橋梁墩臺(tái)組合式鋼板樁圍堰施工技術(shù)探究

文/王東、張書江

1 前言

橋梁墩臺(tái)施工是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，由于涉及水下作業(yè)，且在受到環(huán)境因素的影響下，橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)的建設(shè)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，因此如何采取有效的方案、提高橋梁墩臺(tái)建設(shè)的整體性與穩(wěn)定性非常關(guān)鍵。隨著組合式鋼板樁圍巖施工技術(shù)的出現(xiàn)，該技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)蛄憾张_(tái)的周圍進(jìn)行維護(hù)和加固，達(dá)到工程建設(shè)的要求，所以對(duì)該技術(shù)進(jìn)行分析并探尋出有效的技術(shù)方案意義重大。

2 工程概況

某橋梁項(xiàng)目最為重要的部分就是承臺(tái)結(jié)構(gòu)，其埋深為10.5m；按照當(dāng)前橋梁運(yùn)行和疏浚的標(biāo)準(zhǔn)，分析之后確定鋼筋混凝土井壁后期的拆除難度相對(duì)較高；并經(jīng)過計(jì)算分析之后，承臺(tái)部分的施工最終采用下部鋼筋混凝土+上部鋼板樁的組合結(jié)構(gòu)形式。圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為矩形的結(jié)構(gòu)形式，混凝土圍巖29.8m×15.4m、高7.5m，井壁厚度為1.6m；鋼板樁井壁28m×13.6m、高9m，為SP-U400×170 型號(hào)。在該工程中，上述兩個(gè)結(jié)構(gòu)通過內(nèi)槽鑲嵌方法連接，搭接部分的長度為0.5m。

3 施工方案

在圍堰部分的施工過程中，通過下沉作業(yè)的方法，首先應(yīng)該按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施圍堰部分的回填作業(yè)，并保證其形成必要的混凝土圍堰部分，確保其內(nèi)部吸泥下沉在+19.5m 的位置。另外，根據(jù)設(shè)計(jì)方案落實(shí)鋼板樁安裝施工，保證其產(chǎn)生圍堰的結(jié)構(gòu)形式，將吸泥標(biāo)高調(diào)整到+10.5m 的位置。圍堰井壁澆筑分為兩次實(shí)施，分別為4m、3.5m 一次下沉處理。在混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求后，通過射水吸泥設(shè)備和人工聯(lián)合的方法進(jìn)行下部排水下沉鋼板井壁的結(jié)構(gòu)施工。混凝土結(jié)構(gòu)下沉到距離頂面0.5m 的位置上，按照要求在預(yù)留槽中布置鋼板樁井壁部分，在此應(yīng)用下可以直接確保各個(gè)砂漿充分填入結(jié)構(gòu)內(nèi)，然后再安裝內(nèi)支撐的形式，以保證排水、吸泥下沉方面不出現(xiàn)問題，且符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)再進(jìn)行封底處理，并使用厚度為1.5m 的結(jié)構(gòu)。封底符合要求之后就可以開始抽水、除樁頭處理，然后清理基底結(jié)構(gòu)并進(jìn)行承臺(tái)鋼筋綁扎處理，樹立模板結(jié)構(gòu)，澆筑混凝土、養(yǎng)護(hù)施工。施工工藝如下所示：

3.1 鋼筋混凝土圍堰基底清理

鉆孔樁施工作業(yè)結(jié)束后，應(yīng)立即清理現(xiàn)場，同時(shí)地表高程清理到+26.5m 的位置上。在圍堰測量放樣處理時(shí)，按照要求進(jìn)行換填砂層處理，然后設(shè)置墊木，以達(dá)到地形條件要求；然后逐步從下游開始設(shè)置橫向排水坡的結(jié)構(gòu)，以滿足設(shè)計(jì)方案的要求。

3.2 圍堰墊層施工

該橋梁項(xiàng)目的地基承載力相對(duì)較低，為了保證圍堰部分的性能合格，刃腳底部按照標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置砂墊層，并達(dá)到承載性能的要求。同時(shí)，砂墊層結(jié)構(gòu)厚度的設(shè)定要符合要求，使圍堰類型、墊層底部達(dá)到承載性的標(biāo)準(zhǔn)[1]。

3.3 鋼刃腳安裝

根據(jù)現(xiàn)場的標(biāo)準(zhǔn)要求，在枕木表面應(yīng)該安裝鋼刃腳部件，同時(shí)現(xiàn)場需要設(shè)置75 角鋼制作形成的三角支架結(jié)構(gòu)。通過測量放線處理可以保證鋼刃腳安裝施工質(zhì)量合格；與此同時(shí)，還要兩側(cè)對(duì)稱進(jìn)行拼裝作業(yè)施工。在刃腳拼裝環(huán)節(jié)，隨時(shí)進(jìn)行測量與位置的糾正處理，以確保其順利進(jìn)行，不會(huì)存在位置偏差。

