堅硬河床插打圍堰鋼板樁增設(shè)砼圈梁配重止水施工技術(shù)

金龍

摘要：本文結(jié)合龍游縣鳳翔洲景觀云橋工程實(shí)例，詳盡的論述了在堅硬河床地質(zhì)條件下，插打鎖口鋼板樁圍堰遇到的問題，成功的運(yùn)用在河床上制做圈梁配合鋼板樁施工技術(shù)解決插打鋼板樁困難等系列問題。并將該施工技術(shù)的特點(diǎn)、適用范圍、工藝原理、施工工藝流程及操作要點(diǎn)等內(nèi)容做了詳盡的敘述。該技術(shù)施工進(jìn)度快，防水效果好，質(zhì)量高，安全可靠。

Abstract： This paper combines the example of Fengxiangzhou landscape Yunqiao project in Longyou County， and discusses the problems encountered in the consolidation of steel sheet pile cofferdam under the geological conditions of hard riverbed in detail， and successfully applied ring beam and steel sheet pile construction technology on riverbed to solve the series of problems such as difficulty in inserting steel sheet piles. The characteristics， application scope， process principle， construction process flow and operation points of the construction technology are described in detail. The technology has fast construction progress， good waterproof effect and high quality， and it is safe and reliable.

關(guān)鍵詞：堅硬河床;插打鋼板樁;河床澆筑圈梁;施工技術(shù)

Key words： hard riverbed;inserted steel sheet pile;river bed pouring ring beam;construction technology

中圖分類號：TV52 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）10-0086-05

0 ?引言

中鐵九局六公司承建的龍游縣鳳翔洲景觀云橋工程，橋梁總長1935.01m，樁基共計190根，橋臺與承臺共計57個。其中水中鉆孔樁133根，水中承臺20個，采用筑島圍堰法施工，基坑開挖采用鋼板樁圍堰進(jìn)行支護(hù)，鋼板樁型號為拉森Ⅳ型。當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況為素填土+卵石層+中風(fēng)化砂巖，原方案設(shè)計鋼板樁插入巖層1.5m，但實(shí)際施工時鋼板樁插入深度無法滿足設(shè)計深度要求，引孔作業(yè)亦效果不理想，故改變施工思路，采用增加砼圈梁配重止水的新型鋼板樁圍堰施工工藝，有效解決了鋼板樁插打的深度問題，降低了施工難度，打破了既往“鋼板樁不插打至基坑底面一定深度，就保證不了基坑施工安全”的慣性思維。與以往鋼板樁圍堰施工工藝相比，增加砼圈梁配重止水的新型鋼板樁圍堰施工工藝在堅硬河床地質(zhì)條件下適用性較好，具有施工簡便、操作性強(qiáng)，進(jìn)度快，安全性高的特點(diǎn)。

1 ?工法特點(diǎn)

①適用于堅硬河床地質(zhì)條件下的鋼板樁圍堰施工。②砼圈梁起到鋼板樁內(nèi)側(cè)配重作用，鋼板樁圍堰與砼圈梁相結(jié)合的支撐形式安全可靠，防止傾覆危險。③砼圈梁起到鋼板樁根部止水的效果，且鋼板樁圍堰止水效果好，滿足施工需要。④無需引孔作業(yè)，施工速度快，無需插入堅硬巖層。⑤模塊化施工，鋼板樁及支撐構(gòu)件可周轉(zhuǎn)使用，利用率高。

2 ?適用范圍

本工法適用于堅硬河床地質(zhì)條件下的鋼板樁圍堰施工，引孔作業(yè)效果不理想，鋼板樁無法插打至設(shè)計深度。以本工程為例：因地質(zhì)堅硬，鋼板樁插入深度不理想，無法保證基坑施工安全;采用引孔工藝，亦無法鉆進(jìn)設(shè)計深度或達(dá)到設(shè)計深度而鋼板樁仍插打困難;旋挖鉆引孔受卵石層影響，引孔孔位控制不好，且施工速度慢、成本高，部分鋼板樁仍存在插打困難的情況。

