先支后插鋼板樁圍堰施工技術(shù)在水中基坑施工中的應(yīng)用

雷震，歐記鋒，肖前波

（1.中交投資有限公司，北京 100029；2.中交汕頭道路交通投資建設(shè)有限公司，廣東 汕頭 515065；3.中交四航局第五工程有限公司，福建 福州 350008）

1 工程概述

汕頭市中山東路蓮陽河特大橋位于汕頭市東部，在入海口跨越蓮陽河，橋梁全長(zhǎng)1 350 m，由南引橋、主橋和北引橋組成。南引橋?yàn)?×40 m 預(yù)制 T 梁+（42.5+100+74.5）m 鋼箱梁+2×40 m 預(yù)制T 梁，主橋?yàn)椋?0+90+60）m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，北引橋?yàn)?4×（3×40 m）預(yù)制 T 梁+（38+50+30）m 鋼箱梁+2×40 m 預(yù)制 T 梁。

水上作業(yè)采用搭設(shè)鋼棧橋和鋼平臺(tái)施工工藝。橋梁樁基采用鉆孔灌注樁，樁徑2 m，樁長(zhǎng)約100 m。其中6—26 號(hào)墩為水中墩，水深約5 m，左、右幅共有42 個(gè)水中承臺(tái)。

2 水中承臺(tái)圍堰選擇

隨著我國大型橋梁建設(shè)的跨徑增長(zhǎng)，深水基礎(chǔ)的施工技術(shù)已成為大型橋梁建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。常用方法包括土石圍堰、鋼圍堰和鋼筋混凝土圍堰等。

其中鋼圍堰又分為鋼板樁圍堰、鋼管樁圍堰、雙壁鋼套箱圍堰、單壁鋼套箱圍堰和鋼吊箱等。針對(duì)蓮陽河大橋地質(zhì)條件復(fù)雜、膠質(zhì)淤泥多、潮差較大、氣候變化大、大風(fēng)天氣多、承臺(tái)頂面標(biāo)高控制要求高、開挖深、工期緊等情況，綜合平面布置、承臺(tái)平面尺寸及其他相關(guān)因素，比較分析后選擇采用截面剛度大的拉森鋼板樁圍堰支護(hù)進(jìn)行承臺(tái)施工[1]。

3 傳統(tǒng)鋼板樁圍堰先插后支施工技術(shù)

鋼板樁圍堰支撐體系施工方法有兩種方式：1）先支撐后封底。逐層安裝支撐體系，逐層抽水或開挖，到高程后澆筑墊層；2）先封底后支撐。先水下開挖到封底混凝土底面，澆筑封底混凝土，然后逐層安裝支撐體系，逐層抽水。

無論采用哪種方式，均是先插打鋼板樁，然后再進(jìn)行圍檁支持體系安裝。傳統(tǒng)先插后支鋼板樁圍堰施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 傳統(tǒng)先插后支鋼板樁圍堰施工工藝流程圖Fig.1 Flow chart of traditional surrounding at first and supporting behind construction technology of sheet pile cofferdam

傳統(tǒng)鋼板樁施工技術(shù)存在以下缺點(diǎn)：采用簡(jiǎn)易導(dǎo)向架對(duì)水中插打鋼板樁導(dǎo)向，垂直度控制難度大；鋼板樁間咬合不密切，成型后易滲漏；易產(chǎn)生重復(fù)拔打，效率較低；工作平臺(tái)安裝不易，一般由吊車吊籠作為施工平臺(tái)，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

4 先支后插鋼板樁圍堰施工技術(shù)

4.1 適用范圍

本工法適用基坑開挖比較深、地質(zhì)比較差、富水條件下的深基坑支護(hù)?？梢源_保施工安全，節(jié)約施工成本，加快施工進(jìn)度，縮短工期。

4.2 工法特點(diǎn)

