深水超長鋼板樁圍堰施工技術

王瑞強

摘要：本文介紹了在深水區(qū)高流速條件下，30m超長鋼板樁圍堰設計施工技術、并對如何解決鋼板樁的順利施打、止水、合攏等難題做了詳細闡述。

Abstract： This paper introduces the design and construction technology of 30-meter super-long steel sheet pile cofferdam under the condition of high flow rate in deep water area， and elaborates how to solve the problems of smooth application， water stop and closure of steel sheet pile.

關鍵詞：深水;超長;鋼板樁圍堰;設計;導向;插打;合攏;止水;拆除

Key words： deep water;super long;steel sheet pile cofferdam;design;guiding;inserting;closing;stopping water;tear down

中圖分類號：U443.16+2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）25-0269-04

0? 引言

隨著鐵路建設的快速發(fā)展，深基坑圍堰工程亦隨之大量使用。深基坑圍堰工程施工具有較高的風險和技術含量，其中鋼板樁圍堰有其獨特的優(yōu)勢。尤其是對于淤泥層與流沙層流塑地質較厚，開挖深度、平面尺寸較大構筑物，鋼板樁圍堰以重量輕、強度高、鎖口緊密、施工方便、施工工期短、安全性高、密水性高、環(huán)保效果顯著、對空間要求低等優(yōu)點被廣泛應用。

1? 工程概況

1.1 工程簡介

南沙港鐵路NSGZQ-5標位于廣東省境內，橫跨廣州市、中山市兩地，由中鐵六局集團有限公司施工。線路自中山市黃圃鎮(zhèn)起，跨越黃圃水道、洪奇瀝水道進入南沙區(qū)橫瀝鎮(zhèn)，線路跨京珠高速公路與S111省道后，進入南沙區(qū)萬頃沙鎮(zhèn)，在萬環(huán)西路東側設萬頃沙站，線路出萬頃沙站后向東上跨福安大道，再上跨南沙港快速路到達本標段終點。線路全長17.8km。

洪奇瀝水道特大橋跨越黃圃水道水道設置為60m+100m+60m連續(xù)梁，洪奇瀝水道特橋74、75#墩位于黃圃水道河道內，與線路夾角76°，承臺13.2m×12.2m×4m。承臺施工采用VI型拉森鋼板樁圍堰施工，74#圍堰基坑為：最大深度11.8m，圍堰長15.2m，寬16.2m。

1.2 水文、地質概況

黃圃水道為Ⅵ級航道，河道20年水位為3.41m。黃圃水道河床地質層主要為淤泥層，其厚度達35m。鋼圍堰插打地質均為淤泥地質，淤泥含水量大，主要形態(tài)為流塑狀，水量較豐富，略具承壓性，其地基承載力為50kPa。

2? 圍堰的設計方案

南沙港鐵路黃圃水道連續(xù)梁74#墩承臺施工時，設計圖紙采用拉森VI鋼板樁。后根據設計地質勘察資料，結合水文件條件，對74#墩圍堰進行了設計驗算，拉森III鋼板樁無法滿足施工安全需要。為確保施工安全在承臺施工時，經設計驗算采用VI型拉森鋼板樁進行基坑防護。

2.1 圍堰設計方案

74#墩相關設計參數：

承臺尺寸：13.2m×12.2m×4m（長×寬×高）;承臺底標高：-8.576m;河床標高-4.41m;20年一遇水位標高;3.41m。

74#墩圍堰設計方案具體情況如下：

根據規(guī)范要求，鋼板樁頂部高出20年一遇水位標高0.5m以上，設計鋼板樁頂標高為3.91m，74#墩承臺采用VI型拉森鋼板樁圍堰施工，鋼板樁長度30m。圍堰尺寸16.20×15.20m。

74#承臺底標高-8.576m，封底混凝土厚度1.5m，則74#墩承臺底至鋼板頂高度為13.986m。圍堰設置4道內斜撐，標高分別為3.224m，-0.276m，-3.776m及-5.776m。

