漢宜鐵路彭市漢江特大橋主墩基礎鋼板樁圍堰施工技術

張俊慶

(中鐵十二局集團第一工程有限公司，山西臨汾 041000)

1 工程概述

1.1 工程概況

新建漢宜鐵路彭市漢江特大橋位于仙桃市沉湖鎮(zhèn)漢江橋上游約33 km處，橋梁中心里程為DK108+536.025。主橋以1聯(lián)(102.8 m+168 m+102.8 m)預應力混凝土連續(xù)剛構跨越漢江河道。其中119號墩位于堤岸邊坡上，120號墩位于漢江河道中，河道四季有水。

主墩承臺平面尺寸為26.9 m×21.1 m，高度為5 m，墩座平面尺寸為13.5 m×18.4 m，高度為2.5 m。河床土層以粉質(zhì)黏土、粉土為主。大橋橋位處左側河堤頂高程為37.1 m，右側河堤頂高程為38.3 m，河床底最低高程為20.58 m，設計施工水位為26.5 m。根據(jù)水文資料，近10年最低水位為21.33 m(2008年3月21日)，最高水位為33.84 m(2003年9月8日)。左右大堤間寬545 m，最高通航水位36.26 m，最低通航水位23.43 m。通航孔通航凈空尺度:航道等級為Ⅲ級，凈寬不小于150 m;凈高在最高通航水位以上不小于10 m。

1.2 施工水位的確定

因水位變化對水中墩施工有直接的影響，對水文站近8年的水位情況進行了初步調(diào)查統(tǒng)計。根據(jù)總工期要求，結合現(xiàn)場實際情況，主橋樁基計劃在2008年12月至2009年3月初前完成，承臺在2009年5月中旬完成，墩身在2009年5月底前出水(墩頂施工高程高于30 m)，根據(jù)總體施工計劃，施工水位按近8年同期最高水位為25.37 m確定，考慮行船、風浪引起的水流沖擊，鋼板樁頂高增加到28.0 m，施工檢算按26 m進行設防［1］。

2 圍堰方案比選

水中施工常用鋼圍堰有鋼板樁、鋼套箱、鋼吊箱等形式［2］。從基礎結構形式看，119號、120號墩主墩承臺屬低樁承臺，施工宜采用鋼板樁、鋼套箱2種方案。

彭市漢江特大橋水中墩是我標段管理重點，必須緊抓枯水期施工，確保2009年汛期前墩身出水面，方便后續(xù)工程施工，為早日完成彭市漢江特大橋奠定基礎和創(chuàng)造條件。因此方案選擇在保證安全的前提下要確保“2009年5月27日前墩身出水面”。

2.1 鋼套箱圍堰

119號墩鋼套箱圍堰地處岸邊斜坡，沿橋縱向兩側高差8 m，套箱下沉須將地面整平，但因樁基已施工，樁間距離較小，加上施工平臺影響，河床整平困難。河床土層為黏土及粉質(zhì)黏土，水下開挖難度大，圍堰下沉周期長。

120號墩鋼套箱圍堰需下沉15 m，吸泥下沉周期長。16 m套箱分3節(jié)，現(xiàn)場需要接高2次，澆筑配重混凝土輔助下沉，工序多，時間長，成本加大。根據(jù)我單位天興洲大橋061號墩類似經(jīng)驗，圍堰下沉到位和承臺施工，共需90 d時間。

2.2 鋼板樁圍堰

在天興洲正橋施工中，橋位地質(zhì)和水文條件與漢江橋相似，河床土層以粉質(zhì)黏土、粉土為主，承臺尺寸與水文條件也大致相同。119號墩地處坡地，與天興洲大橋065號墩施工情況相同;120號墩水深條件和地形與天興洲大橋060號墩接近。漢江橋施工在相似條件下進行方案優(yōu)化，承臺采用一次性澆筑，可以在60 d之內(nèi)完成。