相似地質(zhì)條件均可借鑒本工法進(jìn)行施工。

3 ?工藝原理

本工程中采用鋼板樁圍堰與砼圈梁相結(jié)合的施工工藝，改變了過往鋼板樁必須插入基坑底面一定深度，以保證基坑施工安全、防傾覆的思想。采用增加鋼板樁圍堰外擴(kuò)范圍的方式保證澆筑砼圈梁后的基坑工作面;鋼板樁插打至巖層頂面，因巖層地質(zhì)堅硬而無法繼續(xù)插入，此時鋼板樁圍堰與巖層接合結(jié)合不緊密，并未起到入巖封水的作用。待基坑開挖至鋼板樁圍堰底部時，澆筑砼圈梁，此時砼圈梁具有鋼板樁圍堰內(nèi)側(cè)配重，防傾覆的作用，保證了基坑施工安全，同時也達(dá)到了鋼板樁底部止水的效果，彌補(bǔ)了鋼板樁圍堰與巖層接合結(jié)合不緊密的缺點(diǎn)。

4 ?施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

4.2 施工要點(diǎn)

4.2.1 施工準(zhǔn)備

樁基施工完成后平整場地，保證機(jī)械作業(yè)空間和材料運(yùn)輸?shù)缆窌惩?，水中作業(yè)則需筑島施工。對鋼板樁圍堰位置進(jìn)行定位放樣，本工程采用承臺邊外擴(kuò)3m為鋼板樁圍堰位置。若對鋼板樁位置精度要求較高，可事先安裝導(dǎo)向裝置，保證鋼板樁圍堰線型順直。

本工程采用拉森Ⅳ型鋼板樁（圖3），截面特性如表1。

鋼板樁運(yùn)到工地后，需進(jìn)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。

采用DZ-90型振動錘進(jìn)行鋼板樁插打作業(yè)，在插打前進(jìn)行設(shè)備檢查，確保線路暢通，功能正常，夾板咬齒不能有太多磨損。

4.2.2 插打鋼板樁

鋼板樁從圍堰一角開始打入第一根鋼板樁，然后逐步沿順時針或逆時針方向插打，在角樁處合攏。在插打過程中，加強(qiáng)測量工作，發(fā)現(xiàn)傾斜，及時調(diào)整，保證樁身垂直，以減少合攏時角樁拼接量。圍堰四角布設(shè)定位樁及拉設(shè)輪廓線，鋼板樁沿輪廓線插打，每完成3米進(jìn)行測量校正一次，確保線型平順。

由于地下巖層走向并不一致，略有起伏，導(dǎo)致鋼板樁地面露出高度不一致，因此鋼板樁插打深度，以振動錘插打2min而鋼板樁無明顯下沉為合格標(biāo)準(zhǔn)，保證鋼板樁插入巖層表面。在合攏處配置相應(yīng)規(guī)格的異型鋼板樁，異型鋼板樁根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測角度和尺寸切割焊接而成，以確保整個圍堰的密封性。

4.2.3 基坑開挖及圍檁支撐安裝

鋼板樁插打施工結(jié)束后進(jìn)行基坑開挖，本工程基坑開挖采用明挖法施工，土方開挖必須配合圍檁支撐的安裝，分步進(jìn)行，保證基坑施工安全。

以本工程GJ01鋼板樁圍堰為例，基坑深約9m，采用兩道圍檁內(nèi)撐的結(jié)構(gòu)形式加固鋼板樁圍堰。GJ01筑島地面標(biāo)高為41.3m，河道月平均水位為40.2m，鋼板樁露出地面1.7～2m，第一道圍檁設(shè)置在41.0m處，待基坑開挖至40m處時進(jìn)行第一道圍檁內(nèi)撐安裝工序。