鋼板樁結構內撐設計見表1所示。

設計平面見圖1所示，剖面見圖2所示。

2.2 圍堰材料選型

根據設計驗算圍堰采用拉森VI鋼板樁鋼。（表2）

2.3 打樁設備

鋼板樁施工采用DZ60型振動錘。

3? 鋼板樁圍堰的施工技術

3.1 鋼板樁接長

30m鋼板樁的接長采用12m、18m兩種規(guī)格坡口對焊，“U”形內外側加焊勁板，焊接完成后，需檢查鎖口質量。接長的鋼板樁接縫數量單根不得超過一道。鋼板樁進場先進行變形檢查。

鋼板樁接長前，首先搭設拼裝焊接臺座，將需焊接端頭進行坡口處理，然后用夾具夾平鋼板樁、卡具固定鎖口，兩根鋼板樁腹板保持在同一水平面，并固定在牢固臺座上，防止焊接時發(fā)生變形。對焊后打磨平整，再加焊加勁板。鋼板樁接長焊接完成后，用一塊長約2m的同類型鋼板樁從兩側鎖口做通過檢查，檢查鎖口是否在同一直線，并檢查接長后表面因焊接鋼板、坡口對焊留下的殘渣瘤等障礙物。

在鋼板樁的插打施工時，應注意鋼板樁的接樁焊點部位不能在同一平面上，相鄰樁在插打時必須采用下顛倒的方法插打。

3.2 鋼板樁施工導向系統(tǒng)安裝

第一層導向梁在樁基鋼護筒外壁上焊接安裝，采用雙拼32b工字鋼，鋼板樁合攏完成后可直接作為鋼板樁第一道圍檁使用;第二層導向梁采用36b工字鋼，鋼板樁合攏完成后拆除可用于鋼板樁第一道內支撐的斜撐材料。首樁插打時為確保平面位置及垂直度，采用[10槽鋼做封閉固定裝置。鋼板樁插打時導向系統(tǒng)的穩(wěn)固性直接影響鋼板樁的插打質量。

3.3 鋼板樁插打與合攏

鋼板樁插打采用50T履帶吊及90振動錘等機械配合插打，從橫橋向中心處開始，開始的一部分逐塊插打，依次向兩邊進行，最后在任一角樁附近進行合攏先合攏后插打。插打時確保鋼板樁插直、插正，先套好鎖口，利用自重下插，當自重下插不動時，才使用振動錘加壓。

鋼板樁的合攏是整個圍堰施工的關鍵工序，影響著鋼板樁圍堰的施工質量及決定著鋼板樁的施工進度。鋼板樁合攏口選擇在角樁橫橋向附近4～5根鋼板樁處。還剩10余根鋼板樁至合攏口時要重點控制鋼板樁的平面位置、軸向及法向傾斜度，后續(xù)樁插打時如有傾斜要及時予以糾偏，確保鋼板樁插打至合攏口，其軸向及法向傾斜度均控制在0.2%以內。合攏鋼板樁鎖口要確保能與相鄰樁的鎖口相互咬合密實，應在合攏前控制好合攏樁兩側鋼板樁高度差，高差控制在20cm左右，先與高處鋼板樁鎖口套好，再套低處鋼板樁的鎖口，先合攏后插打。

鋼板樁插打遵守“插樁正直，分散即糾，調整合攏”的施工要點。

3.4 內支撐安裝

第一道內支撐直接采用第一層導向梁作為圍檁，只需在圍檁下方焊接短型鋼牛腿承受圍檁自重，拆除與樁基鋼護筒連接措施;第二道內支撐在低潮時安裝在低潮水位面，安裝第二道;第三道內支撐在水下封底后，對鋼板樁堵漏并抽水，基坑水位距第二道內支撐約3.5m時安放第三道內支撐;第四道內支撐在第三道安裝完成后繼續(xù)抽水，基坑水位距第三道內支撐約2m時安裝。現場如發(fā)現鋼板樁內側與內支撐型鋼之間存在部分間隙，應采用鋼板或型鋼支墊在內支撐和鋼板樁之間，并焊接固定在型鋼上，特別觀察內支撐型鋼與圍堰四角的固定。

