實(shí)例分析特大橋施工中的拉森鋼板樁圍堰應(yīng)用

秦弛

摘 要：在特大橋施工中拉森鋼板樁作為一種新型的材料，具有施工簡(jiǎn)單、便捷、防火效果好等優(yōu)點(diǎn)，在施工中受到廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合工程實(shí)例分析拉伸鋼板在特大橋施工中應(yīng)用。通過應(yīng)用結(jié)果分析，其結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)具有合理性，且為特大橋工程的施工提供了可參考的技術(shù)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：特大橋施工；鋼板樁圍堰；拉森鋼板；應(yīng)用

1 工程概況

某鐵路新建工程特大橋河床開闊，主橋長(zhǎng)（120+200+120）m矮塔斜拉橋，總長(zhǎng)為440m。其中22號(hào)～24號(hào)為水中的主要墩，承臺(tái)尺寸為13.4m×11.6m×4.0m，承臺(tái)下有20根摩擦樁作為基礎(chǔ)，直徑為2.0m。主墩處距離河床高度為15.4m，墩厚度為1.8m，主墩高為23m。經(jīng)過地質(zhì)勘探，發(fā)現(xiàn)22號(hào)～24號(hào)墩柱范圍的地質(zhì)較差，由上到下依次為淤積層—松散細(xì)砂層—松散中砂層和粗砂層—中密粗砂層—中風(fēng)化基巖[1]。

2 鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)

根據(jù)勘察的工程地質(zhì)概況和施工現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，結(jié)合鋼板樁的特定和工藝特點(diǎn)，本次特大橋施工選用拉森IV型鋼板樁。該鋼板樁具有較高的抗彎性能，寬度適宜，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工地質(zhì)和施工條件選擇15米長(zhǎng)的鋼板樁，插入到土的深度為鋼板樁的0.5倍。承臺(tái)的平面尺寸外加1.1.5米寬的施工預(yù)留空間為鋼板樁插打的范圍，主要尺寸（16.4m×13.6m），插打鋼板樁的主要工具為履帶吊機(jī)、振動(dòng)錘機(jī)和液壓拔樁機(jī)各1臺(tái)。在設(shè)計(jì)鋼板樁圍堰時(shí)需要實(shí)施干挖法，先抽水再挖土，反復(fù)驗(yàn)算鋼板樁的長(zhǎng)度和基坑的穩(wěn)定性等[2]。

2.1 坑底涌砂驗(yàn)算

圍堰基坑中含有松散的砂石，并夾雜著粗卵石，因此抽水的過程會(huì)出現(xiàn)涌砂的現(xiàn)象。因此需要對(duì)基坑內(nèi)的涌砂進(jìn)行反復(fù)的驗(yàn)算，采用滲流理論計(jì)算出不產(chǎn)生涌砂和不滑動(dòng)安全系數(shù)。表示為：

K °i °rw≤r’

其中K為不產(chǎn)生涌砂安全系數(shù)；i為水力梯度；水的容重表示為rw，土的浮容重表示為r’。

在施工的過程中，水位達(dá)到20m時(shí)，本工程的鋼板樁使用的長(zhǎng)度為15米，基坑的高度為12米，河床的高度為15米，鋼板樁高出施工水位50厘米，因此可以計(jì)算出鋼板樁的深度為6.0m。鋼板樁插入水中的深度為9.95m，開挖的深度為2.7m，高度為8.0m。因此可以計(jì)算出水力梯度為0.46m，進(jìn)而得到不產(chǎn)生涌砂的安全系數(shù)為2.26。

2.2 坑底隆起驗(yàn)算

由于圍堰內(nèi)基坑地面上水壓和土壓產(chǎn)生的力不平衡，如果圍堰抽水和深挖基坑時(shí)會(huì)到最后基坑底部的軟土受到擠壓進(jìn)而隆起，因此需要計(jì)算出坑底不滑動(dòng)安全系數(shù)。

根據(jù)滲流理論，不滑動(dòng)安全系數(shù)為：

Ks= Nc ° Su /（rH + q）

其中圍堰外土面以上超荷載為q，計(jì)算結(jié)果為50.5kN；抗剪強(qiáng)度為Su，計(jì)算結(jié)果為32kN；承載力系數(shù)為Nc，取值為5.7.因此可以得到不滑動(dòng)安全系數(shù)為Ks=1.74.