2.3 初步比選結論

經(jīng)比選，兩墩采用鋼板樁圍堰方案能滿足工期需要。

3 鋼板樁圍堰布置

鋼板樁采用拉森Ⅵ型，119號墩采用20 m鋼板樁，120號墩采用22 m鋼板樁。119號、120號墩內(nèi)支撐根據(jù)挖深不同分別采用2道和3道。支撐系統(tǒng)采用H588型鋼作為圈梁，平面支撐采用 φ530 mm(δ10 mm)、φ630 mm(δ12 mm)鋼管結構，豎向采用 φ270 mm鋼管與內(nèi)支撐連接形成三維空間體系，增強支撐結構穩(wěn)定性［2～6］。

119號墩鋼板樁的具體布置如圖1～圖3所示。

圖1 圍堰立面(單位:mm)

圖3 第二道支撐平面布置(單位:mm)

120號墩鋼板樁的具體布置如圖4～圖7所示。

4 鋼板樁圍堰施工方法和工藝

鋼板樁圍堰施工承臺工藝流程見圖8。

4.1 插打鋼板樁前的準備工作

圖4 圍堰立面(單位:mm)

圖6 第二、三道支撐平面布置(單位:mm)

圖7 內(nèi)支撐豎向連接(單位:mm)

鋼板樁插打前準備工作包括:拆除鉆孔平臺，對河床進行清理，避免在鋼板樁插打位置遇到障礙物;鋼板樁的整理、接長;鋼板樁變形檢查，振動錘檢查;涂刷黃油混合物油膏:為了減少插打時鎖口間的摩擦和減少鋼板樁圍堰的滲漏，在鋼板樁鎖口內(nèi)涂抹黃油混合物油膏(質(zhì)量配合比為瀝青∶黃油∶滑石粉∶鋸末=4∶6∶10∶1)。

4.2 鋼板樁圍堰的吊運、插打

拆除平臺頂面妨礙插打鋼板樁的部分平臺及部件。先在護筒上焊接牛腿，安裝頂層內(nèi)支撐，做為鋼板樁插打的定位系統(tǒng)。安好內(nèi)外導框及木塞等，并保證其牢固。檢查插打鋼板樁的振動錘、浮吊、船只、履帶吊等設備，使之配套，以供使用。

圖8 鋼板樁圍堰施工承臺工藝流程

鋼板樁的插打利用起重機配合DZ90型振動錘的方法逐片插打。起吊前，鎖口內(nèi)填嵌黃油瀝青混合料。鋼板樁的插打應該從上游中心開始為宜，向兩側對稱依次插入，在下游側合龍。

鋼板樁插打至設計高程后，立即與導向架進行焊接，以抵抗水流沖擊。插打鋼板樁時應保證其傾斜度不大于0.5%，且要緊靠內(nèi)導框，其間隙不得大于20 mm［7］。否則要采取措施，檢查加固內(nèi)外導框等。

插打過程中，須遵守“插樁正直，分散即糾，調(diào)整合龍”的原則。

4.3 鋼板樁的合龍

由于各種因素的影響，鋼板樁合龍口不可能與設計尺寸絲毫不差，當誤差不大時可采取千斤頂互頂、滑車組張拉等辦法調(diào)整合龍口尺寸，然后插入合龍鋼板樁。當誤差較大采取上述措施仍無法合龍時，可制作異形鋼板樁進行合龍。鋼板樁圍堰合龍后，必須將外導環(huán)與鋼板樁之間空隙逐個以硬木塞緊。

4.4 鋼板樁圍堰可能遇到的問題及預防措施

4.4.1 插打鋼板樁預防傾斜的措施

在插鋼板樁前，除在鎖口內(nèi)涂以潤滑油以減少鎖口的摩擦力外，同時在未插套鎖口下端打入鐵楔或硬木楔，防止沉入時泥沙堵塞鎖口。采用復式滑車組糾正鋼板樁的傾斜。在堅實土地帶插鋼板時，可將樁尖截成一定角度，利用其反力，使已傾斜的鋼板樁逐步恢復正常。

