武漢鸚鵡洲長江大橋1#邊塔鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與施工①

周小毛

摘 要：武漢鸚鵡洲長江大橋1#塔位于長江漢陽岸邊坡坡腳，墩位處長江水位季節(jié)性變化達(dá)14 m，地層為砂土，夾有細(xì)砂板結(jié)層。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用圓端啞鈴型鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)，圍堰采用先平臺(tái)后圍檁再鋼板樁工藝施工，并盡可能做到永臨結(jié)合。通過設(shè)計(jì)和施工全過程把控，確保了工程順利開展，并為類似基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)工程施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鋼板樁圍堰 啞鈴型 鋼平臺(tái) 圍檁

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（c）-0100-03

1 工程概況

武漢鸚鵡洲長江大橋1#塔位于長江漢陽岸邊坡坡腳，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為長75 m的鉆孔摩擦樁，樁徑2 m，承臺(tái)為啞鈴形底樁承臺(tái)，平面尺寸為67.0 m×28.0 m，厚5.5m，頂面標(biāo)高+12 m，與河床基本持平，不外露水面。墩位處地表覆蓋層厚70.8～78.4 m，主要土層有粉砂、中砂、粉土、圓礫土和黏土，基巖為泥巖，巖石總體較完整，巖質(zhì)較軟。橋位處水位隨長江季節(jié)性水位變化，枯水期約+12 m，汛期約+26 m，變化達(dá)14 m。

2 圍堰結(jié)構(gòu)

在滿足施工需要的前提下，結(jié)合地質(zhì)情況及經(jīng)濟(jì)比較，1#塔采取先鉆孔后圍堰的總體施工方案施工。圍堰結(jié)構(gòu)為拉森Ⅵ型鋼板樁圍堰。

根據(jù)承臺(tái)結(jié)構(gòu)，為減少封底混凝土數(shù)量，圍堰與承臺(tái)在平面內(nèi)同為啞鈴形（見圖1），在承臺(tái)周圈留有1 m寬施工操作空間，平面內(nèi)凈空尺寸為69.0 m×30.0 m，共320根鋼板樁。

3 圍堰設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 圍堰設(shè)防水位確定

根據(jù)施工計(jì)劃安排和長江水位資料，1#塔圍堰內(nèi)吸泥封底施工在6月底，正處于長江汛期時(shí)段。8月底份開始圍堰內(nèi)抽水并施工承臺(tái)，此時(shí)長江水位已經(jīng)開始并逐步進(jìn)入枯水期。因此，圍堰按長江9月份平均水位+22 m標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，圍堰頂標(biāo)高+22.5 m。

3.2 封底混凝土厚度計(jì)算

根據(jù)圍堰受力原理，在圍堰內(nèi)吸泥取土并抽水后，堰內(nèi)外水頭差引起的浮力由封底混凝土的自重和封底混凝土與鋼護(hù)筒之間的摩擦力之和進(jìn)行克服。混凝土與鋼護(hù)筒之間的摩擦力按150 KPa/m2計(jì)算，封底混凝土與鋼板樁之間的摩擦力不作計(jì)算。同時(shí)按四邊簡支雙向板計(jì)算封底混凝土頂部拉應(yīng)力，不大于0.5 MPa。

按設(shè)防水位+22 m計(jì)算確定封底混凝土厚度為3.8 m。

3.3 鋼板樁入土深度計(jì)算

圍堰設(shè)置兩道圍檁結(jié)構(gòu)，標(biāo)高分別為+11.4 m和+17.4 m，圍檁設(shè)置位置需滿足鋼板樁受力需要，同時(shí)需盡可能規(guī)避對承臺(tái)施工的影響。

鋼板樁入土深度的計(jì)算工況為：圍堰的兩道圍檁安裝到位，圍堰內(nèi)吸泥清淤完成，準(zhǔn)備澆筑封底混凝土。采用等值梁法計(jì)算確定鋼板樁入土深度，首先根據(jù)外側(cè)主動(dòng)土壓力等于內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力，計(jì)算確定鋼板樁上土壓力強(qiáng)度等于0的位置A。再把圍檁支撐點(diǎn)和A點(diǎn)作為支點(diǎn)，按多跨連續(xù)梁計(jì)算出鋼板樁的受力和各支點(diǎn)反力，最后根據(jù)鋼板樁底彎矩等于0確定鋼板樁的入土深度。通過計(jì)算確定鋼板樁底距離圍堰基底深度3.6 m，總長28 m。

