高鐵橋梁臨水深基坑鋼板樁圍堰設(shè)計與施工

傅小能

中鐵二十四局 安徽 合肥 230000

1 工程概況

連徐高鐵跨老沂河連續(xù)梁位于江蘇省邳州市，橋址于DK110+977.535處跨老沂河，橋梁中心線與航道中心線交角為115°，老沂河水面寬度80米，采用（40+72+40）m連續(xù)梁跨越。老沂河目前水位22.91m，施工水位23.00m，施工時需采用素土填筑作業(yè)平臺，待樁基施工完成后632#墩進(jìn)行鋼板樁施工，鋼板樁頂標(biāo)高24m。

圖1 老沂河大橋立面圖

2 施工準(zhǔn)備

跨老沂河（40+72+40）m連續(xù)梁主墩632#墩位于老沂河河道中，施工時需采用素土填筑作業(yè)平臺，待樁基施工完成后進(jìn)行承臺施工[2]。施工平臺如下圖所示：

圖2 老沂河連續(xù)梁632#主墩作業(yè)平臺

3 24m鋼板樁圍堰設(shè)計

632#墩為老沂河連續(xù)梁主墩基坑，在施工鋼板樁前需按2倍的基坑深度進(jìn)行降坡降至24米標(biāo)高位置，完成降坡后進(jìn)行鋼板樁施工。在樁基施工完成后進(jìn)行鋼板樁施工，鋼板樁采用拉森IV型，樁長24m，由于運(yùn)輸與吊裝等場地限制，本鋼板樁使用15m鋼板樁與9m鋼板樁進(jìn)行焊接插打，先插打15m鋼板樁，打至鋼板樁露出原地面50cm時，焊接9m鋼板樁繼續(xù)插打。根據(jù)現(xiàn)場的試打情況，最終采用TZJ200型大功率振動錘進(jìn)行鋼板樁施工。圍堰尺寸15.4*21.8m，共需設(shè)置5道圍檁及支撐（第5道臨時圍檁在封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%后拆除），圍檁采用雙拼HW400*400型鋼，所有內(nèi)撐均采用φ530*9鋼管。開挖深度為14.49m。

圖3 632#墩基坑開挖支護(hù)順橋向斷面圖

圖4 632#墩圍檁和內(nèi)撐布置圖

具體施工程序：

工況1：施打24m鋼板樁，基坑開挖深度1m，安裝焊接第一道牛腿、圍檁（雙拼HW400*400）、內(nèi)撐（包括內(nèi)撐和斜撐，φ530*9螺旋焊接鋼管）。

工況2：基坑開挖深度3.5m，焊接安裝第二道牛腿、圍檁（雙拼HW400*400）、內(nèi)撐（包括內(nèi)撐和斜撐，φ530*9螺旋焊接鋼管）

工況3：基坑開挖深度6m，焊接安裝第三道牛腿、圍檁（雙拼HW400*400）、內(nèi)撐（包括內(nèi)撐和斜撐，φ530*9螺旋焊接鋼管）

工況4：基坑開挖深度8.5m，焊接安裝第四道牛腿、圍檁（雙拼HW400*400）、內(nèi)撐（包括內(nèi)撐和斜撐，φ530*9螺旋焊接鋼管）

工況5：基坑開挖深度11.5m，焊接安裝第五道牛腿、圍檁（雙拼HW400*400）、內(nèi)撐（包括內(nèi)撐和斜撐，φ530*9螺旋焊接鋼管）

工況6：基坑開挖至設(shè)計標(biāo)高10.32m，澆筑1m厚C20混凝土墊層。

工況7：混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，拆除第五道內(nèi)撐的橫撐，進(jìn)行一級承臺的制作，一級承臺制作完成后，回填中砂至承臺頂標(biāo)高。

工況8：拆除四道內(nèi)撐的對撐，進(jìn)行二級承臺的制作?；靥钪猩爸炼壋信_頂標(biāo)高；拆除第一道和第二道各自的對撐，進(jìn)行后續(xù)的墩身施工，待墩身施工完成后依次從下到上拆除內(nèi)撐和圍檁[3]。

