淺談水中深基坑鋼板樁圍堰施工技術(shù)

周寧生

摘 要：本文主要闡述了通過鋼圍堰方案比較而確定的0號墩承臺深基坑采用長24米拉森IV鋼板樁圍堰施工技術(shù)，并分析了橋梁承臺深基坑鋼板樁圍堰施工技術(shù)。使用鋼板樁圍堰施工技術(shù)，具有節(jié)約成本、施工周期短、拆除方便等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：橋墩；長江；施工方案

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）06-0088-04

1 某工程簡介

商合杭蕪湖長江公鐵大橋是水位+11.07M通航凈空為30米乘以543米的I-（1）級航道16乘以300噸級船隊(duì)，方向是由西向東，中主橋（0號墩～5號墩）全長99.3+238+588+ 224+85.3余=1234.6米。主橋采用斜拉節(jié)點(diǎn)拼裝鋼桁梁橋（下承式鐵路、上承式為公路），主橋有兩個主墩分別為2號和3號主塔墩，每個承臺大小為68米乘以37米乘以7.5米，4個邊墩為0號、1號、4號、5號墩，0號墩承臺大小為45.5米乘以37米乘以4.0米（鋼板樁圍堰長48米乘以20米、工作寬度四周為1.2米）。樁基承臺結(jié)構(gòu)是其基礎(chǔ)，承臺位于河床下1.5米，有22根鉆孔灌注樁，尺寸為直徑2.5米、長57.5米。

2 0號墩位置地質(zhì)狀況

首先要對地質(zhì)進(jìn)行勘測，再根據(jù)數(shù)據(jù)判斷，從河床開始往往下計(jì)算18米，地層分布主要分為六層，分別為：（1）粉質(zhì)細(xì)砂粘土層；（2）淤質(zhì)粘土層；（3）細(xì)砂層。

3 施工方案選擇

0號墩是由陸地向水中過渡、設(shè)計(jì)承臺頂面標(biāo)高-2.5米，位于河床下1.5米，這是由于減小承臺對長江過水面積和通航能力的影響。0號墩鋼板樁深基坑的施工方法比選分別是鋼圍堰施工和鋼板樁。由于鋼板樁圍堰施工具有成本投入少、施工簡單、周期短、拆除方便、插打鋼板樁穿過粉質(zhì)砂粘土層容易等優(yōu)點(diǎn)，所以最后決定0號墩使用鋼板樁圍堰施工工藝。

4 鋼板樁圍堰施工技術(shù)

施工步驟：

首先做好施工前的各種準(zhǔn)備，對實(shí)際施工的角樁進(jìn)行測量定位，測量完成后要制作導(dǎo)向架，具體施工流程是：

步驟一（圖1）：（1）樁基施工完成后，拆除0#鉆孔平臺的鉆孔區(qū)域，保留兩側(cè)支棧橋部分。（2）在部分鋼護(hù)筒頂面設(shè)置圈梁吊掛系統(tǒng)，并在部分護(hù)筒上焊接內(nèi)支撐組裝平臺。（3）在組裝平臺上組裝兩層內(nèi)支撐。

步驟二（圖2）：將兩層內(nèi)支撐一起下放至第一層內(nèi)支撐到設(shè)計(jì)高程處。

步驟三（圖3）：（1）在組裝平臺上安裝上導(dǎo)向框。（2）逐根插打鋼板樁至設(shè)計(jì)樁底高程-17.50m，并合龍。

步驟四：拆除導(dǎo)向框（圖4）。

步驟五（圖5）：圍堰內(nèi)吸泥至-2.0m高程，并將第二層內(nèi)支撐下放到設(shè)計(jì)位置。

步驟六（圖6）：（1）圍堰內(nèi)繼續(xù)吸泥至-10.00m高程。（2）灌注封底混凝土。

步驟七（圖7）：圍堰內(nèi)抽水，抽水過程中，安裝圍堰牛腿。

步驟八（圖8）：（1）拆除吊掛系統(tǒng)，割除鋼護(hù)筒，鑿出樁頭。（2）綁扎承臺鋼筋，澆筑承臺混凝土。

步驟九（圖9）：（1）承臺混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在承臺與鋼板樁之間設(shè)置間距800mm的木撐。（2）向圍堰內(nèi)灌水至圍堰內(nèi)水位到-2.0m。

