京杭運河特大橋超大承臺支護與施工技術(shù)

徐民軍

（中鐵二十四局集團南昌建設(shè)有限公司，江西 南昌 330000）

寧杭客運專線鐵路京杭運河特大橋523、524#墩處設(shè)84＋152＋84m連續(xù)剛構(gòu)以約33°的夾角跨越京杭運河，該處河道為Ⅲ級航道，凈寬約60m，墩位處水深2.6～3.5m。兩主墩橋墩基礎(chǔ)由16根φ2.5m鉆孔樁組成（樁徑2.5m,樁長分別為51.5、62.5m），一級矩形結(jié)構(gòu)超大承臺（23.2×19.3×5.0m）。橋墩位于較差地質(zhì)條件地段，其中523#墩河床以下0～12.5m范圍為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，σ0=60Kpa，12.5～26.2m 為粉質(zhì)粘土，σ0=120Kpa；524#河床以下0～10.3m為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，σ0=60Kpa，10.3～13.2m 為粉質(zhì)粘土，σ0=120Kpa；13.2～27.3m為粉質(zhì)粘土，σ0=180Kpa。

1 支護方案

1.1 方案比選

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，方案比選主要集中在沉井、鋼套箱與鋼板樁圍堰方案之間進行?？紤]到沉井及鋼套箱的制作場地要求高、需配置大型浮運設(shè)備，一次性投入大且不易回收等不利因素，而鋼板樁圍堰具有多方面優(yōu)越性，如占用場地小，配置設(shè)備要求低，利于機械清淤，可同時多套投入、多次周轉(zhuǎn)，打設(shè)速度快且比較經(jīng)濟，鋼板樁打拔方便、安全等。因此擬選用鋼板樁圍堰組織進行施工。一般來說，鋼板樁圍堰是深水基礎(chǔ)、基坑支護有效的施工方法，且施工比較簡單，結(jié)構(gòu)受力明確。鋼板樁圍堰適用條件鋼板樁圍堰適用于水深4m以上，河床覆蓋層較厚的砂類土、碎石土和半干性粘土，風(fēng)化巖層等基礎(chǔ)工程。根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)與水文情況，經(jīng)方案比選，決定承臺開挖采用鋼板樁圍堰支護方案。

1.2 方案設(shè)計

鋼板樁圍堰由單層鋼板樁和雙層圍囹(為型鋼、大直徑鋼管組成的圍囹、內(nèi)撐梁等)組成，圍囹分別安放在設(shè)計標高位置處，焊接在鋼板樁上，內(nèi)撐梁兩端與圍囹相撐住，以加大圍堰抵抗土側(cè)壓力的能力；圍堰平面為矩形，其內(nèi)口尺寸為21.6×25.2m，京杭運河目前常水位標高為1.54m，考慮汛期和臺風(fēng)季節(jié)的影響，考慮施工水位，鋼板樁高出水面2.0m左右；鋼板樁采用拉森-Ⅵ型鋼板樁，支撐體系采剛性對撐結(jié)構(gòu)，材料為400×400×10×12mmH型鋼和為800×10mm鋼管。方案經(jīng)檢算滿足施工要求，具體如圖1所示。

2 圍堰施工

2.1 施工方法

支護內(nèi)土體配備2臺抓土機進行開挖，對于底部淤泥土層則采用高壓水槍配合2臺泥漿泵除土開挖，鋼板樁采用打拔樁機施工。打拔樁機為50t履帶吊加液壓高頻振動錘改裝而成，可打樁長度為21、18m。其他附屬設(shè)備還包括振搗棒、電焊機、3臺混凝土罐車、4臺翻斗車及2臺污水泵等，由現(xiàn)場統(tǒng)一組織。

圖1 鋼板樁圍囹支護方案圖

2.2 工藝流程

鋼板樁圍堰施工前，根據(jù)施工圖紙，結(jié)合現(xiàn)場水位調(diào)查，考慮到航道汛期的沖刷、地下水位等情況，綜合擬定本承臺鋼板樁圍堰工藝流程，具體如圖2所示。

2.3 鋼板樁施工

a.插打鋼板樁:鋼板樁插打利用鉆孔平臺作為導(dǎo)向定位框架。并打入4根定位樁固定形成外導(dǎo)向框；將倒鏈滑車固定在鉆孔平臺上，下放內(nèi)支撐就位并防止內(nèi)支撐在水平方向上移動，固定后的內(nèi)支撐即可兼作內(nèi)導(dǎo)向框，然后在導(dǎo)向框內(nèi)插打鋼板樁。b.堵漏抽水:鋼板樁合攏后，在其外側(cè)圍1圈彩條布，在布的下端綁扎鋼管沉入河床，并用砂袋壓住，同時在板樁內(nèi)側(cè)鎖口不密的漏水處用棉紗嵌塞。c.挖吸泥、封底:在水抽干后，即可人工配合機械挖泥，或采用高壓水槍配合砂石泵吸泥至設(shè)計標高，澆筑水下混凝土封閉基底，進行承臺施工。d.拔除鋼圍堰:墩臺施工完畢后，逐步拔除鋼圍堰，使用設(shè)備與打設(shè)時相同，拔樁從下游開始，間隔進行，這樣能夠使鋼板樁在無磨阻力情況下拔除。