4.4.2 鋼板樁鎖口漏水處理

鋼板樁由于插打不當、吊裝不慎撞擊等作用，致使鎖口發(fā)生變形，出現(xiàn)滲漏。其補救措施是:在漏水鎖口處的圍堰外側利用導管投撒細煤渣，煤渣沉至漏水高度處即可堵塞漏水?；蛴寐榇⒀b細煤渣沉入水中，用活扣反倒在漏水部位，亦可堵漏。

4.5 圍堰內(nèi)抽水、吸泥、安裝內(nèi)支撐及水下封底

鋼板樁插打完畢后，開挖過程中及時進行內(nèi)支撐的安裝。

圍堰內(nèi)開挖采用長臂挖機或小型挖機配合吸泥開挖的方法進行。進入鋼板樁圍堰底部施工時，由于水深壓力大，可采用有水開挖，采用長臂挖機或小型挖機配合吸泥開挖的方法進行，以確保施工安全。

開挖施工中，隨時檢查支護，做好防、排水工作，并加強底部滲水觀測，防止突然涌水現(xiàn)象的出現(xiàn)。

水下吸泥、清淤到設計高程后，即可進行水下封底混凝土施工，封底混凝土強度等級為C30，119號墩圍堰的封底厚度為2.5 m，120號墩圍堰的封底厚度為3.0 m。封底混凝土須一次性澆筑完成?；炷劣砂韬驼炯邪柚疲苫炷凉捃囘\至現(xiàn)場并通過汽車泵泵送。封底混凝土的澆筑順序:先低處，后高處(先將低處混凝土灌高，避免高處灌注的混凝土往低處流，使導管底口脫空而進水或?qū)Ч苈裆钸^淺)。混凝土的澆筑應先四周后中間，并確?；炷帘砻娲笾滤?。

待水下封底混凝土達到設計強度后，抽除圍堰內(nèi)的水，鑿除、修整封底混凝土墊層，并在圍堰四周作排水槽、集水井，用以在承臺施工期間抽排滲水。

4.6 圍堰變形觀測

4.6.1 測量控制網(wǎng)的建立

平面控制網(wǎng)采用GPS測設加密，高程采用三等水準附合水準線路。依據(jù)現(xiàn)有觀測點新建4個觀測控制點，建立的方法按普通標石埋設，標石用混凝土現(xiàn)場澆筑，中央埋設圓鋼筋作為標志，鋼筋頭設有“╋”字線作為標志中心。各測量控制點距墩位距離不大于400 m。

4.6.2 變形觀測點設置

變形觀測控制點為:鋼板樁頂高程(圍堰4個角樁，每邊中點)。每兩道內(nèi)支撐之間長短邊尺寸(兩頭中間，共3個尺寸)。

4.6.3 變形觀測頻率及主要控制工況

變形觀測頻率為每天或每開挖1 m深度觀測1次，當發(fā)現(xiàn)異常時，需要增加觀測頻率。根據(jù)圍堰施工工序、驗算資料、施工工藝，制定圍堰變形觀測控制工況:

119號墩

工況一 第一層內(nèi)支撐安裝完成并開挖至+25 m時;

工況二 圍堰內(nèi)抽水、吸泥到+20.5 m高程時;

工況三 圍堰內(nèi)吸泥、清淤到 +13.454 m高程時;

工況四 圍堰內(nèi)抽水到承臺底高程準備施工承臺時。

120號墩

工況一 第一層內(nèi)支撐安裝完成并開挖至+25 m時;

工況二 圍堰內(nèi)抽水、吸泥到+21.5 m高程時;

工況三 圍堰抽水、吸泥到+18.5 m高程時;

工況四 圍堰內(nèi)吸泥、清淤到 +10.986 m高程時;

