高速公路橋水中墩鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

張彪

（中交二公局第一工程有限公司，武漢 430000）

1 工程概況

南京至馬鞍山國(guó)家高速公路NM-SG4 標(biāo)段起訖樁號(hào)K3+200～K6+000，總長(zhǎng)2.8km，沿線新建橋梁總長(zhǎng)837.2m，寬度41.5m。橋梁施工中，上部結(jié)構(gòu)主橋?yàn)?5m+100m+55m變截面連續(xù)鋼箱梁，單個(gè)箱梁底寬6.25m。下部結(jié)構(gòu)為變截面實(shí)體墩，尺寸控制標(biāo)準(zhǔn)為長(zhǎng)7.2m、寬3.2m，且沿水流方向依次布設(shè)。現(xiàn)場(chǎng)河流對(duì)施工的影響較為明顯，為維持橋墩基礎(chǔ)的穩(wěn)定性，采取承臺(tái)和群樁相結(jié)合的方式，其中對(duì)13#～15#的墩臺(tái)結(jié)構(gòu)采取針對(duì)性優(yōu)化措施，選用鋼板樁圍堰形式。

2 支護(hù)、支撐系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

通過對(duì)地勘資料的分析可知，主墩承臺(tái)基坑開挖現(xiàn)場(chǎng)以填土和淤泥居多，不具備良好的地質(zhì)條件。對(duì)此，開挖期間通過鋼板樁支護(hù)的方式以維持安全性。

鋼板樁為拉森Ⅳ型，高170mm、寬400mm、厚15.5mm，要求施工所用鋼板樁無穿孔。相鄰鋼板樁通過H 型鋼圍檁穩(wěn)定連接，構(gòu)成完整結(jié)構(gòu)體系，圍檁與鋼板樁形成間隙時(shí)，可向其中置入合適厚度的鋼墊板。轉(zhuǎn)角處穩(wěn)定性欠佳，配套φ630mm×10mm 鋼管，以形成穩(wěn)定的內(nèi)支撐體系。其他方面，配套挖掘機(jī)、自卸車等相關(guān)施工設(shè)備，總動(dòng)荷載取20kN/m。

鋼板樁運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，全面檢查并清理鎖口內(nèi)的雜物，若鎖口存在扭曲等異常狀況，需及時(shí)采取矯正措施，確保各片鋼板樁的兩側(cè)鎖口均保持平行的位置關(guān)系，且寬度應(yīng)盡可能具有一致性。鋼板樁裝卸作業(yè)均采取的是兩點(diǎn)起吊的方式，需嚴(yán)格控制單次吊裝鋼板樁的數(shù)量，并加強(qiáng)對(duì)鎖口處的防護(hù)，以免其受到損傷?，F(xiàn)場(chǎng)專員指揮吊運(yùn)，操作人員與之密切溝通，及時(shí)獲取操控指令，依據(jù)規(guī)范完成相應(yīng)操作。鋼板樁堆放時(shí)需充分考慮后續(xù)施工情況，注重對(duì)堆放順序、位置、方向等方面的控制，以便施工期間可根據(jù)需求快速取用鋼板樁。此外，為避免鋼板樁受損，要求堆放高度不超過2m。

3 鋼板樁圍堰施工技術(shù)

3.1 測(cè)量定位

墩位承臺(tái)控制點(diǎn)應(yīng)具有準(zhǔn)確性，經(jīng)復(fù)核后若無誤，則對(duì)其采取保護(hù)措施，確定與承臺(tái)邊線相距2.0m 的區(qū)域，在該處搭建導(dǎo)向架，依次將鋼板樁插打到位，確保其位置的準(zhǔn)確性。插打工作量較大，采取50t 吊車和震動(dòng)錘相結(jié)合的方式。需注意，插打鋼板樁前必須全面檢查鋼板樁的邊線位置，在滿足要求的前提下方可打入。