步驟十（圖10）：綁扎墩身鋼筋。

步驟十一（圖11）：澆筑墩身混凝土。

步驟十二：鋼板樁拆除。

5 施工要求

5.1 施工準(zhǔn)備

5.1.1 圍堰組件準(zhǔn)備工作

在陸地上的加工場地加工制作圍堰組件，同時(shí)在相應(yīng)的鋼護(hù)筒上安裝圍堰組裝平臺與吊掛系統(tǒng)。

5.1.2 內(nèi)支撐準(zhǔn)備工作

（1）在組裝平臺上放樣出圍堰圍囹的內(nèi)邊線。（2）根據(jù)圍堰布置圖，確定好圍堰的位置。

5.1.3 吊掛準(zhǔn)備工作

（1）準(zhǔn)備千斤頂與PSB830精軋螺紋鋼筋。（2）在鋼護(hù)筒上安裝吊掛支撐牛腿。

5.1.4 安全、技術(shù)準(zhǔn)備工作

認(rèn)真檢查組裝平臺與吊掛系統(tǒng)平臺牛腿焊接質(zhì)量。應(yīng)保證其固定牢靠。

圍堰內(nèi)支撐與鋼板樁使用前必須對其進(jìn)行試驗(yàn)和檢查，以確保圍堰施工安全，穩(wěn)靠。具體工作如下：

（1）新鋼板樁驗(yàn)收時(shí)應(yīng)具有出廠合格證，機(jī)械性能和尺寸應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。經(jīng)整修或焊接后的鋼板樁應(yīng)采用同類型的鋼板樁作鎖口通過試驗(yàn)檢查。驗(yàn)收或整修后的鋼板樁應(yīng)分類、編號、登記存放。鎖口內(nèi)不得積水。（2）凡鋼板樁有彎曲、破損、鎖口不合的均需要糾正變形，使尺寸正確，鎖口平滑無折彎。即：鎖口平滑的標(biāo)準(zhǔn)是以一塊3m長鋼板樁來套每根鋼板樁，順利通過視為滿足要求。（3）鋼板樁上除吊點(diǎn)以外的其他洞眼須用鋼板補(bǔ)焊牢固。（4）鋼板樁長度不夠時(shí)，可用同類型的鋼板樁等強(qiáng)度焊接接長，焊接時(shí)先對焊或?qū)⒔涌谘a(bǔ)焊合縫，再焊加固板，鋼板樁相鄰接頭應(yīng)上下錯開不小于2m。（5）鋼板樁堆存、搬運(yùn)、起吊時(shí)，不得損壞鎖口和由于自重而引起殘余變形。（6）所有圍堰組件在使用前檢查所有焊接部位是否滿足要求。

5.1.5 生產(chǎn)調(diào)度準(zhǔn)備工作

組織好各工序的施工，使整個圍堰施工過程安全順利快速完成。

5.2 內(nèi)支撐施工

在岸上加工場地加工制作圍堰內(nèi)支撐組件，然后外圈18根鋼護(hù)筒上設(shè)置內(nèi)支撐組裝平臺與吊掛系統(tǒng)。利用組裝平臺組裝兩層內(nèi)支撐。然后利用吊掛系統(tǒng)將兩層內(nèi)支撐一起下放至第一層內(nèi)支撐設(shè)計(jì)高程處。待鋼板樁插打完成吸泥至-2.0m后再將第二層內(nèi)支撐下放至設(shè)計(jì)高程（圖12）。