2.4 圍囹內(nèi)支撐施工

鋼板樁圍堰內(nèi)支撐用H型鋼及雙拼H型鋼做圍囹，用H型鋼、雙拼H型鋼、Φ800mm鋼管做內(nèi)支撐。由于每根圍囹與支撐桿件重量較重，施工時采用50t履帶吊配合吊裝。嚴格按照內(nèi)支撐設(shè)計方案中施工順序施工，施工順序為:安裝樁頂圍囹→抽水堵漏→第一道內(nèi)支撐→吸泥→安裝第二道內(nèi)支撐→吸泥→安裝第三道內(nèi)支撐→吸泥→安裝臨時內(nèi)支撐→吸泥至封底標高→水下混凝土封底→抽水堵漏→破樁頭、超聲波檢測→拆除臨時支撐→施工第一次承臺→將第三層內(nèi)支撐轉(zhuǎn)移到承臺→施工第二次承臺。工藝要求如下:在樁頂圍囹、第一層支撐位置的鋼板樁上焊接牛腿，焊縫必須符合鋼結(jié)構(gòu)施工要求，布置間距為3.0m。在焊接好的牛腿上安放鋼圍囹，鋼圍囹與鋼板樁頂牢，并每隔3m與鋼板樁焊接。根據(jù)方案，利用履帶吊安裝第一層內(nèi)支撐。內(nèi)支撐安裝好之后才能進行清淤、吸泥工作。清淤、吸泥至第三層支撐以下，切割鋼護筒、鑿除樁頭。時支撐施工完之后，清淤、吸泥至臨時支撐以下，切割鋼護筒、鑿除樁頭。仍然采用邊降水邊支撐的施工方案，按照第一、第二層支撐安裝施工工藝先進入臨時內(nèi)支撐施工，然后進入清底和封底施工。在安裝內(nèi)支撐同時，設(shè)置上下爬梯，方便人員上下，且爬梯必須安全牢靠。

2.5 吸泥與封底

圖2 鋼板樁圍堰施工工藝流程圖

鋼圍堰頂圍囹施工完之后，在平臺輔道安裝一臺5噸位的抓土機，利用抓土機抓挖圍堰內(nèi)土。在抓斗抓挖時必須注意兩個問題:①應(yīng)不斷檢查圍堰外河床的標高，避免圍堰內(nèi)部抓挖深度過大，導(dǎo)致河床滑動，以致影響圍堰的穩(wěn)定安全。②圍堰內(nèi)挖土必須嚴格遵循開挖一層內(nèi)支撐加固一層，嚴禁超挖，嚴禁未支撐開挖下層土的原則。圍堰吸泥至封底標高下30cm左右，拋填碎石墊層，潛水員整平墊層面，采用“多導(dǎo)管式全斷面斜坡推進連續(xù)澆筑法”一次封底。圍堰封底采用2m厚C30素混凝土每個導(dǎo)管封底后隨時對基底標高進行復(fù)測，由于水下混凝土面標高測量是估值，故封底混凝土標高最好略低于設(shè)計標高5～10cm。封底施工過程中當(dāng)某一根導(dǎo)管封底完成后在進行其相鄰導(dǎo)管封底時，先測量待封導(dǎo)管底口處的混凝土頂標高，根據(jù)測量結(jié)果重新調(diào)整導(dǎo)管底口的高度。同時，反復(fù)測量要移動的那根導(dǎo)管位置附近混凝土面的標高。

2.6 變形觀測

通過對基坑工程監(jiān)測項目的觀測，以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理與計算，進行預(yù)測和反饋，決定是否需要對支護結(jié)構(gòu)采取保護或加固措施，確保支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全，需要對圍護結(jié)構(gòu)進行觀測。

監(jiān)測方法。目測法進行基坑內(nèi)外情況觀察，用徠卡自動安平水準儀進行鋼板樁沉降，用ZXY－2頻率儀進行橫撐內(nèi)力觀測，全站儀進行坑頂水平位移觀測，用線錘進行坑底水平位移觀測。①利用高精度全站儀對鋼板樁圍護頂水平位移監(jiān)測時，采用極坐標法進行施測。利用起算點坐標和實測的邊長夾角，算出每個待測點的絕對坐標進而求出每個點的變化矢量。②鋼支撐軸力監(jiān)測，用ZXY－2頻率儀頻率計，量測軸力計的頻率值，當(dāng)軸力計受到軸向力時，引起彈性鋼弦的張力變化，改變鋼弦的振動頻率，通過頻率儀測得鋼弦的頻率變化即可測出軸力計受力的大小，通過換算計算出橫撐內(nèi)力的大小。③距基坑底1.0m處鋼板樁圍護水平位移監(jiān)測，在坑頂利用線錘懸吊的方法，測量每次距觀測點的距離，通過數(shù)據(jù)分析，計算變形速率和累計變形值，與預(yù)定目標相比較。若超限則采取加固措施。