1）深基坑開挖采用鋼板樁圍堰可有效阻止海水進(jìn)入基坑，確?；娱_挖的安全。

2）對(duì)于21 m 以上的鋼板樁，鋼板樁施工過程中垂直度的要求較高，先安裝的多層圍檁作為鋼板樁的整體導(dǎo)向架，與只做一層導(dǎo)向架的垂直度相比有明顯優(yōu)勢(shì)。

3）鋼圍檁安裝相當(dāng)于由基坑內(nèi)轉(zhuǎn)至基坑外，施工相對(duì)簡(jiǎn)單，工期明顯縮短。

4）鋼圍檁施工前需提前進(jìn)行基坑開挖，可有效減小圍堰成型后的清淤難度[2]。

5 工程實(shí)例

以汕頭中山東路蓮陽河特大橋的11 號(hào)承臺(tái)施工為例，該承臺(tái)尺寸為11.2 m×11.2 m，選用21 m拉森SPU-Ⅲw 型鋼板樁，鋼板樁入土深度不小于8 m，圍堰尺寸定為15.6 m×15.6 m。

5.1 圍堰設(shè)計(jì)

圍堰自上而下設(shè)置3 道內(nèi)部支撐，采取先支后插設(shè)置原則；內(nèi)部支撐由圍檁、縱向支撐和八字斜撐組成；第1 道圍檁采用雙拼工40 型鋼，第2 道圍檁采用雙拼工56 型鋼，第3 道圍檁采用雙拼H588×300 型鋼，圍檁與圍檁豎向連接采用工36 型鋼，等間距3 m 布置，每道圍檁設(shè)置2 道大小八字斜撐均采用φ529×8 mm 的螺旋鋼管[3]。鋼圍堰布置如圖2、圖3 所示。

圖2 11 號(hào)主墩承臺(tái)鋼圍堰立面圖Fig.2 Elevation of No.11 main pier cap steel cofferdam

圖3 11 號(hào)主墩承臺(tái)鋼圍堰平面圖（cm）Fig.3 Plan of No.11 main pier cap steel cofferdam（cm）

5.2 吊掛系統(tǒng)

吊掛系統(tǒng)由8 根φ25 精軋螺紋鋼和4 個(gè)100 t千斤頂組成，橫梁采用雙拼工50a 布置。吊掛系統(tǒng)安裝流程如圖4 所示。

圖4 11 號(hào)主墩承臺(tái)鋼圍堰吊掛系統(tǒng)安裝流程圖Fig.4 Installation flowchart of No.11 main pier cap steel cofferdam suspension system

5.3 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

結(jié)構(gòu)驗(yàn)算包括圍堰結(jié)構(gòu)驗(yàn)算、支撐結(jié)構(gòu)驗(yàn)算、基坑抗隆起計(jì)算、吊掛系統(tǒng)下放計(jì)算，在各工況荷載作用下，圍堰抗隆起，鋼板樁入土深度、強(qiáng)度、剛度滿足要求，圍檁內(nèi)支撐布置間距、形式合理，強(qiáng)度、穩(wěn)定性滿足要求。

5.4 工藝流程

工藝流程如下：1）沿著鋼板樁圍檁四周開挖至第3 道圍檁的標(biāo)高；2）焊接牛腿，安裝焊接第2、3 道圍檁；3）架設(shè)扁擔(dān)橫梁，安裝吊掛系統(tǒng)及千斤頂；4）割牛腿，下放第2、3 道圍檁；5）焊接第1 道圍檁；6）插打鋼板樁；7）圍堰內(nèi)清淤至封底（-8.516 m），澆筑 1.8 m 厚的封底混凝土；8）割護(hù)筒/鑿樁頭，澆筑30 cm 封底找平層；9）圍堰內(nèi)抽水至封底頂（-7.016 m），施工承臺(tái)及墩身至出水；10）基坑內(nèi)逐層回水逐步拆除圍檁內(nèi)支撐；11）拔除鋼板樁[4]。

5.5 施工操作要點(diǎn)

1）鋼板樁合龍。每根鋼板樁與圍檁焊接1 個(gè)卡扣，與合龍口相鄰的5～10 片鋼板樁先插打至樁的穩(wěn)定標(biāo)高，利用鋼板樁調(diào)整樁的位置，而且合龍口兩側(cè)鋼板樁具有高差，便于插打，待合龍后，再將鋼板樁打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