沉樁前密切關(guān)注現(xiàn)場(chǎng)情況，經(jīng)計(jì)算后確定首樁的測(cè)點(diǎn)位置和具體工藝參數(shù)，通過任意角交會(huì)控制定位，應(yīng)保證交會(huì)角穩(wěn)定在60°～120°，并且點(diǎn)距不宜超過150mm。在確定測(cè)控點(diǎn)和樁位各自的具體坐標(biāo)后，進(jìn)一步展開計(jì)算，得到測(cè)控點(diǎn)與樁位所形成的夾角和距離，通過全站儀高精度控制樁位。施工全過程中，鋼板樁應(yīng)維持垂直的狀態(tài)，利用全站儀及時(shí)檢測(cè)，若存在誤差則靈活調(diào)整，要求偏差不超過1%。

3.2 鋼板樁施工

鋼板樁施工全流程中，沉樁軸線應(yīng)滿足要求，需嚴(yán)格控制樁的打入深度，且不可發(fā)生屈曲變形現(xiàn)象。導(dǎo)架應(yīng)具有足夠的剛度和穩(wěn)定性，可將其作為施工圍檁而使用，主要包含導(dǎo)梁、圍檁樁2 部分，共同組成完整的結(jié)構(gòu)體系。圍檁樁間距以2.5～3.5m 較為合適，具體視實(shí)際情況在該區(qū)間內(nèi)合理調(diào)整。

鋼板樁施打采用的是吊機(jī)帶動(dòng)振錘的方式，施打前應(yīng)準(zhǔn)確勘查現(xiàn)場(chǎng)并查閱區(qū)域內(nèi)的既有建設(shè)資料，明確地下管線、構(gòu)筑物等各類既有建（構(gòu)）筑物的分布情況，經(jīng)測(cè)量后放出支護(hù)樁中線。逐根檢查板樁，清理連接鎖口處的銹跡等雜物，向鎖口內(nèi)部涂抹適量油脂，以便后續(xù)可快速拔出鋼板樁。插打期間應(yīng)加強(qiáng)對(duì)樁體斜度的檢查，該值不宜超過2%，必要時(shí)拔起并再次施打。以屏風(fēng)式打入法較為合適，其特點(diǎn)在于可有效保護(hù)鋼板樁，以免發(fā)生屈曲、扭轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。實(shí)際操作時(shí)，可取10～20 根鋼板樁成排插入導(dǎo)架內(nèi)，從而形成屏風(fēng)狀的結(jié)構(gòu)，再將其施打到位。嚴(yán)格控制屏風(fēng)墻兩端的鋼板樁，應(yīng)保證其在標(biāo)高、垂直度等方面都可滿足要求，再通過電焊的方式將其固定在圍檁上。

施打順序較為關(guān)鍵，將直接影響鋼板樁的垂直度、打樁效率等，因此，須確定合適的鋼板樁施打順序。以屏風(fēng)墻兩端已搭設(shè)到位的鋼板樁為參考，若呈逆向傾斜狀態(tài)，宜按照正向順序施打；反之，則按照逆向順序依次施打到位；對(duì)于鋼板樁墻長(zhǎng)度較大的情況，較為適宜的是按復(fù)合順序施打。檢查井的4 個(gè)角均配備轉(zhuǎn)角板樁，若因條件限制而無法使用此類鋼板樁時(shí)，須利用舊輪胎等材料密封。

3.3 合龍段施工

鋼圍堰合龍段應(yīng)設(shè)置在轉(zhuǎn)角處，原因在于該處具有雙向調(diào)整的特征，可快速合龍到位。對(duì)于已施工到位的鋼板樁，需檢測(cè)其與轉(zhuǎn)角的距離關(guān)系，經(jīng)計(jì)算與分析后判斷是否可順利合龍，若無法滿足合龍要求，則需進(jìn)一步考慮距離偏差情況，若差值較小，較為合適的是小范圍調(diào)整鋼板樁施工軸線。若經(jīng)過上述處理后依然難以順利合龍，則需制作異形樁，直至能夠有效合龍為止。