監(jiān)測頻率及報警值。鋼板樁圍護頂水平位移監(jiān)測，基坑開挖前觀測初始值，基坑開挖每天觀測1次，承臺施工中2天觀測1次，穩(wěn)定后停止觀測，水平位移極限值0.14%H，達到80%報警。距基坑底1.0m處鋼板樁圍護水平位移監(jiān)測，開挖到臨時支撐開始觀測，每8小時觀測一次，第一次承臺施工完停止觀測，水平位移值達到1.5cm進行報警。

3 承臺施工

3.1 施工方法

破樁處理:水中承臺待封底混凝土強度滿足要求后，把圍堰內(nèi)水抽干后進行突擊破樁工作，破樁采用風(fēng)動鑿巖機進行，并保留樁頭的最后10～20cm用人工破除，破樁的同時清除高出承臺面的封底混凝土。模板加工:承臺模板使用竹膠板或組合鋼模，并用斷面 8×10（10×15）cm 方木或φ48mm鋼管作豎、橫肋，一般豎肋間距30～40cm，橫肋間距50～80cm，支撐在坑壁四周，一般每米一道。鋼筋綁扎:承臺鋼筋采用加工場預(yù)制的半成品，現(xiàn)場綁扎成型。鋼筋保護層使用同級別混凝土預(yù)制墊塊。特別注意樁身鋼筋和承臺鋼筋的焊接，必須綁扎好墩身鋼筋或墩身接茬筋，及接地鋼筋焊接?；炷翝仓?承臺厚度5m，采用兩次次澆筑的方法，第一次澆注到距第三道內(nèi)支撐0.5m處，待混凝土強度達到80%后，將第三道內(nèi)支撐轉(zhuǎn)移到承臺上后，拆除第三道支撐澆注第二次混凝土。承臺混凝土采用混凝土輸送車直接運入輔道，然后用2臺天泵送入模的方式。基坑回填:承臺混凝土澆筑完畢并達到拆模條件時應(yīng)及時拆模并進行基坑回填，基坑回填采用人工回填夯實的施工方法，回填高度以低于承臺頂面10cm為宜，待墩身混凝土施工露出地面線后再將整個基坑回填。

3.2 溫度控制

523、524#墩底超大承臺屬于大體積混凝土施工,澆筑時需要進行溫度控制。方法是采用設(shè)置冷卻管法降低混凝土內(nèi)部溫度，每層循環(huán)冷卻水管被灌注的混凝土覆蓋前，即安排在該層循環(huán)冷卻水管內(nèi)通水。冷卻水管采用φ50mm，壁厚2mm。5m厚承臺布置4層，層間距0.75m+1m+1m+1m+1.25m。每層冷卻管平面成“弓”字型直線布設(shè)。間隔1.0m布置。最外排的冷卻管與混凝土邊緣的距離按110cm～130cm布置。承臺開始澆注前，冷卻水管就通水循環(huán)，以免阻塞，影響冷卻效果。為預(yù)防裂縫的產(chǎn)生，混凝土及時采用保濕蓄熱法養(yǎng)護，即在構(gòu)件四周及表面覆蓋帆布或草袋，用冷卻管流出的水進行養(yǎng)護。同時通過調(diào)節(jié)冷卻水管進出水流量和流速，可有效地提高混凝土內(nèi)部降溫效率，控制溫差，縮短混凝土養(yǎng)護時間。構(gòu)件冷卻水管停止循環(huán)水冷卻后，先用空壓機將水管內(nèi)殘余水壓出，并吹干冷卻水管，然后用壓漿機向水管壓注水泥漿，以封閉管路。

4 結(jié)語

從京杭運河特大橋超大承臺基礎(chǔ)施工圍堰所采用的方案及效果來看，鋼板樁圍堰具有施工方便、安全可靠等優(yōu)點，具有較好的操作性?；炷两Y(jié)構(gòu)內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管和測溫點，通過冷卻水循環(huán)，降低混凝土內(nèi)部溫度，同時控制混凝土的入模溫度，降低混凝土的拌合溫度等。澆筑過程中全斷面連續(xù)薄層（每層30cm左右）澆灌，一次成型。另外，還要加強保溫、保濕養(yǎng)護，延緩降溫速率，防止混凝土表面干裂。

[1]宣有金，孫鵬飛.臨洪河特大橋承臺鋼板樁圍堰設(shè)計和施工[J].中國高新技術(shù)企業(yè).

[2]郭廣銀.珠江黃浦大橋南汊橋南塔大型超深承臺鋼板樁圍堰施工[J].廣東公路交通.