3.5 水下清淤施工

洪奇瀝特大橋封底混凝土以上土層為淤泥質黏土，開挖采用水下抓泥施工：

①圍堰內清泥采用長臂挖機掏泥、死角位置使用抓斗抓泥配合施工。依據鋼板樁圍堰的設計要求，在內支撐安裝完成后，圍堰內外水位一致的情況下開始進行水下清淤施工。

②抓出泥渣采用泥渣車運輸至指定棄土場集中處理，禁止泥渣隨意排放至河道，避免對河道的污染。

③清淤至封底標高后，安排潛水員下水將封底混凝土厚度范圍內鋼護筒及鋼板樁與封底混凝土相接處面使用高壓水槍沖洗干凈，以保證封底砼與鋼板樁、鋼護筒的粘結力，防止封底失敗和基底漏水。

3.6 封底混凝土施工

①搭設封底平臺。封底平臺用鋼護筒上進行搭設。封底平臺材料采用型鋼，方法如下：在鋼護筒上鋪設主梁，主梁采用雙拼HN600，次梁采用工36，用20*20木方搭設人員行走平臺。頂標高與施工輔道齊平，以方便施工。

②導管及小料斗支承系統(tǒng)搭設。封底導管采用外徑Ф300mm的無縫鋼管，封底前作水壓、水密性實驗。導管采用手拉葫蘆吊掛于夾具梁或平臺梁上。

③導管布置。導管的封底作用半徑按3.0m考慮，導管底口距離基底約15cm，澆注區(qū)布置12根導管。

④水下混凝土澆注?？偟捻樞颍合葷沧⒁唤牵傧蛲鈹U散。由兩邊向中間進行。

完成1根導管封口后進行其相鄰導管封口，因導管作用半徑按3m考慮，相鄰導管在封底前進行導管懸空測量，根據測量數據調整導管底口的高度。每導管完成封口后，控制同一導管60分鐘內灌入兩次混凝土，才能確?；炷翝仓樌M行。按每16m2布設一個測點，澆注混凝土時作好測深詳細記錄，及時整理每根導管的埋深與混凝土的流動范圍。因洪奇瀝特大橋74#墩封底混凝土厚度為2.0m，為保證導管有一定埋深，混凝土灌注順利時，一般不隨便提升導管。

混凝土澆注至封底頂面標高時，按照測量要求，測出所有控制點混凝土頂面標高，重點檢測護筒周邊，鋼板樁內側四周、導管作用半徑相交處等位置，參照控制點測量結果對標高偏低的測點增加導管單獨進行局部補澆混凝土，確保封底混凝土頂面足夠平整;當所有標高控制點混凝土標高均符合要求后，方可停止封底混凝土澆注，拆除導管及封底平臺，封底完成。

3.7 圍堰拆除

①支撐拆除。內支撐分兩次進行拆除，第一次是承臺施工結束后，回填基坑至承臺面，拆除第三道支撐;第二次是待墩柱施工結束后，回填至原海床標高，拆除第二道及第一道內支撐。

②拉森鋼板樁拔除。鋼板樁內支撐拆除后即進行鋼板樁的拔除。拔除工作前保持內外水位一致，先從下游方向開始拔除，對稱拔除至上游方向。拔除鋼板樁機械與插打一致，用50T履帶吊配合90振動錘進行鋼板樁拔除。

拔除鋼板樁時先用振動錘夾住鋼板樁頂部振動1至2分鐘，使鋼板樁周邊的土質松動產生“液化”及通過振動使鋼板樁與封底混凝土分離，減少鋼板樁與附著的泥土及封底混凝土的摩阻力，然后用振動錘慢慢往上振拔。拔樁時應注意振動錘和履帶吊的負荷情況，鋼板樁上拔不起或拔樁困難時，必須停止拔樁，可用振動錘在原位振動或往下插打鋼板樁少許，然后繼續(xù)拔樁，如此反復可將鋼板樁拔出來。

4? 鋼板樁常見問題及防治措施

4.1 鋼板樁插打時可能遇到的問題及處理措施

①鋼板樁插打過程中如果遇到石塊或前期施工時落入水中的堅硬物體等導致鋼板樁不能打入或打入深度不夠時，需派潛水員進行水下障礙物排除處理;若障礙物體積較大或障礙物埋深較深，潛水員清理存在困難，則采用弧形樁或轉角樁繞過障礙物;