4 圍堰制造與安裝

1號(hào)塔基礎(chǔ)鋼板樁圍堰采用先圍檁后圍堰的方式施工，即先施工成型鋼平臺(tái)，在鋼平臺(tái)上拼裝圍檁內(nèi)撐構(gòu)件并整體下放安裝到位，再設(shè)置插打?qū)蜓b置沿鋼圍檁外側(cè)插打鋼板樁形成完整鋼板樁圍堰。

上下兩層圍檁結(jié)構(gòu)分段制作，利用浮吊在墩位處鋼平臺(tái)上分節(jié)段整體吊裝組拼成型，然后焊裝鋼管將上下兩層圍檁連接成整體。圍檁拼裝完成后，整體下放到水面以下的安裝標(biāo)高位置進(jìn)行定位，并通過鋼平臺(tái)的支撐鋼管進(jìn)行限位。

4.1 鋼平臺(tái)

利用枯水期筑島施工成型鉆孔樁基礎(chǔ)，在灌注樁基礎(chǔ)混凝土?xí)r，混凝土超灌1.5 m厚，在超灌混凝土內(nèi)插埋鋼管樁作為鋼平臺(tái)支撐樁。豐水期通過法蘭盤接高管樁施工成型鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)（見圖2）。

4.2 圍檁施工

圍檁結(jié)構(gòu)采用分塊加工制作，利用胎膜架進(jìn)行精確定位控制尺寸。分塊之間接頭設(shè)置成插接“子母扣”（見圖3），對插之后再焊接。各分塊在場內(nèi)預(yù)拼成型后，利用浮吊將各節(jié)段在鋼平臺(tái)上吊裝組拼（見圖3.2-2），先拼裝底層圍檁，再拼裝頂層圍檁，最后安裝上下層的連接鋼管。組拼成型后，利用32臺(tái)50 t機(jī)械千斤頂分16個(gè)吊掛點(diǎn)將圍檁整體下放就位。吊掛點(diǎn)通過MIDAS有限元整體建模計(jì)算確定，對稱布置。為便于人工操作，計(jì)算時(shí)每個(gè)吊掛點(diǎn)按受力小于35 t進(jìn)行控制。每個(gè)吊掛點(diǎn)設(shè)置2臺(tái)千斤頂和2根φ32 mm的精軋螺紋鋼筋，每次下放一個(gè)油頂行程20 cm，過程中通過監(jiān)測確保每個(gè)下放點(diǎn)的同步，各點(diǎn)下放高度差不允許大于1 cm。

在圍檁拼裝時(shí)，對應(yīng)鋼平臺(tái)支撐鋼管位置設(shè)置水平限位擋塊進(jìn)行水平限位，間隙10 cm，同時(shí)作為圍檁下放過程的限位導(dǎo)向（見圖5），保證位置下放過程中水平位置不會(huì)發(fā)生偏移。圍檁下放到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將限位擋塊與鋼管之間的間隙抄墊密實(shí)，從而將圍檁定位。

4.3 鋼板樁施工

鋼板樁選用振動(dòng)錘插打。鋼板樁插打前，須調(diào)平調(diào)直，確保每塊鋼板樁的結(jié)構(gòu)復(fù)核要求。在鋼板樁圍堰內(nèi)側(cè)設(shè)置插打?qū)蚣?，引?dǎo)鋼板樁插打并定位（見圖6）。要求嚴(yán)格控制首根樁的平面位置和垂直度，后續(xù)樁以首根樁為定位支撐連續(xù)插打。由于插打偏位、鋼板樁尺寸偏差等因素，鋼板樁合攏口尺寸與理論值必然會(huì)存在偏差，通過現(xiàn)場量取尺寸，制作異型樁進(jìn)行合攏插打。