首先在基坑內(nèi)的鋼板樁圍堰焊接安裝三角板牛腿，見圖4，牛腿采用20厚鋼板切割成三角形。

圍檁采用H型鋼（400*400），分段吊裝至牛腿上，拼裝焊接形成第一道圍檁，見圖5、圖6。

鋼支撐采用ф609*16鋼管，兩端帶有法蘭盤，見圖7，長度有1m、2m、3m、3.9m、5.2m、6m不等，根據(jù)圍檁尺寸拼接出合適長度的鋼支撐，與活絡(luò)頭配合使用，達(dá)到鋼板樁圍堰內(nèi)部支撐的作用?；罱j(luò)頭有圓管和方管兩種，見圖8。GJ01鋼板樁圍堰鋼支撐形式為“2m+2m+3.9m+5.2m+圓管活絡(luò)頭”，每道圍檁布置3個鋼支撐。因隨著基坑開挖，鋼板樁圍堰會出現(xiàn)相應(yīng)變形，鋼支撐兩端會根據(jù)需要增加鋼板墊塊，彌補(bǔ)支撐長度的不足。

鋼支撐吊裝至基坑圍檁前，在鋼支撐兩端焊接“掛爪”，見圖9，“掛爪”焊接定位時，需注意兩端位置對稱，防止鋼支撐安裝不平，造成返工重焊。鋼支撐吊裝至圍檁指定位置上方時，人工錘擊活絡(luò)頭，使其探出足夠長度，保證鋼支撐與圍檁緊密貼合，確認(rèn)位置與探出長度合格后，落下鋼支撐。

第一道圍檁內(nèi)撐完成后繼續(xù)進(jìn)行基坑開挖，采用300型挖掘機(jī)和PC220-8型長臂挖掘機(jī)相配合進(jìn)行基坑開挖作業(yè)，挖掘機(jī)沿圍堰四周轉(zhuǎn)圈開挖，土方采用自卸汽車運(yùn)輸。待長臂挖機(jī)無法作業(yè)時，采用1臺30型小挖機(jī)在基坑底挖土，履帶吊配合出土，開挖過程中注意不要碰撞圍檁支撐。開挖至36.0m時，進(jìn)行第二道圍檁支撐安裝作業(yè)，作業(yè)流程與第一道圍檁作業(yè)流程相同。

4.2.4 基坑砼圈梁澆筑

砼圈梁截面尺寸為1.5m*1.5m，采用C20素砼。當(dāng)基坑開挖至35.0m時，分四部分開挖至巖層頂面，如圖10所示。每開挖一部分，立刻進(jìn)行砼圈梁模板安裝、固定并澆筑C20砼，削弱因內(nèi)側(cè)土體配重減少而對鋼板樁的變形影響，控制鋼板樁圍堰的整體變形量。

4.2.5 開挖至設(shè)計標(biāo)高

砼圈梁澆筑完成后，進(jìn)行巖層鑿除并開挖至設(shè)計標(biāo)高，巖層開挖尺寸為承臺邊外擴(kuò)1m。采用300型挖掘機(jī)更換鎬頭的方式進(jìn)行巖層破碎鑿除作業(yè)，PC220-8型長臂挖掘機(jī)配合開挖土石方至基坑外，開挖過程中需專人指揮，避免碰撞圍檁內(nèi)撐和鋼板樁圍堰的情況出現(xiàn)。

因河道月平均水位為40.2m，受卵石層含水量較大的影響，開挖過程中不可避免出現(xiàn)滲水情況，采用高揚(yáng)程水泵抽水并開挖排水溝的方式，滿足基坑施工條件。

4.2.6 承臺墩身施工及基坑回填

承臺墩身施工過程中做好鋼板樁圍堰的沉降變形測量工作，每日進(jìn)行一次，若沉降變形量對比偏差較大，及時進(jìn)行復(fù)測，判斷鋼板樁圍堰是否處于危險狀態(tài)，合理規(guī)避風(fēng)險。由于本工程墩身與鋼支撐位置沖突，待承臺施工完成后，進(jìn)行基坑回填作業(yè)，拆除部分鋼支撐，再進(jìn)行墩身施工。受卵石層含水量較大及作業(yè)空間限制的影響，基坑回填過程中土體無法壓實(shí)且含水量較大，需靜置沉淀一段時間后，進(jìn)行拆除鋼支撐作業(yè)。

