東沙大橋主承臺鋼板樁圍堰施工

沙群輝，周 忠

（1.江蘇省南通市通州區(qū)交通運輸局，江蘇 南通 226300；2.中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司，湖北 武漢 430050）

東沙大橋主承臺鋼板樁圍堰施工

沙群輝1，周 忠2

（1.江蘇省南通市通州區(qū)交通運輸局，江蘇 南通 226300；2.中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司，湖北 武漢 430050）

東沙大橋全長1 838.8 mm，其中主橋為41.6 m+78.4 m+270 m+78.4 m+41.6 m斜拉橋，主橋梁寬為27.5 m。主墩承臺為六邊形圓倒角整體式承臺，幾何尺寸為45.369 m×20.1 m×4.5 m，頂面標高為+4.0 m。結(jié)合工程實際，介紹主墩承臺鋼板樁圍堰法施工工藝，有關(guān)經(jīng)驗可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

東沙大橋；主墩承臺；鋼板樁；圍堰；施工工藝

1　工程概況及自然條件

1.1工程概況

東沙大橋全長1 838.8 mm，其中主橋為41.6 m+ 78.4 m+270 m+78.4 m+41.6 m斜拉橋，主橋梁寬為27.5 m。

主墩采用D=2.0 m群樁基礎(chǔ)。承臺為六邊形圓倒角整體式承臺，幾何尺寸為45.369 m×20.1 m× 4.5 m，頂面標高為+4.0 m。一個主墩承臺共需C40混凝土3 512.9 m3。共兩個主墩承臺，見圖1。

圖1　東沙大橋主橋橋型示意圖

1.2自然條件

工程所處河道為長江支江，水體主要受上游來水補給，水位受潮汐影響變化明顯，變動幅度較大。根據(jù)設(shè)計資料和現(xiàn)場勘測及結(jié)合施工時間，橋位處在11月至2月的最高水位為+2.5 m，最低水位為+0 m。漲潮最大流速為0.58 m/s，落潮最大流速為1.33 m/s。根據(jù)現(xiàn)場觀測，橋位處在汛期的局部沖刷為2 m。

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，主墩所處地質(zhì)資料及土層參數(shù)分別見表1。

表1　主墩土層參數(shù)表

2　方案比選

根據(jù)東沙大橋主墩承臺施工特點、施工季節(jié)及水文情況的影響，主墩承臺可選用鋼吊箱圍堰和鋼板樁圍堰。

兩種方案的優(yōu)缺點見表2。

表2　兩種方案優(yōu)缺點

綜上，經(jīng)過施工、監(jiān)理、指揮部、設(shè)計多次商討，根據(jù)當(dāng)時水文條件、工期要求及施工能力，最終確定采用鋼板樁圍堰法施工。

3　鋼板樁結(jié)構(gòu)設(shè)計

鋼板樁采用拉森Ⅵ型鋼板樁，材質(zhì)SY295，單根長度為24 m，圍堰平面尺寸為47.1 m×22.1 m，共設(shè)置一道內(nèi)支撐。圍堰頂高程為+3.0 m，圍堰底高程為-21.0 m。

鋼板樁圍堰具體布置見圖2、圖3。

圖3　鋼板樁圍堰平面布置圖

3.1計算假設(shè)及基本參數(shù)

3.1.1計算假設(shè)

（1）由于主墩的地質(zhì)條件及施工環(huán)境較接近，所以任選一個墩進行鋼板樁圍堰的計算。

（2）計算時取1 m寬單位寬度鋼板樁；

（3）水流力計算

目前主墩處河床面最低標高約為-6.0 m，水位按高水位+2.5計，流速按1.33 m/s，局部沖刷按2 m考慮。則作用在每米寬度鋼板樁上的水流力：

水流力合力的著力點假定在設(shè)計最高水位線下1/3倍水深處，即-1.0 m。

（4）取圍堰外河床沖刷深度為2 m進行計算。

3.1.2鋼板樁截面參數(shù)

本工程使用鋼板樁截面參數(shù)特性值見表3，鋼板樁截面見圖4。

表3　鋼板樁截面參數(shù)特性值表

圖4　拉森Ⅵ型鋼板樁截面示意圖（單位：mm）

3.2鋼板樁計算

計算工況按照施工工序分為：

工況一內(nèi)支撐安裝后，圍堰內(nèi)抽水至-2.0 m；

工況二第一次承臺澆筑后，拆除側(cè)模板，安裝第二道支撐于承臺上，再將圍堰內(nèi)灌水至+1.0 m，拆除第一道支撐。

3.3結(jié)構(gòu)計算結(jié)果

經(jīng)計算，在“工況一內(nèi)支撐安裝后，圍堰內(nèi)抽水至-2.0 m?！睒兜目傞L度為21.45 m，樁的最大變形60 mm，滿足方案要求；在“工況二第一次承臺澆筑后，拆除側(cè)模板，安裝第二道支撐于承臺上，再將圍堰內(nèi)灌水至+1.0 m，拆除第一道支撐?！庇捎阡摪鍢秲?nèi)外水壓只有1 m，經(jīng)過試算，此時對鋼板樁的受力影響較小，同時將內(nèi)支撐轉(zhuǎn)換至承臺后，只是保證鋼板樁的穩(wěn)定性，滿足要求。

