鋼板樁圍堰技術(shù)在水中橋梁基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用

李正星

摘 要：鋼板樁是一種常見的圍堰支護(hù)施工技術(shù)，為水中橋梁基礎(chǔ)的建設(shè)提供了施工安全保障和施工平臺(tái)，本文對(duì)鋼板樁的受力特點(diǎn)進(jìn)行分析，進(jìn)一步討論雙排鋼管樁的結(jié)構(gòu)受力情況，并研究鋼板樁施工的主要工藝和質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：水中橋梁基礎(chǔ);鋼板樁;圍堰技術(shù)

1 鋼板樁圍堰技術(shù)背景

隨著道路交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度的加快，水上橋梁建設(shè)需求越來越多，例如南京長江第四大橋、廣州獵德大橋、杭州灣跨海大橋等重大工程，這些工程需要攻克在深水修建基礎(chǔ)的難題。水中基礎(chǔ)和承臺(tái)的施工會(huì)受到水土壓力、滑坡、水土沖刷等威脅，因此需要修建圍堰作為臨時(shí)性安全結(jié)構(gòu)，圍堰技術(shù)具有優(yōu)良的擋土防水性能，在施工結(jié)束后可對(duì)其進(jìn)行拆除，避免對(duì)水流和航行產(chǎn)生影響。

傳統(tǒng)的圍堰施工技術(shù)包括土圍堰、土袋圍堰、竹（鐵）絲籠等，主要適用于水深小于4m，流速小于2m/s的小型橋梁施工。鋼板樁圍堰是一種比較先進(jìn)的圍堰技術(shù)，適用于流速較快的深水基坑，鋼板樁在工廠預(yù)制，整體剛度大，擋水性能好，基礎(chǔ)施工完成后可以將其拔出后循環(huán)使用，對(duì)環(huán)境影響較小。

2 鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)分析

2.1 單排鋼板樁受力分析

對(duì)于鋼板樁的受力計(jì)算可通過等值梁法，其重點(diǎn)是找到彎矩剛好為0的反彎點(diǎn)，如圖1（a）所示，根據(jù)簡化的圖1（b）的彎矩圖，Q點(diǎn)為土壓力為0的點(diǎn)，視為假想鉸，如圖1（c）所示，可以將鋼板樁看做兩段梁構(gòu)成，Q以下為超靜定結(jié)構(gòu)，Q點(diǎn)以上簡支梁，Q點(diǎn)距離土面的距離y的數(shù)值為鋼板樁內(nèi)外土高差H的1/5-1/10。確定了Q點(diǎn)的坐標(biāo)后，可以求出結(jié)構(gòu)的支撐軸力、彎矩和剪力，據(jù)此進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.2 雙排鋼板樁受力特點(diǎn)

在深水區(qū)域圍堰的鋼板樁可采用雙排結(jié)構(gòu)，雙排設(shè)計(jì)具有更大的剛度和穩(wěn)定性，抵抗更大的水土壓力，兩排鋼板樁之間可以采用拉桿或型鋼連接。其受力經(jīng)歷3個(gè)階段，第一階段打入鋼板樁并對(duì)雙排安裝支撐，此時(shí)樁的內(nèi)部、外部和雙排之間的水位平衡，受力抵消。在第二階段抽掉雙排樁之間的水，進(jìn)行防滲處理，其內(nèi)外兩側(cè)受壓，如圖2（a）所示，第三階段將鋼板樁內(nèi)側(cè)即橋梁基坑施工一側(cè)的水排掉，此時(shí)鋼板樁內(nèi)側(cè)不受力，外側(cè)受力，如圖2（b）所示。

對(duì)于第二階段和第三階段的兩排樁的應(yīng)力進(jìn)行分析，假設(shè)某工程的樁嵌入土體內(nèi)6.5米，得出如圖3所示的彎矩圖，第二階段的彎矩圖如圖3（a）所示，此時(shí)變形和受力大小相同，方向相反，在第三階段內(nèi)部抽水后的彎矩圖如圖3（b）所示，整體可看做一個(gè)懸臂剛性結(jié)構(gòu)，前排（外側(cè)）的彎矩大于后排，此時(shí)后排樁對(duì)前排相當(dāng)于產(chǎn)生拉錨的作用，整體向后排產(chǎn)生變形，因此在鋼板樁內(nèi)部要設(shè)置圍檁和內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)。