工況五 圍堰內(nèi)抽水到承臺底高程準備施工承臺時。

4.6.4 圍堰外形尺寸控制標準

鋼板樁傾斜度變化不應大于0.5%，鋼板樁位移偏量2～5 cm，板樁頂高程±20 cm，鋼板樁與內(nèi)支撐間隙不大于 20 mm［7］。

4.6.5 變形控制措施

當圍堰變形觀測結果出現(xiàn)異常時應及時通知現(xiàn)場指揮及相關技術人員，共同制定相應控制措施。具體控制措施有:圍堰外荷載限制(根據(jù)現(xiàn)場情況清理圍堰外材料堆放，限制起重及運輸車輛行走)、圍堰外減壓(根據(jù)水位情況及施工進度制定減壓方案，降低圍堰外施工平臺高程減小土壓力)、內(nèi)支撐加固(在2道內(nèi)支撐之間設置三角撐，加強內(nèi)支撐作用范圍)、鋼板樁臨時固結(在鋼板樁之間焊接橫向連接型鋼，減小鎖口受力，使鋼板樁形成穩(wěn)固受力平面增強穩(wěn)定性)。

4.7 承臺、墩身施工

基坑檢驗內(nèi)容:基底的平面位置、尺寸和基底高程滿足施工工藝要求，保證承臺的設計尺寸和位置并滿足承臺施工所需的凈空間。樁頭鑿除采用風鎬配空壓機進行，樁頭鑿除后頂高程應比設計承臺底位置高20 cm左右，要求樁頭露出新鮮混凝土，表面清理干凈，無浮渣，保證樁頭頂端齊平無破損、無漏筋等現(xiàn)象。

進行承臺墩座、墩身和托架的施工。

4.8 圍堰的拆除

鋼板樁圍堰的拆除與安裝工序相反，先向圍堰內(nèi)注水至待拆除支撐下1 m處，然后再拆除該道支撐;最后一道支撐拆除先向圍堰內(nèi)注水至圍堰外水位高程，拔除鋼板樁;待所有鋼板樁均拔除后，再拆除第一道支撐。鋼板樁拔除方法:先用打拔樁機夾住鋼板樁頭部振動1～2 min，使鋼板樁周圍的土松動，產(chǎn)生“液化”，減少土對樁的摩阻力，然后慢慢往上振拔。拔樁時注意樁機的負荷情況，發(fā)現(xiàn)上拔困難時，可先往下打入少許再向上拔除。

5 結論

(1)鋼板樁插打過程中插打誤差對鋼板樁圍堰能否順利合龍非常關鍵，所以施工中必須堅持不斷監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)傾斜偏位應及時糾正，以保證鋼板樁順利合龍。

(2)鋼板樁插打順序應從上游經(jīng)墩位兩側至下游合龍，這樣可以減少鋼板樁因水流阻力引起插打不便。

(3)鋼板樁施工過程中，必須設置專人負責圍堰變形觀測，出現(xiàn)異常時及時通知現(xiàn)場技術人員，以便采取相應加固措施。

(4)要嚴格控制鋼板樁圍堰封底混凝土的質(zhì)量和厚度，待水下混凝土達到設計強度后，方可進行抽水作業(yè)。

(5)要嚴格控制鋼板樁圍堰外側施工荷載，防止施工中出現(xiàn)超過設計施工荷載對圍堰的破壞。

總之，鋼板樁圍堰在深水基礎施工是一種施工簡單、快捷、成本較低的圍堰形式［8，9］。119 號、120 號墩承臺使用拉森Ⅵ型鋼板樁在深水底樁承臺且含有黏土層的情況下取得成功。119號墩承臺施工69 d完成，120號墩承臺施工64 d完成，現(xiàn)場控制基本達到預期效果，并且成功避免了鋼套箱圍堰在加工制作、現(xiàn)場拼裝、黏土層中下沉等潛在的不確定因素，實現(xiàn)了墩身按計劃出水的階段性目標。

119號、120號主墩承臺施工順利，未發(fā)生安全、傷亡事故;變形觀測設置合理、控制及時，最大變形量48 mm;圍堰拆除及時，減少材料浪費，節(jié)約材料費大約200萬元，值得類似工程借鑒。

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