3.4 圍堰內(nèi)抽水、挖泥、安裝內(nèi)支撐

現(xiàn)場(chǎng)抽水，待無積水現(xiàn)象后再使用小挖機(jī)開挖，期間應(yīng)密切關(guān)注地質(zhì)變化情況，適時(shí)采取防護(hù)措施。施工流程如下：（1）鋼板樁插打到位后，須組織開挖抽水作業(yè)，到達(dá)+15.0m 處時(shí)設(shè)第一道支撐；（2）到達(dá)+12.0m 時(shí)，在+12.5m處設(shè)第二道支撐；（3）到達(dá)+9.2m 時(shí)，在+9.7m 處設(shè)第三道支撐；（4）到達(dá)+6.0m 時(shí)，在+6.5m 處設(shè)第四道支撐；（5）到達(dá)+3.575m 時(shí)，需及時(shí)澆筑墊層硅（厚度設(shè)為0.5m，頂標(biāo)高4.075m）；（6）安裝鋼支撐。根據(jù)基坑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，共設(shè)置四道φ630mm×10mm 鋼管支撐，各自對(duì)應(yīng)的標(biāo)高依次為+15.5m、+12.5m、+9.7m、+6.5m，保證鋼管支撐安裝到位后，在該裝置與板樁墻之間設(shè)鋼圍檁（須控制好鋼圍檁的受力傳遞狀態(tài)，必須具有均勻性，否則將由于受力不均而引發(fā)連續(xù)墻接頭變形現(xiàn)象），均使用的是480mm×300mm H 型鋼，但第一道采取單排結(jié)構(gòu)形式，除此之外均為雙排型鋼。圍檁與鋼板樁易產(chǎn)生空隙，需在其中設(shè)置廢舊型鋼支墊。若因情況特殊而存在支撐鋼管接頭時(shí)，須利用鋼板沿接頭四周采取加固措施，要求鋼板尺寸至少應(yīng)達(dá)到100mm×200mm，數(shù)量需達(dá)到8 塊或更多。鋼板與鋼管的連接可采取焊接方式，且必須做到滿焊。焊接期間需注重對(duì)鋼管軸線的檢查，要求始終保持順直的狀態(tài)，偏差不宜超過0.5%。

3.5 圍堰拆除

承臺(tái)施工成型后，向承臺(tái)與鋼板樁圍堰間所形成的區(qū)域回填適量沙土，直至回填高度與承臺(tái)面標(biāo)高相同為止，此后方可設(shè)置墩身等其他結(jié)構(gòu)。墩身高度21.85m，分2 次依次澆筑到位，待混凝土強(qiáng)度提升至設(shè)計(jì)值后，需將預(yù)先設(shè)置好的鋼模拆除，向墩身與鋼板樁之間的區(qū)域回填沙土，若無誤，則分層拆除鋼圍檁。此后即可將鋼板樁拔除，但此時(shí)的擾動(dòng)性較強(qiáng)，因此，必須注重對(duì)施工方法的選擇。首先，應(yīng)保證鋼板樁下部結(jié)構(gòu)能夠與混凝土相互分離，在此基礎(chǔ)上方可進(jìn)一步拔樁。實(shí)際操作中，可采取錘擊振動(dòng)的方式，將樁體向上拔起1～2m，待松動(dòng)后方可完全拔起；對(duì)于鎖口變形的樁，其拔樁難度相對(duì)較大，應(yīng)提高拔樁設(shè)備的工作能力，目的在于將相鄰樁同時(shí)拔出。

4 施工難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)策略

鋼板樁的長(zhǎng)度達(dá)30m，加之現(xiàn)場(chǎng)水深度較大的特點(diǎn)，在此條件下組織鋼板樁圍堰施工時(shí)伴有諸多難點(diǎn)：

1）鋼板樁長(zhǎng)度較大，導(dǎo)致吊裝的便捷性下降，施打過程中易發(fā)生彎曲、變形等異常狀況，且樁底易偏位；

2）深水漂浮問題較為明顯，易對(duì)鋼板樁的定位精度造成影響，其垂直度易產(chǎn)生偏差，邊線彎曲的概率較大；

3）圍堰臨水面積較大，存在較強(qiáng)的側(cè)壓力，對(duì)板壁產(chǎn)生持續(xù)性作用，隨時(shí)間的延長(zhǎng)而導(dǎo)致板壁失穩(wěn)，易發(fā)生滲漏水現(xiàn)象；