3 關(guān)鍵施工工藝

3.1 施工平臺(tái)搭設(shè)

當(dāng)水域面積大基礎(chǔ)施工距離岸邊遠(yuǎn)時(shí)需要搭設(shè)棧橋平臺(tái)，平臺(tái)在鋼板樁施工前搭設(shè)在其外側(cè)，其作用是供運(yùn)輸車輛通行、臨時(shí)放置材料和工人作業(yè)的平臺(tái)，因此設(shè)計(jì)承載力較大，可以采用鋼結(jié)構(gòu)施工，其主要步驟包括：利用履帶式起重機(jī)吊裝并用振動(dòng)錘打入鋼管樁，之后吊裝貝雷縱梁安裝在鋼管樁上，最后吊裝橋面板。

3.2 引孔打樁

打入鋼板樁的方法常采用錘擊打樁法，也可采用振動(dòng)打樁法和靜壓法。錘擊法動(dòng)力勢(shì)能較大，可以打入堅(jiān)硬的土層，但噪音較大，不適用于鬧市區(qū)的橋梁施工。振動(dòng)打樁法通過振動(dòng)力將鋼板樁送入土層，這種方法最為簡便經(jīng)濟(jì)，目前已研發(fā)低振低噪音的機(jī)械施工。靜壓法的動(dòng)力來源為液壓靜力作用，這種方法噪音很小，但是較難穿透堅(jiān)硬土層。

3.3 圍堰抽水

如果為雙排鋼板樁，則先對(duì)雙排內(nèi)的空間抽水，這個(gè)階段內(nèi)外產(chǎn)生水頭差，使得雙排的鋼板樁緊密咬合，止水效果較好。之后進(jìn)一步對(duì)圍堰內(nèi)部采用大功率水泵抽水，需要控制抽水的速度均衡，防止鋼板樁失穩(wěn)，當(dāng)圍堰內(nèi)部施工面積較大時(shí)，可以設(shè)置分隔倉實(shí)現(xiàn)分段抽水，最終使圍堰內(nèi)部達(dá)到干燥的施工條件。

3.4 防滲處理

在施工前應(yīng)對(duì)鋼板樁進(jìn)行滲漏檢測(cè)，尤其是鎖口部位，每間隔1-2米對(duì)樁進(jìn)行松緊試驗(yàn)，檢查其密實(shí)度。在施工過程中如果發(fā)生滲漏，比較輕微時(shí)可以等待降水完成后處理，如果滲漏點(diǎn)在鎖口部位，用黏土進(jìn)行封堵，滲漏嚴(yán)重且水位較深時(shí)，可以使用堵漏劑或者沙袋封堵止漏。

3.5 糾偏控制

鋼板樁的偏移包括縱向和橫向，縱向糾偏可以將樁端處理成楔形（類倒三角），調(diào)節(jié)土壓力進(jìn)行糾偏。傾斜度較小時(shí)，可以利用卷揚(yáng)機(jī)等設(shè)備將鋼板樁向反向拉伸再繼續(xù)插打。傾斜度較大時(shí)，可采用滑輪組多次調(diào)整，來進(jìn)行糾偏。針對(duì)橫向變形，可在板樁之間插打箱型樁，增強(qiáng)板樁基的橫向剛度，形成約束作用抵抗變形。當(dāng)鋼板樁位置精確時(shí)，才能使圍檁和內(nèi)支撐與板樁較好的貼合。

4 結(jié)語

鋼板樁圍堰為水中橋梁基礎(chǔ)的施工提供干燥良好的封閉環(huán)境，便于施工作業(yè)和拆除，對(duì)環(huán)境影響小，在進(jìn)行鋼板樁設(shè)計(jì)前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行受力分析，確定合適的結(jié)構(gòu)。施工的主要工藝流程包括棧橋搭設(shè)、打樁、圍堰抽水，需要及時(shí)進(jìn)行防滲和糾偏處理。

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