4.2.7 圍檁內(nèi)撐拆除及鋼板樁拔除

圍檁內(nèi)撐拆除作業(yè)，按照由下至上的順序進(jìn)行操作。鋼支撐整段起吊至基坑外，起吊鋼支撐過程中注意避免碰撞，防止高空墜物，待三道內(nèi)撐拆除后，切割H型鋼圍檁，分段起吊至基坑外，整齊堆放，便于倒運(yùn)及周轉(zhuǎn)使用。

圍堰內(nèi)撐拆除后即可進(jìn)行鋼板樁拔除作業(yè)。鋼板樁拔除時先用振動錘夾住鋼板樁頭部振動1～2min，使拉森鋼板樁周圍的土松動，產(chǎn)生“液化”，減少土對樁的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔樁時注意振動錘的負(fù)荷情況，發(fā)現(xiàn)上拔困難或拔不上來時，應(yīng)停止拔樁，可先行往下施打少許，再往上撥，如此反復(fù)可將樁拔出來。拔除后的鋼板樁應(yīng)整齊堆放，便于倒運(yùn)及周轉(zhuǎn)使用。

5 ?材料與設(shè)備

5.1 主要材料

現(xiàn)場材料主要為混凝土、拉森Ⅳ型鋼板樁、鋼管支撐、活絡(luò)頭、H型鋼。以本工程一個27m*16m鋼板樁圍堰為例，主要工程材料如表2所示。

5.2 主要機(jī)械設(shè)備

6 ?質(zhì)量控制

6.1 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

①《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F50—2011）;

②《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2015）;

③）《公路工程施工安全技術(shù)規(guī)范》（JTG F90-2015）;

④《工程測量規(guī)范》（GB 50026-2007）。

6.2 質(zhì)量控制措施

①鋼板樁在運(yùn)到現(xiàn)場后，派專人仔細(xì)清理鎖口間雜物、觀察鎖口是否變形，對于鎖口變形的鋼板樁，應(yīng)調(diào)正后使用。

②鋼板樁在插打時應(yīng)保證其垂直，防止相互傾斜的鋼板樁間鎖口無法緊密貼合。

③施工過程中要進(jìn)行鋼板樁監(jiān)測，以便動態(tài)監(jiān)控鋼板樁的高程和變形。在鋼板樁樁頂布置監(jiān)控點(diǎn)，四周布置8個監(jiān)測點(diǎn)。待鋼板樁合攏后，每天觀測2次，上午、下午各一次。在內(nèi)部支撐施工完成后，可每天觀測一次，直至鋼板樁內(nèi)部支撐全部拆除后，方可停止觀測。

7 ?安全措施

7.1 執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

①《施工企業(yè)安全生產(chǎn)管理規(guī)范》（GB50656-2011）;

②《建筑與市政工程施工現(xiàn)場專業(yè)人員職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T2011）;

③《起重機(jī)械安全規(guī)程》（GB6067.1-2010）;

④《建設(shè)工程施工現(xiàn)場消防安全技術(shù)規(guī)范》（GB50720-2011）。

7.2 安全控制措施

①高空作業(yè)時，施工作業(yè)場所有可能墜落的物件，應(yīng)一律先進(jìn)行撤除或加以固定，高空作業(yè)中所用的物料及手用的工具應(yīng)放在工具袋內(nèi)。②設(shè)專人對機(jī)械設(shè)備定期檢查、維修和保養(yǎng)，對查出的隱患要及時進(jìn)行處理，并制定防范措施，防止發(fā)生機(jī)械傷害事故。③深基坑四周設(shè)1.4m高鋼管防護(hù)欄桿，人員上下要有專用爬梯。④基坑開挖所設(shè)置的各種圍堰和基坑支撐，其結(jié)構(gòu)必須堅固牢靠?；A(chǔ)施工中，挖土、吊運(yùn)、澆筑混凝土等作業(yè)，嚴(yán)禁碰撞支撐，并不得在支撐上放置重物。施工中發(fā)現(xiàn)圍堰、支撐有松動、變形等情況時，應(yīng)及時加固，危及作業(yè)人員安全時要立即撤出。⑤用吊車進(jìn)行水平和垂直起吊時，對吊車起吊能力和吊起后是否穩(wěn)定進(jìn)行實(shí)測，保證在起吊時安全可靠，防止發(fā)生意外安全事故。⑥基坑支撐拆除時，應(yīng)在施工負(fù)責(zé)人的指導(dǎo)下進(jìn)行。拆除支撐應(yīng)與基坑回填相互配合進(jìn)行。有引起坑壁坍塌危險征兆時，必須采取加固措施。