②鋼板樁在插打過程中，受到淤泥層地質中石塊或其他不明障礙物的側向不均勻擠壓作用力，容易發(fā)生偏斜。應在發(fā)生偏斜位置將拉森鋼板樁上下反復插拔數次，可使不明障礙物使其振碎或擠壓后發(fā)生位移，使鋼板樁的平面位置及垂直度得到糾正，確保鋼板樁的軸向及法向傾斜度在規(guī)范要求以內;

③若施工過程發(fā)生將鄰樁帶入現象，采用的措施是將拉森鋼板樁往上拔2.0m左右，然后再進行插打。如未解決帶入現象，應將相鄰的多根樁焊接在一起，并且在施打的拉森鋼板樁的連接鎖口上涂以黃油等潤滑劑來減少阻力。

4.2 鋼板樁圍堰的防漏水措施

鋼板樁圍堰施工中的難點主要是鋼板樁鎖口之間連接是否緊密，關系到圍堰抽水是否能成功，順利進行下道工序的關鍵因素。為此，鋼板樁在施工前準備、插打過程中、抓泥抽水后等每道工序加以控制。

①鋼板樁施工前準備：鋼板樁到場后，需安排人員對索口間雜物仔細檢查并清理且觀察索口是否存在變形，嚴禁使用索口變形的鋼板樁;提前在準備插打的鋼板樁鎖口內涂抹黃油混合物油膏以防止鋼板樁鎖口位置的漏水;

②鋼板樁在插打時重點控制鋼板樁的平面位置、軸向及法向傾斜度，防止樁傾斜致使鋼板樁索口之間無法密貼而漏水;鋼板樁密水性主要依靠鎖口自身密實性，但是如果鎖口存在縫隙、外側水壓力過大，鋼板樁圍堰必然會出現滲漏。如在接縫處和轉角處等地方還會出現“涌砂”現象，且漏水嚴重堵漏困難時，在鋼板樁外側鋪設彩條布，彩條布上端固定在鋼板樁頂面，下端鋪設至河床面，然后派潛水員下水利用型鋼、石塊鋪壓穩(wěn)定后再拋填部分砂袋。

③鋼板樁圍堰在基坑抽水后，若局部范圍存在較小的滲漏，應在基坑抽水時觀察是哪條鋼板樁鎖口漏水，利用漏水處內外水壓差產生吸力在漏水處鋼板樁外側上方迅速溜干細砂、粉煤灰或鋸木屑等填充物，填充物會被吸入漏水的接縫的處，將縫隙堵塞，減少漏水量。若基坑抽水后漏水現象較為嚴重，則將布絮或土工布裁剪成3-5cm寬的長條狀，派潛水員使用一字改錐將棉條從堵塞至漏水鋼板樁縫隙外側;

④在澆注水下封底混凝土時，將混凝土頂面標高比設計標高低20cm，鋼板樁圍堰內水抽干后，在基底補澆墊層，并在鋼板樁內側做積水坑，為后續(xù)承臺施工提供有利條件。

5? 技術經濟效益等分析

鋼板樁圍堰施工與單壁鋼圍堰、鋼管樁圍堰施工工藝相比，具有用料省、成本低、速度快、質量好、工藝成熟、安全使用的優(yōu)點。

用料?。簡伪阡搰卟捎娩摪迮c型鋼組合焊接，耗材多;鋼板樁采用定型材料，可周轉利用。

成本低：單壁鋼圍堰需要加工場地，且使用結束后利舊率底;鋼板樁多為租賃使用，施工周期短可大大降低成本。

速度快：鋼板樁圍堰工藝在流塑性淤泥地質為主的圍堰施工中速度快，密水性高。

本施工技術在南沙港鐵路洪奇瀝特大橋橋梁深承臺施工中的成功應用，取得了良好的經濟效益和社會效益，為沿海地區(qū)類似地質深水圍堰施工提供了經驗。

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