淺析鋼板樁深水圍堰施工

王鑫

摘要： 本文章通過了對武廣客運專線白廟北江特大橋59#墩深水圍堰鋼板樁施工，對鋼板樁加固長度、支撐、圍堰封底、施工注意因素進行了簡要分析。主要以白廟北江特大橋59#墩圍堰施工為例，對單層鋼板樁深水圍堰作簡要的情況介紹，文章分為了幾個欄目分別明細說明，簡明扼要概括了鋼板樁深水圍堰施工的問題。

Abstract： Based on the construction of the steel sheet pile deep-water cofferdam of 59# pier of Baimiao-Beijiang Bridge of Wuhan-Guangzhou Passenger Dedicated Line， this paper introduces the single-layer steel sheet pile deep-water cofferdam and analyzes the steel sheet pile reinforcement length， support， cofferdam back cover， and matters needing attention in construction and summarizes the construction problem of steel sheet pile deep-water cofferdam.

關鍵詞： 鋼板樁；圍堰；封底；支撐

Key words： steel sheet pile；cofferdam；back cover；support

中圖分類號：U445.55+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）13-0080-02

1 工程簡介

本工程施工圍堰位于武廣客運專線XXTJVI標北江河邊。北廟北江特大橋主橋55#～58#墩為懸臂澆筑預應力混凝土連續(xù)箱梁。59#墩靠近主墩邊跨，采用德國拉森（Larssen）Ⅳb型單層鋼板樁深水圍堰方法施工。本文針對白廟北江特大橋59#墩圍堰施工，重點分析了單層鋼板樁深水圍堰。

白廟北江特大橋59#墩為埋入式承臺，承臺頂在河床以下0.5m～1m。北江河施工期間水位為9～12.5m。根據(jù)長期水位測量，設計鋼板樁頂標高控制為11.00m，筑島標高 10m。基坑底至施工水位平均為6.44m，承臺底標高為3.56m，承臺尺寸為12.3m×13m，采用矩形14.7m×15.4m的鋼板樁圍堰進行施工，鋼板樁單根長度12m。

2 工程地質(zhì)情況

本基坑鋼板樁從上往下埋深范圍內(nèi)地質(zhì)情況為：

①層。第一層，粘土，黃色，高程為 10m ～ 8m 軟塑～可塑。

②層。第二層，砂夾粘土，灰黃色，稍密～中密 高程為 8m～6m。

③層。第三層，細砂，密實 高程為 6m及以下。

3 方案的選取

按照先抽水，再挖基坑，對選用鋼板樁需要的埋置深度和總長度、基坑底部抗涌穩(wěn)定性進行驗算。

3.1 基坑坑底抗涌砂計算

本基坑地質(zhì)情況粘土及粘土的含砂量較大，土層下層進入河床為細砂，故對基坑底部開挖可能引起涌砂危險。 對基坑底部進行涌砂驗算，不產(chǎn)生涌砂的安全條件為：

3.2 結(jié)論

通過驗算，施工采用12m鋼板樁，抵抗基坑底部出現(xiàn)涌砂的安全系數(shù)為1.46，為保證安全，一遍取值為2.0；故不用支撐，直接開挖存在一定風險，為保證安全，在完成插打鋼板樁后，抽水到設計高度，立即進行圍楞支撐，加固完成，再往下開挖，最后挖到需要設計底標高，進行水下混凝土封底、養(yǎng)護、抽水，然后進行基坑內(nèi)承臺鋼筋、模板、混凝土施工。

4 鋼板樁內(nèi)支撐

支撐采用4I40a工字鋼作為內(nèi)框架，撐桿用？準63cm壁厚8mm的鋼管其支撐示意如圖1所示。

4.1 鋼板樁受力檢算

①參考《公路橋梁施工手冊》圖5-47，發(fā)現(xiàn)水文地質(zhì)條件為第3種情況，支撐為形式二，查圖5-43固定荷載曲線3-3得： ζ=2.3、α=0.33、β=1.05。

②入土最小深度hmin。

③最大彎矩Mmax。

擬采用德國拉森（Larssen）Ⅳb型鋼板樁，其幾何尺寸為b=400m、a=320mm、最小厚度t2=9mm、h=180mm、最大厚度t1=13mm、單位重量為69kg/mm，W=2000cm3

按最不利位置檢算Mmax=β（λ土h+λ水h）×0.4×6.44/2=1.05×（0.94×10×6.44×1000+1×10×6.44×1000）×0.4×3.22=168.96kN·m