5 圍堰內(nèi)吸泥施工

河床表層土體，在接高鋼平臺(tái)過程中同步采用長臂挖機(jī)機(jī)械開挖進(jìn)行取土，水下土體，利用鋼平臺(tái)結(jié)構(gòu)采取空氣吸泥機(jī)進(jìn)行吸泥取土。在江水的侵泡下，地層存在細(xì)砂板結(jié)層，空氣吸泥機(jī)在該地層取土功效非常低。結(jié)合水深約9 m，現(xiàn)場采采用了泥漿泵吸泥和機(jī)械抓斗抓土配合，對板結(jié)層進(jìn)行了及時(shí)的松動(dòng)和有效清除，確保了后續(xù)空氣吸泥機(jī)的取土施工功效。endprint

6 圍堰內(nèi)封底施工

采用水下垂直導(dǎo)管法進(jìn)行封底施工。封底前詳細(xì)測定河床標(biāo)高，潛水員水下對每個(gè)樁頭和鋼板樁表面進(jìn)行射水沖洗，對基底進(jìn)行驗(yàn)收。采用Φ273導(dǎo)管進(jìn)行封底施工，導(dǎo)管采用法蘭盤連接，導(dǎo)管配套進(jìn)行水密試驗(yàn)和使用。

混凝土采用單端往另外一端斜向推進(jìn)灌注施工。首封導(dǎo)管配備15 m3料斗，正常灌注導(dǎo)管配備1.5 m3料斗。施工過程中，對先期完成灌注的導(dǎo)管及時(shí)拆除并倒用到待灌注區(qū)域。灌注過程中，每個(gè)區(qū)域安排專人進(jìn)行基底測量和灌注方量、進(jìn)度記錄，及時(shí)控制混凝土灌注區(qū)位，保證每個(gè)導(dǎo)管灌注間隔時(shí)間不大于30 min，同時(shí)處于灌注過程中的導(dǎo)管數(shù)量不大于15根。

7 圍堰內(nèi)抽水施工

待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，先對圍堰內(nèi)進(jìn)行試抽水作業(yè)，保持內(nèi)外水位差控2 m，判定圍堰滲水情況、圍堰變形情況及封底效果是否滿足抽水要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定投入的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，全面啟動(dòng)抽水施工。在抽水過程中，根據(jù)漏水情況在圍堰外側(cè)緊貼鎖口位置撒黃砂，利用黃砂進(jìn)行堵漏（見“圖7）。由于黃砂受圍堰振動(dòng)、水位波動(dòng)影響大，因此需要專人不間斷進(jìn)行巡邏補(bǔ)撒黃砂。

8 圍堰監(jiān)控監(jiān)測

1號(hào)塔圍堰自鋼板樁插打合攏后即開始實(shí)施監(jiān)控監(jiān)測，對圍堰的變形、基底標(biāo)高和圍堰外河床標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)測。主要監(jiān)測項(xiàng)目有圍檁的平面位置變化、標(biāo)高變化、相對距離變化，鋼板樁的平面位置變化、標(biāo)高變化、相對距離變化，圍堰外側(cè)的河床標(biāo)高變化。每日測量2次并及時(shí)上報(bào)。

9 圍堰拆除施工

圍堰拆除安排在枯水期進(jìn)行，先拆除圍檁結(jié)構(gòu)，再拔出鋼板樁。圍檁拆除順序?yàn)椋焊畛舷聦訃鷻_連接鋼管→拆除上層圍檁→圍堰內(nèi)注水至底節(jié)圍檁下沿→拆除下層圍檁→圍堰內(nèi)外水位連通→拔除鋼板樁。采用振動(dòng)錘振動(dòng)拔除鋼板樁（見圖8）。

10 結(jié)語

鸚鵡洲長江大橋1號(hào)塔位于長江大堤坡腳，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為圓端啞鈴型承臺(tái)，施工受長江水位變化影響大。通過對長江水位的研究分析，結(jié)合筑島和鋼平臺(tái)施工水中墩基礎(chǔ)的特點(diǎn)，充分將臨時(shí)輔助工程與主體工程相結(jié)合，科學(xué)分析和計(jì)算，將長江水位變化大的不利因素轉(zhuǎn)變成了施工的有利因素。通過精心計(jì)算分析，圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡便新穎，結(jié)合了現(xiàn)場實(shí)際，受力性能好。基礎(chǔ)施工方法安全快速、簡便經(jīng)濟(jì)，保證了大橋施工快速順利開展。通過探索，為淺水區(qū)域基礎(chǔ)施工探索出了思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 江正榮.建筑施工計(jì)算手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2] 徐剛，張延河.啞鈴形超大鋼吊箱浮運(yùn)及吊裝關(guān)鍵技術(shù)[J].世界橋梁，2012，40（6）：19-23.endprint