3.4 鋼筋、模板及混凝土施工

根據(jù)混凝土圍堰的結(jié)構(gòu)采取二次澆筑作業(yè)成型施工，按照要求設(shè)置鋼管腳手架形式，為施工人員提供作業(yè)平臺(tái)。模板以厚度為15mm 的竹膠板作為面板結(jié)構(gòu)，普通鋼板為該項(xiàng)目的背榜結(jié)構(gòu)，同時(shí)按照間隔距離的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置對(duì)拉螺栓。圍堰混凝土部分根據(jù)要求應(yīng)用泵車方式輸送入模作業(yè)，并分層澆筑作業(yè)，及時(shí)按照要求進(jìn)行振搗處理，并根據(jù)要求養(yǎng)生施工。

3.5 鋼筋混凝土圍堰下沉

在圍堰底部的混凝土應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)圍堰分布設(shè)置撐管結(jié)構(gòu)。下沉開始前，需要及時(shí)將圍堰上部雜物清理干凈，對(duì)于留孔部位進(jìn)行嵌補(bǔ)處理；施工接縫的部位需要進(jìn)行瀝青材料的涂刷作業(yè)施工；檢測控制點(diǎn)部位的精度應(yīng)保證沉降觀測點(diǎn)的質(zhì)量合格，且應(yīng)該在下部進(jìn)行標(biāo)尺刻度固定，從而確保標(biāo)高尺寸符合要求[2]。

3.5.1 混凝土圍堰下沉計(jì)算

3.5.1.1 圍堰自重：Gu=956.82×25=23920.5kN。

3.5.1.2 摩阻力：圍堰在原地面部位上進(jìn)行下沉作業(yè)，并保證原地面結(jié)構(gòu)部位的高程為+26.5m；下沉到與地表有0.5m 的距離后，此時(shí)圍堰底部深度為7m；底部土層結(jié)構(gòu)部分粉質(zhì)黏土的形式，厚度為4m，極限摩阻力為40kPa，則井壁總摩阻力為：F1=(29.8+15.4)×2×[1/2×5×(1.34×20+3.66×40)/5+2×(0.34×40+1.66×20)/2]=10848kN。

3.5.1.3 下沉系數(shù)：綜合分析計(jì)算圍堰排水下沉的情況，下沉?xí)r不需要計(jì)算浮力：k=Gu/F=2.21＞1.05，符合下沉施工的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.5.1.4 下沉穩(wěn)定系數(shù)：k=G(F1+R)=23920.5/(10848+21696)=0.74＜0.9，符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.5.2 混凝土圍堰下沉

3.5.2.1 抽除承墊木：承墊木抽除時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝標(biāo)準(zhǔn)，先進(jìn)行外承墊木的抽取處理，然后在進(jìn)行枕木的抽取，同時(shí)緩慢進(jìn)行各個(gè)部件的抽除處理。

3.5.2.2 刃腳內(nèi)外回填：承墊木抽除之后存在的空間需要立即采取砂材料進(jìn)行回填作業(yè)，并保證不會(huì)有過大的間隔，同時(shí)進(jìn)行人工搗實(shí)作業(yè)處理，每層20～30mm。相關(guān)人員需要使回填密實(shí)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，不能有圍堰下沉等缺陷問題，同時(shí)還要預(yù)防產(chǎn)生枕木折斷的危害，控制偏移、位移問題。

3.5.2.3 圍堰下沉施工環(huán)節(jié)需要先進(jìn)行人工射水、吸泥、排水下沉作業(yè)，然后按照從內(nèi)到外的順序進(jìn)行出土處理，先進(jìn)行中間位置隔墻的土體處理，然后進(jìn)行其他位置的土體處理，保證隔墻兩側(cè)的高差符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。圍堰起沉階段應(yīng)該根據(jù)要求在圍堰周邊刃腳通過人工方法進(jìn)行分層處理，且需要把散砂全部都設(shè)置在圍堰中部的位置上，然后計(jì)算分析下沉數(shù)據(jù)與偏差參數(shù)，保證沉降達(dá)到穩(wěn)定性要求，并使初襯的軌跡符合要求，確保刃腳直接設(shè)置于土體結(jié)構(gòu)中，保證圍堰中心滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。圍堰取土施工，應(yīng)根據(jù)分層、均勻的操作方式進(jìn)行施工。取土先從中央部位進(jìn)行，然后向外延伸處理，單層取土厚度4～0.5m，同時(shí)需要從刃腳底部逐步進(jìn)行取土處理，然后實(shí)施削坡作業(yè)，并逐步向上進(jìn)行，保證不會(huì)有土層結(jié)構(gòu)損壞的問題[3]。將圍堰結(jié)構(gòu)內(nèi)部吸出之后的砂流入泥漿池1 內(nèi)進(jìn)行回收使用，而土方則要將其排入泥漿池2 內(nèi)；經(jīng)過必要的沉淀處理就可以在開挖后運(yùn)輸?shù)酵獠靠臻g，但不能在圍堰周邊堆放處理，以防止產(chǎn)生圍巖傾斜、偏移問題。圍堰下沉在+19.5m 的位置上時(shí)，可以進(jìn)行補(bǔ)水處理，確保內(nèi)外水頭達(dá)到平衡性的要求，但不能在汛期中施工。

