋兩側(cè)設(shè)置防護(hù)圍欄，結(jié)構(gòu)形式為工字鋼立柱，架子管橫向連接。

(2)材料檢查

施工前需要對(duì)鋼板樁進(jìn)行變形檢查，對(duì)變形嚴(yán)重的鋼板進(jìn)行校正，然后做鎖口通過檢查。鎖口檢查方法：首先選用長(zhǎng)約2m的相同類型、相同規(guī)格的鋼板用作標(biāo)準(zhǔn)，然后利用卷揚(yáng)機(jī)拉動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)鋼板平車，從樁頭至樁尾作鎖口檢查，檢查通過的投入使用，不合格的退場(chǎng)。

(3)設(shè)備檢驗(yàn)

本工程采用日立牌ZX490LCH-5A-FL型振動(dòng)打樁機(jī)進(jìn)行鋼板樁圍堰施工，施工前，做好準(zhǔn)備工作，檢查振動(dòng)錘，保證振動(dòng)錘線路暢通，功能正常，檢查振動(dòng)錘機(jī)械的夾板鋼齒磨損程度。

4.2.2 測(cè)量定位打樁軸線

施工前對(duì)水下、河底進(jìn)行障礙物調(diào)查，確保無障礙物影響鋼板樁圍堰施工。利用鋼棧橋位置和走向，控制鋼板樁圍堰的位置。

4.2.3 鋼板樁插打

鋼板樁插打利用日立牌ZX490LCH-5A-FL型振動(dòng)打拔樁機(jī)逐片插打。為保證鋼板樁的垂直度，用兩臺(tái)經(jīng)緯儀在兩個(gè)方向加以控制。第一片鋼板樁插打后，進(jìn)行檢測(cè)，確定是否打設(shè)合格，確定合格后，以第一塊鋼板樁為依據(jù)，向兩邊對(duì)稱插打，施工過程中要保證每一塊鋼板樁打設(shè)到符合的設(shè)計(jì)位置。采用錘球控制樁的垂直度，若有偏差，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。每一片鋼板樁先利用自重下插，當(dāng)自重不能下插時(shí)，才進(jìn)行加壓，直到到達(dá)規(guī)定設(shè)計(jì)的位置。插打過程中，須遵守“插樁正直，分散即糾，調(diào)整合攏”的施工要點(diǎn)。

鋼板樁的插、打符合以下規(guī)定。

(1)插、打前在鎖口內(nèi)須涂抹防水涂料(或黃油混合物油膏)。

(2)吊裝鋼板樁的吊點(diǎn)結(jié)構(gòu)牢固安全、位置準(zhǔn)確。

(3)鋼板樁在黏土中不宜采用射水法沉樁，錘擊時(shí)應(yīng)設(shè)樁帽。

(4)應(yīng)設(shè)插、打?qū)蜓b置，最初插、打的鋼板樁，應(yīng)詳細(xì)檢查其平面位置和垂直度。

(5)需要接長(zhǎng)的鋼板樁，其相鄰兩鋼板樁的接頭位置，應(yīng)上下錯(cuò)開不少于1m。

(6)鋼板樁的轉(zhuǎn)角及封閉，可用焊接連接或騎縫搭接。

4.2.4 圍堰合攏

在圍堰將要合攏時(shí)，通過測(cè)量計(jì)算，明確鋼板樁底部的直線距離，根據(jù)鋼板樁的寬度計(jì)算，明確所需鋼板樁的片數(shù)。

為了保證合攏處兩片樁在一個(gè)平面，施工過程中調(diào)整好角樁方向，保證合攏處鋼板樁一面的鎖口與對(duì)面的鋼板樁鎖口保持平行。

施工允許偏差

4.2.5 圍堰封底

鋼板樁圍堰合攏，第一道圍囹及支撐安裝完成后，應(yīng)根據(jù)地層地質(zhì)情況、鋼板樁打入覆蓋層的深度及圍堰內(nèi)外水頭差，綜合判斷圍堰內(nèi)側(cè)是否需要封底，并計(jì)算封底混凝土的厚度。為保證封底質(zhì)量，封底前應(yīng)進(jìn)行清淤、拋填片石、拋填砂帶等作業(yè)。