因此通過以上計(jì)算分析，在使用15米上的鋼板樁進(jìn)行基坑深挖時(shí)，系數(shù)K為2.26，系數(shù)Ks為1.74，均滿足本次工程的施工安全系數(shù)。

2.3鋼板樁圍堰的支撐設(shè)計(jì)

按照先支撐后降水的原則進(jìn)行基坑的施工，進(jìn)行分層逐一的支撐和降水，本次工程選用2層內(nèi)支撐，采用雙拼I56b支撐，按照現(xiàn)場(chǎng)施工要求進(jìn)行具體的改變。

3 鋼板樁圍堰的施工方法

3.1 鋼板樁的整修

將鋼板樁運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)后，需要對(duì)其進(jìn)行分類和編號(hào)，每個(gè)鋼板樁需要達(dá)到施工的工藝質(zhì)量要求，每組鋼板樁的寬度要低于30mm；保證鎖口處光滑平整，呈直線分布；鎖口拼裝的高低誤差控制在2mm以內(nèi)；鎖口拼接處間隙控制在3mm以內(nèi)；鎖口整修后需要使用長(zhǎng)3米的短板實(shí)驗(yàn)。鋼板樁使用電動(dòng)絞車運(yùn)輸。鎖口處不能出現(xiàn)彎曲等缺陷，出現(xiàn)彎曲的地方加以修整，冷彎、熱敲的溫度不能超過800～1000℃。在焊接時(shí)先對(duì)焊，在加上固板。焊接縫要平整、光滑，兩端切割整齊[3]。

3.2 鋼板樁的組拼

將長(zhǎng)度相同的三塊鋼板樁連成一組，同時(shí)在鎖口內(nèi)嵌入黃油、瀝青，組樁和單一鋼板樁的鎖口內(nèi)要涂上黃油，以減少阻力，增加抗?jié)B性能。焊接鋼板樁時(shí)需要需要用弧形的夾箍是否完整，將鎖口外涂上一道桐油灰。

3.3 測(cè)量定位以及導(dǎo)向安裝

為保障鋼板樁插入的精確度，需要現(xiàn)將導(dǎo)向設(shè)置在施工平臺(tái)上，這樣便于準(zhǔn)確的測(cè)量出每個(gè)鋼板樁的插入位置，合理控制誤差范圍。

3.4 鋼板樁的插打

采用履帶機(jī)和振動(dòng)錘進(jìn)行鋼板樁的施工，使用履帶機(jī)將鋼板樁保持豎立狀，安裝在相應(yīng)的位置上，插入到鋼板樁的鎖口中。將鋼板樁插打到底，先插合攏后在逐塊打入，按照先上游后下游的方式進(jìn)行。鋼板樁插入時(shí)要保持垂直方向，完成一次的準(zhǔn)確的插入。垂直度較差時(shí)，分多次打入，先打到一定的深度，再打入要求的深度。

3.5 鋼板樁鎖口抽水堵漏

鋼板樁插打完后進(jìn)行抽水。采用內(nèi)設(shè)支撐進(jìn)行抽水，事前檢查節(jié)點(diǎn)是否接緊，防止抽水過程中滲漏。抽水速度不能過快，否則會(huì)產(chǎn)生一定的壓差，需要持續(xù)觀察圍堰的情況，一旦出現(xiàn)鎖口漏水，需要將棉絮插入鎖口內(nèi)堵水。采用混凝土墊層防止樁角的漏水。

3.6 拔樁

完成承臺(tái)和墩身的施工后將模板拆除，其次拔出鋼板樁。需要按照從下到上的原則拔出，并且要平衡內(nèi)外的水壓，防止鋼板樁受到水壓而脫離漏水。拔樁機(jī)夾著鋼板樁的頭部振動(dòng)2分鐘，松動(dòng)鋼板樁樁基的土層，減少拔樁過程中的摩擦力，然后緩慢向上拔出。

結(jié)語

本工程經(jīng)過使用鋼板樁圍堰施工方案，基坑抽水后圍堰擋水止水效果良好，沒有出現(xiàn)滲漏和管涌等不良現(xiàn)象，且堰體穩(wěn)定。該方法施工簡(jiǎn)單方便，工程量小，適用于地質(zhì)較差的特大橋工程，且工期較短，滿足了施工的工藝要求，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。