淺埋鋼板樁圍堰施工技術(shù)

張鈺豐

(鐵道戰(zhàn)備舟橋處，山東 齊河 251100)

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

光輝大橋建設(shè)工程設(shè)計(jì)為一級公路兼城市道路標(biāo)準(zhǔn)，主橋跨越增江，工程河段順直，增江屬于Ⅳ級航道，過往船只噸位小，數(shù)量較少，跨增江的光輝大橋主橋采用鋼構(gòu)連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，分左、右幅布置。P16號，P17號墩承臺設(shè)計(jì)在增江河道中(見圖1)。承臺底標(biāo)高為-0.5 m，此處的P16號墩河床標(biāo)高約-2.64 m，P17號墩河床標(biāo)高約-3.94 m，常水位水面標(biāo)高為6.38 m，水深約9.02 m～10.32 m，洪水期水面標(biāo)高8.4 m，水深約11.04 m～12.34 m。承臺在河床以上，屬高樁承臺，常水位期間墩身下部3.38 m高在河水中。

1.2 施工現(xiàn)狀

1)P16號墩承臺邊線距離西岸岸邊距離約27 m；P17號墩承臺邊線距離東岸岸邊約32 m。橋位處河床地質(zhì)復(fù)雜，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告中顯示的覆蓋層厚度，河床地質(zhì)報(bào)告如表1所示。

表1 16號、17號墩地質(zhì)報(bào)告

2)根據(jù)現(xiàn)場人員測量，16號墩河床較設(shè)計(jì)封底底標(biāo)高低0.5 m且河床覆蓋層為2 m～4 m砂礫、下覆花崗巖。17號墩位處河床原為采砂場，由于采砂時(shí)對河堤破壞較為嚴(yán)重，當(dāng)?shù)睾拥啦块T為了加固河堤，對采砂處的河床拋填了大量片石，導(dǎo)致17號墩圍堰范圍內(nèi)(尤其是遠(yuǎn)離棧橋位置)河床面高出了設(shè)計(jì)圍堰封底的底標(biāo)高。

2 方案選定

根據(jù)現(xiàn)場情況，16號墩河床較設(shè)計(jì)封底底標(biāo)高低0.5 m，雙壁鋼圍堰、鋼吊箱、鋼板樁圍堰均可使用；17號墩河床因拋填片石導(dǎo)致河床超高，故排除鋼吊箱方案。下面對深水圍堰常用的有雙壁鋼圍堰、鋼板樁圍堰兩種方案進(jìn)行比選。

方案一：雙壁鋼圍堰的剛度大，能承受向內(nèi)向外的壓力，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，也能為頂部施工平臺提供支撐條件，但相對費(fèi)用比較昂貴，回收率不高，下放技術(shù)要求高，施工焊接要求高，工期長，同時(shí)受河水流速的影響，下沉定位和垂直度控制難度大，若出現(xiàn)下沉偏位，糾正難度極大。且根據(jù)本項(xiàng)目總體施工組織設(shè)計(jì)，水中墩鉆孔樁鋼護(hù)筒投入按照樁基根數(shù)的1/2配置，其余的重復(fù)倒用，如采用雙壁鋼圍堰，鋼護(hù)筒的數(shù)量需增加一半，且鋼護(hù)筒壁厚還需要加強(qiáng)。

方案二：鋼板樁圍堰。其施工比較簡單，結(jié)構(gòu)受力明確。施工中插打方便，工藝成熟，內(nèi)支撐體系拼裝、下放質(zhì)量可控，成功率大。鋼板樁圍堰施工可借助施工平臺采用履帶吊配合振動錘或植樁機(jī)進(jìn)行施工，圍堰內(nèi)開挖可采用不排水開挖，水下混凝土封底。但常用的鋼板樁剛度小，可通過加強(qiáng)加密內(nèi)支撐，增加內(nèi)支撐體系的剛度并與鋼板樁可靠連接，增強(qiáng)鋼板樁圍堰的整體剛度和穩(wěn)定性。采用鋼板樁圍堰施工材料回收率高，且施工時(shí)間短，節(jié)省工期。鋼板樁圍堰工藝成熟，工期短，質(zhì)量可控，材料費(fèi)用低。

綜合考慮工期和成本因素，在理論推算可行的基礎(chǔ)上，P16號，P17號墩水中深水基礎(chǔ)的施工支護(hù)結(jié)構(gòu)擬采用鋼板樁圍堰。

3 技術(shù)重難點(diǎn)

根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境和地質(zhì)河床情況，采用鋼板樁圍堰存在以下技術(shù)難點(diǎn)：1)通過前期試樁，采用履帶吊吊掛振動錘打設(shè)鋼板樁，圍堰大部分點(diǎn)位的鋼板樁入土深度不能滿足設(shè)計(jì)要求，圍堰結(jié)構(gòu)存在安全隱患，需要解決因地質(zhì)不良、河床覆蓋層較淺導(dǎo)致的鋼板樁入土不夠的問題。2)17號墩的部分河床在以往岸坡維護(hù)時(shí)拋填了大量片石且已板結(jié)，部分高于封底底標(biāo)高，需要特殊處理后解決鋼板樁的埋深問題。3)墩位處水深且覆蓋層較淺，圍堰合龍后，鋼板樁河床面以上長度過長，船只通過時(shí)會產(chǎn)生劇烈晃動現(xiàn)象，可能引發(fā)澆筑水下封底混凝土?xí)r，樁頂外張，進(jìn)而影響到封底混凝土與鋼板樁間的粘結(jié)力，需采用加固措施消除不利影響。