采用理正深基坑計算軟件進(jìn)行建模計算，基坑邊超載為10Kpa，經(jīng)計算，整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks＝2.526＞1.35；抗傾覆穩(wěn)定性驗算最小安全系數(shù)Kt＝1.255＞1.250；抗隆起驗算系數(shù)Ks＝8.086＞1.800；流土穩(wěn)定性驗算系數(shù)K＝2.326＞1.60；突涌穩(wěn)定性驗算K＝1.242＞1.10；嵌固段基坑內(nèi)側(cè)土反力驗算工況8：Ps＝2026.9KN≤Ep＝2598.7KN；鋼板樁內(nèi)力以工況8拆除最下面一道撐為控制情況，鋼板樁位移及內(nèi)力包絡(luò)圖如圖5所示，鋼板樁最大應(yīng)力為97Mpa＜f＝215.000MPa。綜上所述，鋼板樁圍堰的各項指標(biāo)均滿足規(guī)范相關(guān)要求。

圖5 632#墩鋼板樁位移內(nèi)力包絡(luò)圖

4 24m鋼板樁圍堰施工

4.1 場地平整

鋼板樁施工前，先將樁基施工平臺場地進(jìn)行平整，平整后插打鋼板樁。

4.2 鋼板樁的定位與施打

（1）鋼板樁施工前準(zhǔn)備

鋼板樁進(jìn)場前先進(jìn)行對鋼板樁質(zhì)量進(jìn)行檢查，如出現(xiàn)鋼板樁變形過大、斷裂的及時清理，對于鋼板樁表面灰塵，泥土等，用抹布擦拭干凈。

（2）鋼板樁定位

① 基線確定：測量員定出軸線，留出以后施工需要的工作面，確定鋼板樁施工位置。② 定樁位。按順序標(biāo)明鋼板樁的具體樁位，灑灰線標(biāo)明。

（3） 鋼板樁施打

在鋼板樁施工中，為保證沉樁軸線位置的正確和樁的豎直，控制鋼板樁的打入精度，防止鋼板樁的彎曲變形和提高樁的貫入能力，設(shè)置一定剛度的、堅固的導(dǎo)向架，亦稱“施工圍檁”。導(dǎo)向架采用單層雙面形式，雙面圍檁之間的間距略比板樁墻厚度大8～15mm。鋼板樁施打時利用內(nèi)支撐作導(dǎo)向架，順著導(dǎo)向架逐片插打鋼板樁直到合攏。

4.3 鋼板樁圍堰的合攏

鋼板樁圍堰合攏段選在承臺短邊側(cè)面。鋼板樁施打時，由于鋼板樁制作本身的誤差、打樁時的偏差、施工條件的限制，使圍堰的實際長度無法保證按鋼板樁標(biāo)準(zhǔn)寬度的整數(shù)倍，故此鋼板樁圍堰轉(zhuǎn)角及最終封閉合攏有相當(dāng)難度。

轉(zhuǎn)角處合攏：采用異形鋼板樁來閉合或通過調(diào)整圍堰軸線用標(biāo)準(zhǔn)樁實現(xiàn)閉合，到剩下最后20片時鋼板樁時，要先插后打；若合攏有誤，用倒鏈或滑車組對拉，使之合攏；合攏后，再逐根打到設(shè)計深度，使鋼板樁圍堰合攏。

若通過調(diào)整仍無法對口合攏時，施工轉(zhuǎn)角處時可使用定型角樁，在不能施工角樁時，現(xiàn)場根據(jù)實際尺寸，用2根鋼板樁焊接拼裝成1根角樁進(jìn)行施打。角樁焊接必須牢固、密封[4]。

4.4 內(nèi)支撐的安裝

（1） 內(nèi)支撐包括圍檁、斜撐、托架及對撐等內(nèi)容。

（2）基坑土方開挖過程中同時進(jìn)行內(nèi)支撐的安裝，以防土壓力、水壓力過大影響基坑內(nèi)的施工安全。

（3）內(nèi)支撐自上而下的設(shè)置，嚴(yán)格遵守“先支撐，后開挖”的原則。

（4）圍檁采用雙拼HW400*400型鋼。圍檁安裝在托架牛腿上，圍檁與鋼板樁的間隙用鋼板填塞密實，托架牛腿用[16a槽鋼加工，每2米設(shè)置一道，焊接在鋼板樁上。焊接前先將牛腿位置的土方人工開挖，開挖好以后焊接。