8 ?環(huán)保措施

8.1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

①《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》;②《中華人民共和國大氣污染防治法》;③《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》;④《建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)條例》。

8.2 環(huán)保控制措施

①施工現(xiàn)場修建沉淀池，先將污水排入沉淀池，除去懸浮物、油類物質(zhì)并進(jìn)行中和處理，檢測達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排入河流。②焊接、氣割均按規(guī)范操作、所使用的焊接材料也符合相關(guān)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn);燃油機(jī)械等所用油料的純度均符合相關(guān)規(guī)定。③配備專用灑水車，對施工現(xiàn)場和運(yùn)輸?shù)缆方?jīng)常進(jìn)行清掃和灑水濕潤，減少揚(yáng)塵。④嚴(yán)禁在現(xiàn)場焚燒任何廢棄物及有毒廢料（廢機(jī)油、廢塑料等）。⑤現(xiàn)場存放油料的地面進(jìn)行防滲處理，如采用防滲混凝土地面、鋪防油氈等措施。在使用過程中，要采取防止油料跑、冒、滴、漏的措施，防止土壤受到污染。

9 ?效益分析

①社會效益。鋼板樁圍堰施工是本工程施工的重難點(diǎn)，51個墩臺中有20個采用鋼板樁圍堰施工，制約著整體施工進(jìn)度。采用鋼板樁圍堰與砼圈梁相結(jié)合的形式，突破原有的慣性思維，避開不利地質(zhì)條件影響，保證了工程進(jìn)度，得到了業(yè)主及縣政府等各界好評，樹立了良好的社會形象，為工程各項(xiàng)評獎評優(yōu)打下來良好的基礎(chǔ)。

②經(jīng)濟(jì)效益。通過鋼板樁圍堰施工工藝的改進(jìn)，省去了鉆孔樁引孔工序，節(jié)約成本99.95萬;因鋼板樁插打深度減少，鋼板樁用量減少237.89t，但又因鋼板樁圍堰尺寸增加，鋼板樁用量增加131.5t，合計鋼板樁用量減少106.39t，共節(jié)約鋼板樁打、拔、安、拆費(fèi)用7.02萬;鋼板樁插打深度減少及鋼板樁圍堰尺寸增加所帶來的鋼板樁及圍檁內(nèi)撐相關(guān)費(fèi)用變化情況見表4;工期因此提前15天，預(yù)計工期獎勵3萬。綜上，本工藝改進(jìn)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益79.75萬元。

10 ?應(yīng)用實(shí)例

浙江省衢州市龍游縣鳳翔洲景觀云橋，橋梁總長1935.01m，承臺共計51個，其中水中承臺20個，采用筑島圍堰法施工，基坑開挖支護(hù)采用鋼板樁圍堰與砼圈梁相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行施工，見圖11。

本施工工藝適用于堅硬河床地質(zhì)條件下的鋼板樁圍堰施工，無需引孔作業(yè)，合理規(guī)避了鋼板樁無法插打至設(shè)計深度這一難題，改用增加砼圈梁配重止水的新型鋼板樁圍堰施工工藝，既保證了工程進(jìn)度，又具有較高的安全性。為在堅硬河床地質(zhì)條件下的鋼板樁圍堰施工提出了一種新的施工思路，針對性強(qiáng)。隨著近年來橋梁建設(shè)的進(jìn)程逐步加快，施工現(xiàn)場的情況也越發(fā)復(fù)雜，本施工工藝具有良好的開拓價值和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50656-2011，施工企業(yè)安全生產(chǎn)管理規(guī)范[S].

[2]JGJ/T2011，建筑與市政工程施工現(xiàn)場專業(yè)人員職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]GB6067.1-2010，起重機(jī)械安全規(guī)程[S].

[4]GB50720-2011，建設(shè)工程施工現(xiàn)場消防安全技術(shù)規(guī)范[S].