2）安裝第2、3 道圍檁八字撐。鋼板樁安裝完成后焊接第1、2 道大八字撐，抽水觀察監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，穩(wěn)定無異常后安裝第2、3 道圍檁的八字撐。

3）拆除吊掛系統(tǒng)。為便于開挖需將扁擔(dān)梁移走，故需解除吊掛系統(tǒng)，根據(jù)兩種不同的開挖工藝采用2 種解除吊掛系統(tǒng)方案，方案一：通過焊接牛腿將吊掛系統(tǒng)移至牛腿上，可采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行開挖（吊掛系統(tǒng)暫時(shí)不影響開挖），后續(xù)封底后待第3 道圍檁牛腿焊接完成可拆除吊掛系統(tǒng)的精軋螺紋鋼；方案二：利用護(hù)筒做支撐，搭設(shè)施工平臺(tái)，采用伸縮臂挖掘機(jī)帶水進(jìn)行開挖，開挖至設(shè)計(jì)底標(biāo)高后進(jìn)行封底，封底后抽水進(jìn)行內(nèi)八字撐和牛腿焊接，待第3 道圍檁的牛腿焊接完成后再進(jìn)行吊掛系統(tǒng)的拆除工作（橫梁及精軋螺紋鋼）。

4）鋼板樁止水?；娱_挖時(shí)，由于鋼板樁的咬合不緊密會(huì)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)采用棉絮、再生棉等物品進(jìn)行堵塞。

5）第1 次封底。開挖后復(fù)測(cè)每個(gè)鋼板樁槽的標(biāo)高再進(jìn)行鋼圍堰第1 次封底。

6）基底清理。采用氣舉反循環(huán)方式清理水下圍檁邊角，PC60 挖掘機(jī)+長(zhǎng)臂挖掘機(jī)配合二次清理基底。

7）承臺(tái)鋼筋施工。在進(jìn)行承臺(tái)鋼筋綁扎時(shí)提前將承臺(tái)模板下放到相應(yīng)位置[5-8]。

5.6 機(jī)械設(shè)備

通過對(duì)11 號(hào)墩承臺(tái)圍堰施工投入機(jī)械設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到施工一個(gè)承臺(tái)圍堰需要投入的機(jī)械設(shè)備如表1 所示。

表1 主要機(jī)械設(shè)備配置表Table 1 Main mechanical equipment configuration table

5.7 工效對(duì)比

通過對(duì)11 號(hào)承臺(tái)圍堰按照2 種施工方式進(jìn)行比較分析，先支后插比先插后支施工效率提前8.5 d，工期優(yōu)勢(shì)明顯。主要工效對(duì)比如表2 所示。

表2 2 種工藝工效對(duì)比表Table 2 Comparison table of ergonomics of two processes

6 結(jié)語

與傳統(tǒng)的先打鋼板樁再做圍檁施工方式相比，采用先做內(nèi)支撐后插鋼板樁具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）安全性高。先加工成型的頂層圍檁與樁基鋼護(hù)筒連接成為施工平臺(tái)，作業(yè)安全性高。

2）施工速度快。加工成環(huán)并準(zhǔn)確焊接在鋼護(hù)筒上的圍檁作為導(dǎo)向架，定位準(zhǔn)確，減少重復(fù)插拔。

3）圍堰整體性好。通過有效控制施打精度，圍堰整體性好。

4）經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)。綜合比較，一個(gè)承臺(tái)圍堰施工可以節(jié)約8.5 d，綜合測(cè)算經(jīng)濟(jì)效益明顯。

海上水中深基坑支護(hù)使用鋼板樁圍堰方式施工，與先圍后支的傳統(tǒng)方式相比，先支后插的施工方式安全風(fēng)險(xiǎn)低，施工速度快，施工質(zhì)量好，施工技術(shù)更先進(jìn)，有著更好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。