4　鋼板樁圍堰施工

4.1鋼板樁圍堰施工順序

（1）鉆孔樁施工前或施工時，在定位樁處焊接牛腿，安裝鋼板樁插打?qū)颍?/p>

（2）依次插打鋼板樁至合攏；

（3）圍堰內(nèi)抽水至+1.5 m（或選擇低水位時），在+2.185 m處安裝預(yù)制好的內(nèi)支撐；

（4）內(nèi)支撐安裝到位后，繼續(xù)抽水，抽水至-2.0 m，并保持在該水位；

（5）承臺第一層混凝土施工；

（6）達到設(shè)計強度后拆除承臺模板后，在+1.445處焊接圍囹，將支撐轉(zhuǎn)換至承臺，向圍堰內(nèi)注水至+1 m，拆除第一道內(nèi)支撐，進行第二次承臺澆筑，澆筑高度為2.5 m；

（7）承臺施工完成后，依次拔出鋼板樁。

4.2鋼板樁材料準備

拉森鋼板樁運到工地后，對其進行整理。清除鎖口內(nèi)雜物（如電焊瘤渣、廢填充物等），對缺陷部位加以整修。對于樁身殘缺、殘跡、不整潔、銹皮、卷曲等都要做全面檢查，并采取相應(yīng)措施，以確保正常使用。對于檢查合格的拉森鋼板樁，為保證拉森鋼板樁在施工過程中能順利插拔，并增加拉森鋼板樁在使用時防滲性能。每根板樁鎖口都須均勻涂以混合油，其體積配合比為黃油：干鋸沫=5：3。

4.3機械設(shè)備及現(xiàn)場準備

選用DZ90振動錘，施工前對靜壓機、振動錘檢查，確保線路暢通，功能正常。

施工現(xiàn)場撤走鉆機并拆除所需要拆除的鉆孔平臺，同時清理場地以便鋼板樁在主棧橋上運輸及臨時堆放。

4.4鋼板樁插打

鋼板樁插打選擇從圍堰橫橋向中心處開始，然后依次向兩邊進行，最后在下游角樁附近進行合攏。

4.4.1鋼板樁起吊控制

鋼板樁運至現(xiàn)場后，將鋼板樁整齊排列在易于起吊的位置，使用氣割在鋼板樁軸線上從離端部10 cm左右的位置穿好直徑5 cm大小的吊孔，再使用鉤環(huán)結(jié)結(jié)實實的聯(lián)結(jié)，吊裝過程中需系好適當(dāng)?shù)睦K索以防止左右擺動。

鋼板樁起吊示意見圖5。

圖5　鋼板樁起吊示意圖

4.4.2導(dǎo)向架設(shè)置

鋼板樁插打前利用鉆孔平臺，在定位樁上焊接工字鋼作為鋼板樁導(dǎo)向架。在插打前幾根鋼板樁前，先按鋼板樁寬度在導(dǎo)向架上畫出每根鋼板樁的邊線，然后再焊接長約4 m的導(dǎo)向桁架，在導(dǎo)向架上、下邊上設(shè)置限位裝制，大小比鋼板樁每邊放大1 cm。鋼板樁插打?qū)蚣苁疽庖妶D6。

圖6　鋼板樁插打?qū)蚣苁疽鈭D

4.4.3插打施工

鋼板樁先利用自重下插，當(dāng)自重不能下插時，利用液壓振動錘進行加壓直至設(shè)計標高，第一片鋼板樁插打到位后，通過檢測確定合格，后續(xù)鋼板樁以其為基準，再向兩邊對稱插打鋼板樁。插入樁位的鋼板樁需緊靠導(dǎo)梁。插打一根或幾根后，將已插好的鋼板樁點焊固定于導(dǎo)梁上。

4.4.4鋼板樁圍堰合攏施工

鋼板樁最后的合攏點選擇在任一角樁附近4～5根鋼板樁處。距合攏口兩側(cè)剩約10根鋼板樁時，測量每根插打鋼板樁的軸向及法向傾斜度，控制在0.2%以內(nèi)。

為了使合攏鋼板樁能順利與相鄰樁的鎖口相互咬合，插打前應(yīng)使合攏鋼板樁兩側(cè)樁高度不同，高差控制在100～200 mm。

插打合攏樁時，使與相鄰樁套好鎖口的合攏樁自由落入，并將振動錘垂直降落，使其重量全部壓在合攏樁上，開啟振動錘，隨著樁進入土體的深度增加，阻力逐漸增大，通過電流表中電流值的大小，調(diào)整施打方式，電流值升高時，將樁上提，電流值下降恢復(fù)正常時，向下插打，如此反復(fù)，將樁打至預(yù)定高程。