6 圍堰內(nèi)封底施工

采用水下垂直導(dǎo)管法進(jìn)行封底施工。封底前詳細(xì)測定河床標(biāo)高，潛水員水下對每個(gè)樁頭和鋼板樁表面進(jìn)行射水沖洗，對基底進(jìn)行驗(yàn)收。采用Φ273導(dǎo)管進(jìn)行封底施工，導(dǎo)管采用法蘭盤連接，導(dǎo)管配套進(jìn)行水密試驗(yàn)和使用。

混凝土采用單端往另外一端斜向推進(jìn)灌注施工。首封導(dǎo)管配備15 m3料斗，正常灌注導(dǎo)管配備1.5 m3料斗。施工過程中，對先期完成灌注的導(dǎo)管及時(shí)拆除并倒用到待灌注區(qū)域。灌注過程中，每個(gè)區(qū)域安排專人進(jìn)行基底測量和灌注方量、進(jìn)度記錄，及時(shí)控制混凝土灌注區(qū)位，保證每個(gè)導(dǎo)管灌注間隔時(shí)間不大于30 min，同時(shí)處于灌注過程中的導(dǎo)管數(shù)量不大于15根。

7 圍堰內(nèi)抽水施工

待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，先對圍堰內(nèi)進(jìn)行試抽水作業(yè)，保持內(nèi)外水位差控2 m，判定圍堰滲水情況、圍堰變形情況及封底效果是否滿足抽水要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定投入的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，全面啟動(dòng)抽水施工。在抽水過程中，根據(jù)漏水情況在圍堰外側(cè)緊貼鎖口位置撒黃砂，利用黃砂進(jìn)行堵漏（見“圖7）。由于黃砂受圍堰振動(dòng)、水位波動(dòng)影響大，因此需要專人不間斷進(jìn)行巡邏補(bǔ)撒黃砂。

8 圍堰監(jiān)控監(jiān)測

1號(hào)塔圍堰自鋼板樁插打合攏后即開始實(shí)施監(jiān)控監(jiān)測，對圍堰的變形、基底標(biāo)高和圍堰外河床標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)測。主要監(jiān)測項(xiàng)目有圍檁的平面位置變化、標(biāo)高變化、相對距離變化，鋼板樁的平面位置變化、標(biāo)高變化、相對距離變化，圍堰外側(cè)的河床標(biāo)高變化。每日測量2次并及時(shí)上報(bào)。

9 圍堰拆除施工

圍堰拆除安排在枯水期進(jìn)行，先拆除圍檁結(jié)構(gòu)，再拔出鋼板樁。圍檁拆除順序?yàn)椋焊畛舷聦訃鷻_連接鋼管→拆除上層圍檁→圍堰內(nèi)注水至底節(jié)圍檁下沿→拆除下層圍檁→圍堰內(nèi)外水位連通→拔除鋼板樁。采用振動(dòng)錘振動(dòng)拔除鋼板樁（見圖8）。

10 結(jié)語

鸚鵡洲長江大橋1號(hào)塔位于長江大堤坡腳，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為圓端啞鈴型承臺(tái)，施工受長江水位變化影響大。通過對長江水位的研究分析，結(jié)合筑島和鋼平臺(tái)施工水中墩基礎(chǔ)的特點(diǎn)，充分將臨時(shí)輔助工程與主體工程相結(jié)合，科學(xué)分析和計(jì)算，將長江水位變化大的不利因素轉(zhuǎn)變成了施工的有利因素。通過精心計(jì)算分析，圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡便新穎，結(jié)合了現(xiàn)場實(shí)際，受力性能好?；A(chǔ)施工方法安全快速、簡便經(jīng)濟(jì)，保證了大橋施工快速順利開展。通過探索，為淺水區(qū)域基礎(chǔ)施工探索出了思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 江正榮.建筑施工計(jì)算手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2] 徐剛，張延河.啞鈴形超大鋼吊箱浮運(yùn)及吊裝關(guān)鍵技術(shù)[J].世界橋梁，2012，40（6）：19-23.endprint