承臺圍堰采用鋼板樁+內(nèi)支撐形式，鋼板樁采用樁長24m的PU400×170鋼板樁。內(nèi)支撐圈梁設(shè)計(jì)為H800×400（2H800×400）型鋼+φ630×8（φ800×10）管樁，鋼圍堰布置及施工步驟圖詳見圖13。

5.3 鋼板樁插打

在圍堰組裝平臺上安裝導(dǎo)向框與圍堰圍囹一起形成兩層導(dǎo)向裝置，逐根插打鋼板樁至設(shè)計(jì)高程（-17.50m），圍堰吸泥至-2.0m，并將第二層內(nèi)支撐下放到設(shè)計(jì)位置（-1.0m）。

具體工作如下：

（1）先由測量人員定出鋼板樁圍堰的軸線，在組裝平臺上設(shè)置導(dǎo)向框與內(nèi)支撐一起做為導(dǎo)向插打鋼板樁。（2）送樁：120t履帶吊機(jī)配合振動錘吊起鋼板樁，人工扶正就位。（3）利用導(dǎo)向框逐根插打鋼板樁至樁底高程-17.50m，并合龍。樁頂高程+6.5m，鋼板樁單樁長度24m。（4）開始插打的幾根或幾組鋼板樁，應(yīng)檢查其平面位置和垂直度。當(dāng)發(fā)現(xiàn)傾斜時(shí)，應(yīng)立即進(jìn)行糾正。（5）當(dāng)?shù)鯓镀鹬卦O(shè)備高度不夠時(shí)，可改變吊點(diǎn)位置，但不低于樁頂以下1/3樁長。（6）插打鋼板樁前應(yīng)在鎖口處，涂抹黃油，以便鎖口滑潤易插。（7）插樁順序從上游開始分兩頭向下游方向合龍。（8）鋼板樁最后合攏時(shí)，插合攏口鋼板樁時(shí)可能會出現(xiàn)兩種情況：

（1）尺寸調(diào)整不過來。可考慮做一塊楔形（或異形）鋼板樁來調(diào)正合攏。（2）鋼板樁尺寸合適，但插下后兩邊鎖口阻力太大，插不到底。此種情況可用倒鏈滑車輔助下拉或?qū)⑾噜彽膸赘摪鍢栋纹?，重新插打?/p>

鋼板樁插打根據(jù)與主棧橋、分支棧橋距離關(guān)系，分Ⅰ、Ⅱ區(qū)，Ⅰ區(qū)在主棧橋上插打鋼板樁，Ⅱ區(qū)在支棧橋上插打鋼板樁（圖14）。

5.4 鋼板樁施工中遇到的問題及處理

鋼板樁打拔施工中常遇到一些難題，常采用如下幾點(diǎn)辦法解決：

（1）插打鋼板樁過程中有時(shí)遇上大的塊石或其它不明障礙物，導(dǎo)致鋼板樁打入深度不夠，采用轉(zhuǎn)角樁或弧形樁繞過障礙物。（2）鋼板樁雜填土地段擠進(jìn)過程中受到石塊等側(cè)向擠壓作用力大小不同容易發(fā)生偏斜，采取以下措施進(jìn)行糾偏：在發(fā)生偏斜位置將鋼板樁往上拔l.0m～2.0m，再往下錘進(jìn)，如此上下往復(fù)振拔數(shù)次，可使大的塊石被振碎或使其發(fā)生位移，讓鋼板樁的位置得到糾正，減少鋼板樁的傾斜度。（3）鋼板樁沿軸線傾斜度較大時(shí)，采用異形樁來糾正，異形樁一般為上寬下窄或?qū)挾葹榉菢?biāo)準(zhǔn)寬度的鋼板樁，異形樁可根據(jù)據(jù)實(shí)際傾斜度進(jìn)行焊接加工，其上下寬度之差不得超過樁長的2%；傾斜度較小時(shí)也可以用卷揚(yáng)機(jī)、葫蘆和鋼索將樁反向拉住再錘擊。（4）在基礎(chǔ)較軟處，有時(shí)發(fā)生將鄰樁帶入現(xiàn)象，采用的措施是把相鄰的數(shù)根樁焊接在一起，并且在樁的連接鎖口上涂黃油等潤滑濟(jì)以減少阻力。