4 施工工藝

對于16號墩河床較圍堰封底底標(biāo)高低0.5 m，同時(shí)覆蓋層較薄，鋼板樁入河床深度不滿足設(shè)計(jì)要求；17號墩部分河床面高出了圍堰封底的底標(biāo)高1.3 m～2 m等問題，考慮到鋼板樁打設(shè)完成后再進(jìn)行圍堰內(nèi)部拋填石的清理困難很大，結(jié)合現(xiàn)場情況，制定以下施工工藝。

4.1 河床面整平處理

17號墩部分河床因拋填片石超高，故先對河床進(jìn)行整平處理，首先拆除17號墩鉆孔平臺的面板和分配梁，利用貝雷梁作為沖擊鉆的移動平臺，根據(jù)沖擊錘的直徑(1.2 m)規(guī)劃好需要沖擊的點(diǎn)位，把沖擊鉆吊放在平臺貝雷梁上對圍堰內(nèi)河床面逐一進(jìn)行沖擊找平，一邊沖擊一邊測量，沖擊到位后更換點(diǎn)位重新開始。所有點(diǎn)位沖擊完畢后，對原超高處的河床進(jìn)行全面測量，對遺漏點(diǎn)位再次處理。

4.2 沖孔開槽

對17號墩超高的河床清理到封底混凝土底標(biāo)高之后，因?yàn)橄赂驳幕◢弾r依然十分堅(jiān)硬，鋼板樁無法順利打入，采取沖擊鉆沖砸開槽的方法輔助沉樁。沿著設(shè)計(jì)的鋼板樁圍堰周長軸線位置布置直徑1.5 m的鋼護(hù)筒，用沖擊鉆進(jìn)行沖孔作業(yè)，每兩個(gè)鋼護(hù)筒的位置需互相嚙合，嚙合長度不少于鋼護(hù)筒直徑的1/3，確保地槽的連貫性(見圖2，圖3)。

4.3 鋼板樁打設(shè)

16號、17號墩先將鉆孔平臺拆除，打設(shè)定位樁，安裝導(dǎo)梁，采用履帶吊吊裝振動錘進(jìn)行鋼板樁打設(shè)，并在沖孔槽內(nèi)鋼板樁的內(nèi)外側(cè)拋填砂石，填至與河床平,確保鋼板樁的入土深度。

4.4 內(nèi)支撐安裝

鋼板板插打完成合龍后，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行第一層內(nèi)支撐的安裝。

4.5 淺埋處理

安裝完第一層內(nèi)支撐后，對圍堰內(nèi)低于封底底標(biāo)高的位置進(jìn)行拋填沙袋至封底底標(biāo)高，對圍堰外側(cè)3 m寬度的范圍內(nèi)也進(jìn)行沙袋拋填，拋填后的沙袋頂面不得低于圍堰內(nèi)設(shè)計(jì)的封底混凝土頂面，在拋填過程中，技術(shù)人員要勤測拋填頂面標(biāo)高，確保拋填高度和寬度滿足要求，拋填結(jié)束后，再沿整個(gè)圍堰外圈進(jìn)行復(fù)測，確保沒有遺漏或還有拋填不到位的位置。16號圍堰立面圖見圖4。

4.6 內(nèi)支撐加固

16號、17號墩圍堰合龍后，因覆蓋層和后期圍堰外拋填的沙袋均較為松散，加之河床面以上鋼板樁過長，鋼板樁因自由端較長，如有船只通過和遇有大風(fēng)時(shí)，鋼板樁會有晃動明顯。據(jù)此情況，將第一層內(nèi)支撐圈梁和緊貼合的鋼板樁通過型鋼焊連，使之成為一個(gè)整體，防止后期在澆筑水下封底混凝土?xí)r發(fā)生樁頂外張現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致封底混凝土與鋼板樁之間的粘結(jié)效果差，甚至?xí)霈F(xiàn)封底失敗的可能性，通過此處理措施，確保圍堰的封底質(zhì)量。

4.7 水下封底、抽水、加撐

進(jìn)行圍堰內(nèi)水下封底，封底過程中應(yīng)始終保持圍堰內(nèi)外水面高度平齊。封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，開始進(jìn)行抽水，至第二道圍囹下50 cm安裝第二道內(nèi)支撐，保證圍囹及內(nèi)支撐的安裝有足夠作業(yè)空間，同理安裝第三道內(nèi)支撐，最后抽水至封底頂面，交付使用。

5 結(jié)語

通過以上各項(xiàng)措施的實(shí)施，圍堰封底完成抽水后，未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，鋼板樁及內(nèi)支撐各部位未出現(xiàn)肉眼可見的明顯變形，確保了施工安全的順利開展。根據(jù)施工作業(yè)條件以及工期和成本因素，創(chuàng)新性的采用淺埋鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)，通過沖孔開槽置樁、在圍堰內(nèi)外兩側(cè)拋填沙袋等措施有效解決了深水橋梁在淺覆蓋層、河床拋填片石板結(jié)化且超高、河床下覆巖層較硬等惡劣環(huán)境下進(jìn)行鋼板樁圍堰施工的技術(shù)難題，同時(shí)提高了工效又節(jié)約了費(fèi)用，為以后類似工程施工提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。