(1)清淤

圍堰合攏后進(jìn)行基底清淤。清淤的目的是使基底達(dá)到設(shè)計(jì)高程并清除基底淤泥，清淤方法為:用空氣壓縮機(jī)帶動(dòng)空氣吸泥機(jī)，利用水位的負(fù)壓通過吸泥機(jī)管路將基底淤泥、泥砂清除。用吊車吊住吸泥機(jī)，以便移動(dòng)位置，并用測(cè)繩測(cè)量基底高程及平整度。注意吸泥清淤時(shí)應(yīng)及時(shí)向圍堰內(nèi)補(bǔ)充清水，以便保持水頭壓力。

(2)拋填石

為保證封底順利，在基坑底部清理淤泥到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，在底部拋填厚度為50cm的片石，片石的粒徑不大于20cm，完成之后，采用水下混凝土進(jìn)行封底。

(3)圍堰基坑底部封底

圍堰基坑底部采用C25水下砼封底，坍落度控制在220～240mm,封底厚度通過計(jì)算確定，不小于1m。水下封底的砼一次連續(xù)澆注完成。砼澆筑采用導(dǎo)管法，導(dǎo)管設(shè)計(jì)作業(yè)范圍為直徑6m的圓。

4.2.6 圍堰回填土

兩排鋼板樁圍堰中間回填黏土夯實(shí)，選用黏粒含量為10%～35%、塑性指數(shù)為7～20的黏性土，回填壓實(shí)度為不小于0.91。

4.2.7 圍堰內(nèi)排水施工

鋼板樁打進(jìn)土層之前，在鎖口的內(nèi)側(cè)涂一些鋸末、黃油等潤(rùn)滑混合物。如果鎖口連接處由于不緊密而發(fā)生漏水時(shí)，可以考慮采用棉絮堵塞接口處，外側(cè)包裹一層起著防水作用的彩條布。

圍堰在抽水工作的過程中，需要加強(qiáng)其鋼板樁的止水與堵漏的措施。抽水工作同時(shí)應(yīng)該在處于水中的外側(cè)漏縫處添加大量谷糠或木屑與爐渣混合的產(chǎn)物，使其通過水的夾帶作用，于漏水處發(fā)生自行堵塞，對(duì)樁腳發(fā)生漏水的位置，使用局部砼封底等措施。支護(hù)止水工作之后，開始基底清理工作。在圍堰范圍內(nèi)開設(shè)集水坑，并且周邊設(shè)置排水溝，工作同時(shí)需要及時(shí)使用水泵排除滲水。

鋼板樁圍堰內(nèi)基坑排水應(yīng)符合以下規(guī)定。

(1)堰內(nèi)積水和滲水量根據(jù)要求測(cè)算，繪制排水量和下降水位值之間的關(guān)系圖，在堰內(nèi)設(shè)置水位觀測(cè)標(biāo)尺以方便觀測(cè)與記錄。

(2)排水量由于水位下降導(dǎo)致異常時(shí)，需要馬上停止排水，檢查原因后及時(shí)處理，方可重新排水。

(3)開始排水后，發(fā)生堰內(nèi)水位不下降或上升時(shí)，必須馬上停止排水并進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)圍堰變形、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，必須立即向堰內(nèi)注水，使其恢復(fù)至平衡水位后，查明原因并經(jīng)處理合格后方能抽除堰內(nèi)水并重新排水。

4.2.8 鋼板樁施工中遇到的問題及處理措施

(1)打樁工作中遇上孤石、其他不明障礙物，導(dǎo)致鋼板樁打入深度不足，應(yīng)當(dāng)利用轉(zhuǎn)角樁或弧形樁繞開。

(2)鋼板樁在軟泥質(zhì)地段擠進(jìn)過程中遭遇泥中障礙物，產(chǎn)生側(cè)向擠壓，由于其作用力大小不同從而易發(fā)生偏斜，采取措施進(jìn)行糾偏：在偏斜位置把鋼板樁向上拔1.0～2.0m，再往下錘進(jìn)，同此往復(fù)振拔多次，可使得大的塊石等障礙物被振碎或使其發(fā)生位移，導(dǎo)致鋼板樁處于正確的位置，減少傾斜度。