④最大應力σmax。

σmax=Mmax/W=168960/2000=84.48MPa<[σ]=180MPa

故鋼板樁深度強度符合要求。

4.2 內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)驗算

內(nèi)支撐經(jīng)結(jié)構(gòu)計算能夠滿足設計施工要求。

5 圍堰封底施工

5.1 機械設備準備

①基坑開挖機械：VLO挖掘機1臺（項目部自備），小型長臂挖掘機1臺（項目部租賃）；

②基坑土方運輸自卸汽車項目部4臺；

③基坑吊土所需30t吊車1臺由項目部提供；

④抽水設備：離心泵2臺（已有）、潛水泵4臺（項目部已有）、大口徑潛水泵（4寸）新購2臺。

5.2 水下混凝土性能

圍堰封底混凝土應全面連續(xù)完成。封底前用測繩仔細檢查基底標高是否在同一平面上，再檢查鋼板樁內(nèi)壁槽內(nèi)的泥土是否清理干凈，必要時請潛水員下水實際探測。首先組織盡可能大的混凝土供應和澆注能力。圍堰封底混凝土為240m3，采用2臺泵機泵送，混凝土供應量為30～40m3/h。澆注在4小時之內(nèi)完成。提前做好封底混凝土配合比，滿足和易性、泵送性能良好，能持續(xù)施工。

5.3 施工方案

水下混凝土流動半徑按4.0m計算，圍堰內(nèi)共布置4根導管。導管上連接1m3灌注漏斗，灌注漏斗接在6m3集料斗下面。導管采用？準273mm，壁厚10mm的無縫鋼管，各管節(jié)之間采用卡口連接，第一斗封口完成后，6m3活動集料斗移開，混凝土直接進入1m3灌注漏斗，進行水下混凝土灌注。

5.4 封底厚度的確定

封底混凝土厚度主要考慮兩個因素：①必須有足夠的自重來抵抗內(nèi)外水壓所產(chǎn)生的壓力差，防止混凝土上浮，與鋼板樁內(nèi)壁不粘結(jié)；②底部能抵抗水壓沖擊發(fā)生穿孔，達不到封底堵水的目的。

通過對本基坑混凝土供應、初凝、強度產(chǎn)生等綜合考慮，水下封底混凝土容許應力取為100～200kPa。本基坑封底混凝土厚度取為1m，混凝土的計算彎拉應力為134.63kPa；混凝土抗向上浮力時需已成樁樁基提供105kPa的摩阻力，經(jīng)計算滿足要求。

6 圍楞支撐結(jié)構(gòu)

在確定開挖安全的基礎上，隨抽水進度進行支撐后再降水。本基坑分兩層圍楞支撐。順序如下：安裝第一層圍楞→加固支撐→開挖至第二層圍楞標高→安裝第二層圍楞→加固支撐，長臂挖機清平基底面，對有漏水的區(qū)域進行封堵。

7 變形觀測

7.1 插打鋼板樁允許偏差

鋼板樁垂直度偏差為1%；鋼板樁軸線偏差±100mm；樁頂標高偏差±100mm。超出允許范圍應停止插打，查找原因。

7.2 圍楞支撐變形觀測

在鋼板樁插打完成、封底完成，特別是施做圍楞以及開挖過程中應對整個系統(tǒng)進行變形觀測。觀測內(nèi)容為橫向位移，扭曲涌水量等。通常有以下情況：①鋼板樁扭曲。主要是整體穩(wěn)定性不夠，應立即加強圍楞支撐。②底部涌水。主要是封底時有斷層，沒有連續(xù)全面一次封底，可加早強混凝土和化學膠進行補漏處理。③平面位置發(fā)生位移。主要外部水壓力、土壓力過大，鋼板樁嵌入深度不夠，或者是挖基坑時推土偏壓產(chǎn)生，應立即進行加固減壓糾偏措施。

7.3 對本基坑整個圍堰系統(tǒng)觀測結(jié)果：扭曲、變形、位移能夠滿足施工要求。

8 結(jié)束語

本墩通過對實際地質(zhì)的分析，水位的觀測、方案選擇、結(jié)構(gòu)布置和施工進度的及時，從原來的計劃插打18m鋼板樁成功的改為12m鋼板樁。從施工效果來看，按照工序嚴格控制，同步進行變形觀測，積極做好應對施工措施，預控了相應問題的發(fā)生，安全高效完成水中基礎承臺施工。

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