4.4.5內(nèi)支撐安裝

鋼板樁插打施工完后即進行內(nèi)支撐的安裝施工。

主墩內(nèi)支撐在鋼結(jié)構(gòu)加工廠按設(shè)計下料、預(yù)制后在墩位處拼裝、焊接，待檢驗合格后，圍堰內(nèi)抽水至+1.5 m（正常情況下常水位低于+1.5 m），按設(shè)計位置在鋼板樁上焊接牛腿后，在+2.185 m處安裝預(yù)制好的內(nèi)支撐，內(nèi)支撐采用直徑530 mm厚8 mm的鋼管。圍囹斷面見圖7。

圖7　圍囹結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）

4.2.4圍堰拆除

（1）支撐拆除

主墩澆筑承臺第一次2 m高的混凝土，混凝土達到設(shè)計強度后進行體系轉(zhuǎn)換，在+1.445處焊接圍囹，將支撐轉(zhuǎn)換至承臺，同時向圍堰內(nèi)注水至+1.0 m處，拆除第一道內(nèi)支撐，進行第二次承臺澆筑，澆筑高度為2.5 m。

（2）拉森鋼板樁拔除承臺澆筑完成，保持圍堰內(nèi)外水位差為零時，拆除圍堰支撐后即可進行鋼板樁的拔除。拔除工作由下游方向開始，對稱施工至上游方向，拔樁起點應(yīng)離開角樁5根以上，可根據(jù)沉樁時的情況確定拔樁起點。鋼板樁拔出采用履帶吊配合振動錘進行拔除。

5　河床沖刷觀測及處理措施

5.1河床沖刷觀測

根據(jù)在樁基施工時觀測，工程橋址所處河道每日兩次漲落潮，水流流速較快，漲潮時水流流速約為：0.58 m/s；落潮時水流流速約為：1.33 m/s，同時河道表面覆蓋層為流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，且土層較厚，該土層在水流的作用下極易啟動形成沖刷，再由于圍堰形成后導(dǎo)致過水面減小，水流在結(jié)構(gòu)物處沖擊形成較大漩渦，增加對河床土層的沖刷，因此在主墩承臺施工中防止沖刷對圍堰結(jié)構(gòu)的影響是施工中必須考慮的重要因素。

鋼板樁插打合攏后，安排專人對圍堰外河床面進行監(jiān)測，通過監(jiān)測反饋河床沖刷情況，每承臺布置河床標高觀測點14個，每次觀測時間為漲落潮前后共兩次。根據(jù)現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)及時的進行反饋，用于指導(dǎo)圍堰防沖刷的及時進行與防沖刷的質(zhì)量。觀測點布置見圖8。

圖8　觀測點布置

5.2河床沖刷采取的措施

通過觀測數(shù)據(jù)，當(dāng)局部沖刷深度大于2 m時，采取對圍堰四周進行拋填砂袋防止沖刷。砂袋坡面按1:3控制，靠近鋼板樁砂袋頂標高不超過圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計計算采用的河床面標高。圍堰拋填防護斷面形式見圖9。

圖9　圍堰拋填防護斷面形式圖

6　施工中注意事項

（1）確定首根鋼板樁插打合格后，以此樁為基準，再向兩側(cè)插打每一根鋼板樁到設(shè)計位置。整個施工過程中，要用錘球始終控制每片樁的垂直度，及時調(diào)整。

（2）在鋼板樁的插打時注意鋼板樁的拼接縫不能在圍堰的同一斷面上，應(yīng)上下交替錯開。

（3）每一片鋼板樁先利用自重下插，當(dāng)自重不能下插時，才進行加壓；鋼板樁插打至設(shè)計標高后，立即與導(dǎo)向架進行焊接，以抵抗水流沖擊。

（4）定期沖刷觀測，當(dāng)局部沖刷深度大于方案計算的架設(shè)深度時，必須采用以上方法進行防護，確保主體結(jié)構(gòu)安全。

（5）施工前用同型號的短拉森鋼板樁做鎖口滲漏試驗，檢查鋼板樁鎖口松緊程度，過松或過緊都可能導(dǎo)致拉森鋼板樁施工后滲漏；施打前在拉森鋼板樁鎖口內(nèi)抹黃油混合物油膏以防止鋼板樁的漏水；施打時控制好垂直度，防止相互傾斜的鋼板樁之間索口無法密貼，不得強行施打，損壞鎖口。

7　結(jié)　語

實踐證明，東沙大橋主墩承臺采用鋼板樁圍堰法施工是成功的，既節(jié)約了工期，又減小了施工安全的風(fēng)險。鋼板樁插打質(zhì)量是圍堰施工成敗的關(guān)鍵，而后期對鋼板樁圍堰沖刷觀測及防護措施又是鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)安全的重中之重。

U445

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1009-7716（2016）01-0115-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.033

2015-10-08

沙群輝（1981-），男，江蘇南通人，工程師，從事工程管理工作。