6 注意事項(xiàng)

6.1 內(nèi)支撐施工時(shí)需要注意

（1）第一層與第二層內(nèi)支撐吊掛系統(tǒng)分開設(shè)置，第二層內(nèi)支撐設(shè)置6個吊點(diǎn)，第一層內(nèi)支撐設(shè)置4個吊點(diǎn)；（2）牛腿兩側(cè)采用型鋼焊接操作平臺，用于內(nèi)支撐吊掛系統(tǒng)操作；（3）上導(dǎo)向框內(nèi)外側(cè)邊框采用I14連接固定，為減少焊接工作量，其中每隔4.5m連接件采用焊接，其余可采用U型螺栓連接固定牢固；（4）外圈18根鋼護(hù)筒全部設(shè)置鋼牛腿，第一層內(nèi)支撐設(shè)置4個下放系統(tǒng)，第二層內(nèi)支撐設(shè)置6個下放系統(tǒng)，組裝平臺18根鋼護(hù)筒牛腿后期兼做上導(dǎo)向框；（5）用于下放系統(tǒng)的鋼牛腿可根據(jù)現(xiàn)場材料采用2[20a或2I14以上工鋼，鋼牛腿與鋼護(hù)筒連接處切肢焊接，同時(shí)兩側(cè)采用加勁板補(bǔ)強(qiáng)。（6）內(nèi)支撐組裝時(shí)注意控制內(nèi)支撐內(nèi)外邊線，需考慮內(nèi)邊線，防止承臺施工時(shí)模板拆除受到影響；控制外邊線，防止鋼板樁插打合攏存在缺口。

6.2 鋼板樁施工中的注意事項(xiàng)

（1）振動打樁錘是鋼板樁插打的主要設(shè)備之一，選擇合適的打樁錘是保證鋼板樁順利插打至設(shè)計(jì)標(biāo)高的關(guān)鍵，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)情況進(jìn)行選用。（2）打樁前應(yīng)詳細(xì)了解現(xiàn)場的工程地質(zhì)情況，同時(shí)做好設(shè)備的檢查工作，防止打樁過程中出現(xiàn)事故而使施工中斷，引起間歇后沉樁阻力增大，導(dǎo)致鋼板樁打不到設(shè)計(jì)標(biāo)高。（3）打樁過程中應(yīng)經(jīng)常檢查樁身的垂直度，出現(xiàn)貫入度反常、樁身傾斜、偏位等異常情況時(shí)，如樁身垂直度偏差超過1%時(shí)，應(yīng)找出原因并停止打樁，待查明原因并進(jìn)行必要的處理后，方可繼續(xù)進(jìn)行施工。（4）在插打過程中定時(shí)檢測鋼板樁的平面偏移和鋼板樁的垂直度。（5）停止打樁條件以樁底標(biāo)高和貫入度兩項(xiàng)指標(biāo)同時(shí)進(jìn)行控制。（6）鋼板樁插打的精度要求：樁頂高程允許偏差±100mm，軸線偏差±50mm，垂直度偏差1%。

7 監(jiān)測

在完成鋼板樁施工后，就要進(jìn)行吸泥施工。在進(jìn)行吸泥、支撐及承臺的施工過程中，應(yīng)實(shí)時(shí)的檢測支撐系統(tǒng)。主要監(jiān)測的內(nèi)容有四部分，分別是支撐的變形、鋼板樁的變形、基坑內(nèi)流動水量和圍堰的位移。