4）不利于封底作業(yè)的順利開展。混凝土體積偏大，施工持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，且現(xiàn)場(chǎng)水深普遍達(dá)到20m，存在較明顯的水壓作用，需嚴(yán)格控制提管和混凝土澆筑的速度。并且，由于基底偏軟弱，在施工期間易發(fā)生地層混凝土擠淤現(xiàn)象[1]。

鑒于上述所提問題，提出幾項(xiàng)應(yīng)對(duì)策略，以便順利完成鋼板樁的各項(xiàng)建設(shè)工作。具體有：

1）先設(shè)置圍囹，若無誤再打樁。圍囹下放須按照分層的方式依次完成，安排潛水員在水下作業(yè)，應(yīng)根據(jù)圍囹的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)增設(shè)適量導(dǎo)向點(diǎn)。此舉的作用在于提高鋼板樁施工期間的可控性，保證扭曲變形、打入的垂直度及邊線的走向均處于高度可控的狀態(tài)，使其完全滿足設(shè)計(jì)要求。在鋼板樁的插打過程中，則須保證鋼板樁能夠緊貼圍囹。

2）配置超長(zhǎng)平板駁船，以便及時(shí)運(yùn)輸施工所需材料；長(zhǎng)臂浮吊共設(shè)置4 個(gè)吊點(diǎn)，共同完成鋼板樁的起吊作業(yè)。

3）同時(shí)采取液壓壓樁和吊壓的方式，確保壓樁具有穩(wěn)定性。

4）以圍堰水下封底混凝土的施工特點(diǎn)為依據(jù)，提出幾點(diǎn)應(yīng)對(duì)措施：（1）確定圍堰的施工尺寸，將其分為12 個(gè)倉(cāng)，以廢舊模板為基礎(chǔ)材料，經(jīng)加工后形成分倉(cāng)隔板；完成水下挖基作業(yè)后，將分倉(cāng)隔板下放至指定的設(shè)計(jì)高程處，與此同時(shí)設(shè)置鋼管，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼護(hù)筒的雙向支撐；隔板與護(hù)筒2 部分結(jié)構(gòu)需通過[10 槽鋼以焊接的方式構(gòu)成穩(wěn)定的整體，以作為隔板支撐而使用。（2）按特定的順序完成封底混凝土澆筑作業(yè)，首先，須澆筑A、E、I、D、H、L 6 個(gè)分倉(cāng)，期間及時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土面的上升量，當(dāng)其達(dá)到1.0～1.2m 時(shí)暫停灌注；轉(zhuǎn)移料斗，以便完成B、C、F、G、J、K 6 個(gè)倉(cāng)的混凝土澆筑作業(yè)，待該處提升2.0～2.2m 時(shí)暫停，轉(zhuǎn)移料斗并完成其他部分的澆筑作業(yè)，按照此方式有序施工，直至艙內(nèi)混凝土提升至設(shè)計(jì)高程為止。在保證封底混凝土施工到位后，需及時(shí)進(jìn)行基坑抽水，若存在鎖口嚴(yán)密性不足的情況，可使用濕棉絮塞縫，以免漏水。若遇到樁縫寬度較大的情況，則需要采取麻絲根摻黃油塞縫止水的方式，并沿樁角順?biāo)鞣较蛞来螢⒎勖夯业炔牧希苊饴┧F(xiàn)象。

5 結(jié)語

大橋水中墩施工條件較為特殊，易出現(xiàn)施工質(zhì)量問題。隨著行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，鋼板樁圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)逐步顯現(xiàn)，可兼顧安全、施工質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益等多重要求。本文以工程實(shí)例為依托，圍繞水中墩鋼板樁圍堰施工技術(shù)展開探討，提出具體的控制要點(diǎn)，希望能為類似工程提供參考。