(3)鋼板樁沿軸線傾斜度較大時(shí)，使用的糾正方式為異形樁，異形樁可以根據(jù)傾斜度進(jìn)行焊接加工；傾斜度較小時(shí)也可以用卷揚(yáng)機(jī)或葫蘆和鋼索將樁反向拉住再錘擊。

(4)軟泥質(zhì)基礎(chǔ)較軟，有時(shí)施工發(fā)生將鄰樁帶入現(xiàn)象，可以把相鄰的數(shù)根樁焊接，同時(shí)在當(dāng)前的鎖口上加潤(rùn)滑濟(jì)用于減少阻力。

5 圍堰施工過程中的監(jiān)測(cè)

圍堰拉森鋼板樁樁頂水平位移和豎向位移控制值為15mm，變化速率<2mm/d。預(yù)警值按控制值的70%考慮，報(bào)警值按控制值的90%考慮。當(dāng)監(jiān)控項(xiàng)目接近預(yù)警值時(shí)，應(yīng)加密觀測(cè)，并作日?qǐng)?bào)表，分析原因，提交應(yīng)對(duì)措施報(bào)告。

(1)施工期間每天安排專人每隔2h對(duì)基坑水位監(jiān)測(cè)一次，一旦發(fā)現(xiàn)基坑水位未能正常下降或上漲時(shí)，應(yīng)向值班負(fù)責(zé)人報(bào)告，以便組織人員迅速查清原因，及時(shí)采取有效措施，控制水位繼續(xù)上漲。

(2)在基坑施工期間，除努力保證基坑供電外，要自備發(fā)電設(shè)備1臺(tái)，一旦停電馬上啟動(dòng)自備電源，保證排水設(shè)備能正常用電。

(3)若發(fā)現(xiàn)排水設(shè)備故障，值班人員應(yīng)立即更換備用排水設(shè)備，并報(bào)告值班負(fù)責(zé)人，以便及時(shí)安排維修車間進(jìn)行針對(duì)性搶修或更換，確保所有排水設(shè)備都處于完好狀態(tài)。

(4)若在正常排水的情況下，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)基坑水位上漲，項(xiàng)目值班負(fù)責(zé)人應(yīng)組織人員對(duì)圍堰進(jìn)行嚴(yán)密檢查，查找管涌、漏洞進(jìn)水口、裂縫等滲漏處。

(5)組織有經(jīng)驗(yàn)人員按以下方法，查找圍堰尚存的所有管涌、漏洞、裂縫并在該處插板作明顯標(biāo)識(shí)：第一，通過查看水面漩渦或觀察，來確認(rèn)是否有管涌或漏洞；第二，觀察水面漂浮物流向，確定管涌或漏洞處；第三，采用上述方法還不能確定管涌或漏洞處時(shí)，應(yīng)利用自動(dòng)報(bào)警器探摸漏洞口處或應(yīng)利用智能堤壩隱患探測(cè)儀等儀器探測(cè)漏洞。

(6)通過專業(yè)人員排查和儀器檢測(cè)發(fā)現(xiàn)管涌、漏洞、裂縫處時(shí)，應(yīng)采用以下針對(duì)性封堵方法，逐一消除險(xiǎn)情。若漏洞較大宜采用軟簾蓋堵或砼預(yù)制塊或石塊等重物封堵固定；若漏洞較小宜采用軟楔堵塞；對(duì)于裂縫可拋填粘土，做前戧等；若成片滲漏嚴(yán)重時(shí)，可采用高壓垂直噴射灌漿等方法封堵。

6 結(jié) 語

綜上所述，鋼板樁圍堰在地下綜合管廊穿越河底實(shí)施過程中已經(jīng)得到可行性驗(yàn)證，將來應(yīng)用會(huì)越來越多，尤其是在大城市中。鋼板樁圍堰實(shí)現(xiàn)了管廊穿河明挖法施工，相較于以往的頂管法、暗挖法施工，施工的過程質(zhì)量更具有保證，安全可靠、施工速度快、減少了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，并降低了施工成本。