3.6 鋼板樁安裝及組合式圍堰下沉

3.6.1 施工準(zhǔn)備

汛期施工時(shí)水位下降到+24m 的位置上；同時(shí)，圍堰部分的井壁結(jié)構(gòu)位置不能存在任何雜物；然后通過吊機(jī)自上到下對(duì)稱進(jìn)行鋼板樁的安裝作業(yè)，此時(shí)需要安裝臨時(shí)鋼板樁，并完成固定處理；在圍巖井壁中的鋼板樁表面需要涂刷瀝青材料，以充分保護(hù)其不會(huì)受到自然環(huán)境侵蝕；然后進(jìn)行水泥漿液填充處理，從而達(dá)到密實(shí)度的要求。砂漿強(qiáng)度達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)進(jìn)行鋼板樁支撐牛腿與內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，再做好錨固鋼筋固定處理[4]。

3.6.2 設(shè)置排水溝

以測量放樣組合的方式設(shè)置周邊部位的四個(gè)角柱，同時(shí)地面應(yīng)該布置邊緣排水溝，基坑周邊2m 范圍內(nèi)禁止存放任何材料與棄土，也不能有車輛進(jìn)入。

3.7 圍堰封底

3.7.1 封底技術(shù)措施

圍堰下沉至與設(shè)計(jì)標(biāo)高要求10cm 的位置，就不能再進(jìn)行挖土、排水作業(yè)；另外，通過結(jié)構(gòu)自重慢慢達(dá)到設(shè)計(jì)報(bào)告的要求，一般會(huì)經(jīng)過2 天左右達(dá)到穩(wěn)定性要求。觀測在8h 內(nèi)下沉量不足10mm 的情況下，就要開始圍堰封底處理。封底作業(yè)前，進(jìn)行整個(gè)結(jié)構(gòu)的修整處理，達(dá)到鍋底形狀為最佳狀態(tài)，然后去除表面的浮泥，進(jìn)行新舊混凝土結(jié)構(gòu)表面的鑿毛清洗處理，再從刃腳到中心部位設(shè)置放射性排水溝結(jié)構(gòu)，內(nèi)部填充卵石組合成為排水暗溝，中部設(shè)置2 個(gè)集水井，并通過盲溝連通；利用潛水泵排水處理，保證其水位在基底面的下部0.5m 位置上?；炷练獾鬃鳂I(yè)一次性澆筑完成，應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的性能符合要求，且各個(gè)工序連續(xù)開展進(jìn)行，有效消除該結(jié)構(gòu)形成的滲漏缺陷。經(jīng)過檢測確定混凝土強(qiáng)度為設(shè)計(jì)要求的70%，相關(guān)人員應(yīng)做好抗浮參數(shù)的計(jì)算和分析，符合標(biāo)準(zhǔn)就可以進(jìn)行封堵集水井處理[5]。

4 方案執(zhí)行情況評(píng)價(jià)

組合式圍堰施工環(huán)節(jié)需要做好各個(gè)工序的管控工作，以此可以產(chǎn)生非常好的效果。圍堰抽墊通過邊抽支墊邊回填密實(shí)的方式進(jìn)行；圍堰取土下沉通過分層對(duì)稱的方式進(jìn)行，先在隔墻部位做好吐土處理，確保整個(gè)隔墻達(dá)到懸空的狀態(tài)，然后做好地質(zhì)條件的動(dòng)態(tài)性檢查，保證排水取土與水下吸泥聯(lián)合進(jìn)行，做好沉井下沉處理，避免出現(xiàn)基底隆起或者流砂的問題，防止給周邊建筑物造成不良的影響；圍堰下沉環(huán)節(jié)需要做好數(shù)據(jù)監(jiān)測控制工作，及時(shí)進(jìn)行糾偏處理，保證圍堰偏位在合理范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

橋梁項(xiàng)目在施工中，墩臺(tái)組合式鋼板樁圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用尤為關(guān)鍵，它能夠使其結(jié)構(gòu)工藝變得更加簡單，有效縮短施工工期、降低施工成本，保證整個(gè)施工環(huán)節(jié)順利地進(jìn)行，加強(qiáng)工序質(zhì)量管理，保證橋梁的性能滿足要求，為橋梁運(yùn)行安全性提升奠定基礎(chǔ)。