6 圍堰內(nèi)封底施工

采用水下垂直導(dǎo)管法進(jìn)行封底施工。封底前詳細(xì)測定河床標(biāo)高，潛水員水下對每個(gè)樁頭和鋼板樁表面進(jìn)行射水沖洗，對基底進(jìn)行驗(yàn)收。采用Φ273導(dǎo)管進(jìn)行封底施工，導(dǎo)管采用法蘭盤連接，導(dǎo)管配套進(jìn)行水密試驗(yàn)和使用。

混凝土采用單端往另外一端斜向推進(jìn)灌注施工。首封導(dǎo)管配備15 m3料斗，正常灌注導(dǎo)管配備1.5 m3料斗。施工過程中，對先期完成灌注的導(dǎo)管及時(shí)拆除并倒用到待灌注區(qū)域。灌注過程中，每個(gè)區(qū)域安排專人進(jìn)行基底測量和灌注方量、進(jìn)度記錄，及時(shí)控制混凝土灌注區(qū)位，保證每個(gè)導(dǎo)管灌注間隔時(shí)間不大于30 min，同時(shí)處于灌注過程中的導(dǎo)管數(shù)量不大于15根。

7 圍堰內(nèi)抽水施工

待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，先對圍堰內(nèi)進(jìn)行試抽水作業(yè)，保持內(nèi)外水位差控2 m，判定圍堰滲水情況、圍堰變形情況及封底效果是否滿足抽水要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定投入的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，全面啟動(dòng)抽水施工。在抽水過程中，根據(jù)漏水情況在圍堰外側(cè)緊貼鎖口位置撒黃砂，利用黃砂進(jìn)行堵漏（見“圖7）。由于黃砂受圍堰振動(dòng)、水位波動(dòng)影響大，因此需要專人不間斷進(jìn)行巡邏補(bǔ)撒黃砂。

8 圍堰監(jiān)控監(jiān)測

1號(hào)塔圍堰自鋼板樁插打合攏后即開始實(shí)施監(jiān)控監(jiān)測，對圍堰的變形、基底標(biāo)高和圍堰外河床標(biāo)高進(jìn)行監(jiān)測。主要監(jiān)測項(xiàng)目有圍檁的平面位置變化、標(biāo)高變化、相對距離變化，鋼板樁的平面位置變化、標(biāo)高變化、相對距離變化，圍堰外側(cè)的河床標(biāo)高變化。每日測量2次并及時(shí)上報(bào)。

9 圍堰拆除施工

圍堰拆除安排在枯水期進(jìn)行，先拆除圍檁結(jié)構(gòu)，再拔出鋼板樁。圍檁拆除順序?yàn)椋焊畛舷聦訃鷻_連接鋼管→拆除上層圍檁→圍堰內(nèi)注水至底節(jié)圍檁下沿→拆除下層圍檁→圍堰內(nèi)外水位連通→拔除鋼板樁。采用振動(dòng)錘振動(dòng)拔除鋼板樁（見圖8）。

10 結(jié)語

鸚鵡洲長江大橋1號(hào)塔位于長江大堤坡腳，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為圓端啞鈴型承臺(tái)，施工受長江水位變化影響大。通過對長江水位的研究分析，結(jié)合筑島和鋼平臺(tái)施工水中墩基礎(chǔ)的特點(diǎn)，充分將臨時(shí)輔助工程與主體工程相結(jié)合，科學(xué)分析和計(jì)算，將長江水位變化大的不利因素轉(zhuǎn)變成了施工的有利因素。通過精心計(jì)算分析，圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡便新穎，結(jié)合了現(xiàn)場實(shí)際，受力性能好?；A(chǔ)施工方法安全快速、簡便經(jīng)濟(jì)，保證了大橋施工快速順利開展。通過探索，為淺水區(qū)域基礎(chǔ)施工探索出了思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 江正榮.建筑施工計(jì)算手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2] 徐剛，張延河.啞鈴形超大鋼吊箱浮運(yùn)及吊裝關(guān)鍵技術(shù)[J].世界橋梁，2012，40（6）：19-23.endprint