（5）斜撐使用Φ530*10mm的螺旋鋼管，各道支撐與圍檁之間采用焊接連接。安裝及時到位，隨挖隨撐，及時安裝斜撐。若支撐桿未貼靠在與圍檁上，需加墊鋼板處理，使圍檁上的力傳到支撐上，以起到支撐的作用。支撐與圍檁的材料、制作、焊接必須嚴(yán)格按要求施工。

4.5 基坑開挖及堵漏

基坑開挖根據(jù)基坑現(xiàn)場條件，基坑先采用9m長臂挖掘機(jī)開挖，待挖到8m左右時，吊入小挖掘機(jī)至基坑內(nèi)挖土、裝土至自制鐵皮料斗，吊車配合起吊運(yùn)至基坑外。施工中挖至設(shè)計圍檁深度處下約1m，施作圍檁，圍檁及內(nèi)支撐施作完成驗收合格后，繼續(xù)下挖，以此類推挖至坑底[5]。

基坑開挖過程中，可清楚觀察到圍堰擋水止水效果，基坑內(nèi)沒有出現(xiàn)滲漏、管涌等現(xiàn)象，說明鋼板樁圍堰是成功的。局部滲水采用鋸末、煤灰、棉絮等進(jìn)行止水，并根據(jù)滲水量設(shè)置抽水機(jī)，每隔一段時間進(jìn)行抽水，保證不積水。

4.6 水下封底混凝土施工

采用C20混凝土進(jìn)行鋼圍堰封底，封底厚度1m，設(shè)計方量為379m3，混凝土的緩凝時間要在16小時以上，坍落度≥220mm?；炷敛捎?臺120型拌和機(jī)拌和，5臺12m3混凝土罐車運(yùn)輸混凝土。

沿圍堰四周每隔3m設(shè)置一根半徑為30cm的導(dǎo)管，每根導(dǎo)管配一個料斗，料斗的容量滿足首灌混凝土數(shù)量的要求，首灌要求導(dǎo)管埋深≥65cm。由左側(cè)向右側(cè)水平澆筑混凝土，灌筑的時候?qū)炷恋母叱套兓瘧?yīng)及時測量，根據(jù)斷面圖及時調(diào)整灌注的位置和方量，防止超灌和欠灌。

4.7 基坑監(jiān)測

根據(jù)《建筑深基坑工程施工安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ311-2013）及《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011的規(guī)定基坑監(jiān)測按照一級基坑執(zhí)行。

鋼板樁插打過程中，采用測錘觀測的方式觀測鋼板樁插打的垂直度。深基坑支護(hù)完成后采用全站儀對基坑水平位移進(jìn)行測量并記錄，采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行鋼板樁支護(hù)基坑的沉降觀測并記錄[6]。

4.8 鋼板樁圍堰拆除

鋼板樁圍堰拆除步驟：承臺施工完成→回填中砂至最下一道圍檁下→支撐及圍檁拆除→回填中砂至第二道圍檁下→支撐及圍檁拆除。

（1）承臺及基坑范圍內(nèi)墩身施工完畢基坑回填完成后進(jìn)行鋼板樁的拔除。

（2）采用機(jī)械手拔樁。利用機(jī)械手產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動，擾動土質(zhì)，破壞鋼板樁周圍土的黏聚力，依靠附加起吊力的作用將樁拔除。

（3）拔樁起點(diǎn)和順序：拔樁起點(diǎn)應(yīng)離開角樁5根以上。根據(jù)沉樁時的情況確定拔樁起點(diǎn)，必要時也可用跳拔的方法。拔樁的順序與打樁時相反。

（4）振打與振拔：拔樁時，可先用機(jī)械手將板樁鎖口活動以減小粘附，然后邊振邊拔。對較難拔除的鋼板樁可先用機(jī)械手將樁振下100～300mm，交替振打、振拔[7]。

5 結(jié)束語

該工程采用了拉森IV鋼板樁圍堰，圍堰平面尺寸為15.4*21.8m，鋼板樁單根長度為24m，施工技術(shù)難度大，通過有效的工況分析，采用合理的施工方法，即可保證施工安全又可提高施工效率，同時對河道的安全和水體環(huán)保起到重要保護(hù)，具有較好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，可以為同類型工程施工提供借鑒并具有一定的指導(dǎo)意義。