深淤泥層橋梁承臺鋼圍堰循環(huán)抽水法開挖施工技術研究分析

沈有興

（廣東省建筑工程機械施工有限公司 廣州 510500）

0 引言

目前承臺常用施工方法有套箱圍堰施工法、填土圍堰放坡開挖法及鋼圍堰挖掘法等。但在深淤泥層的沿海邊地區(qū)，每天漲潮退潮的水位高差平均達1.0 m。放坡開挖不適用，套箱施工成本過高，鋼圍堰挖掘法會造成淤泥翻涌，嚴重時支撐變形，鋼板樁傾斜，存在嚴重的安全隱患［1］。為解決以上問題，選用鋼圍堰循環(huán)抽水法施工，利用內外水平衡的穩(wěn)定鋼板壓力，運用抽水循環(huán)把淤泥及碎石塊抽離到樁底標高下1 m，而后均勻沉入一層沙袋，再澆筑水下混凝土封底。待封底混凝土強度達到85%后可以抽干鋼圍堰的水，對影響到承臺施工的部位局部清理整平，即可進行破除樁頭及承臺的鋼筋綁扎、支模、澆筑等工序。由于封底混凝土達到要求強度，鋼圍堰內外受力穩(wěn)定，不會出現(xiàn)底泥翻涌現(xiàn)象，大大提高了施工安全系數［2］。

1 工程概況

某市政項目工程造價3.14億元，工期800日歷天，約2.4 km。施工內容主要為兩條路及一座大橋，其中主橋采用跨徑布置為5 m×25 m 的預應力混凝土連續(xù)箱梁橋，橋梁全長125 m，下部結構采用柱式墩和薄壁式橋臺。其中1#、2#、3#為水中承臺，承臺頂標高為?1.5 m，淤泥層厚度為22.00～29.10 m 之間，常水位標高為1.0 m，大潮期水位標高為2.0 m。

2 深淤泥層橋梁承臺鋼圍堰關鍵施工技術分析

2.1 鋼圍堰施工

采用18 m 拉森Ⅳ鋼板樁支護，常態(tài)水位是0.5 m，漲退潮高差為1.0 m，所以鋼板樁頂標高為2.0 m，承臺底標高為?3.5 m。首先利用鋼護筒作為固定連接支撐點，做第一道支撐后打入鋼板樁［3］。為保障鋼板樁圍堰內外水平衡，需要在漲潮方向對面一側鋼板樁開窗，具體為在標高0.5 m 及0.2 m 位置各開一個窗口。保證水能流進鋼圍堰內部。待封底混凝土達到強度后封閉窗口，抽干圍堰內水后進行第二道支撐施工。

2.2 循環(huán)抽水法施工

本項目采用132 kW 空壓機、25 t汽車式起重機吊及直徑為20 cm的七字型鋼管配合施工。利用起重機不斷移動鋼管反插淤泥層。通過管底氣管反向把淤泥碎石吹出鋼圍堰外面［4］。把整個圍堰內的淤泥碎石抽離到標高為?0.45 m 處停止，利用做好標記的長竹竿測量標高。

2.3 承臺封底施工

根據承臺面積大小準備好沙袋，按8個/m2沙袋均勻沉入承臺底。水下混凝土采用豎管法澆筑，汽車式起重機配合移動。封底混凝土約60 cm 厚［5］。待混凝土強度達到85%后，封閉鋼板樁進水窗口。抽干鋼圍堰內水，對局部封底混凝土整平達到設計標高后進行樁頭的鑿除工作。

3 循環(huán)抽水法施工技術分析

3.1 第一道鋼支撐施工

沖孔灌注樁鋼護筒作為臨時支撐點，鋼支撐圍檁為雙拼H型鋼，單榀尺寸為HW 400 mm×400 mm×13 mm×21 mm 做第一道支護及角撐。25 t汽車式起重機配合施工。

鋼支撐的材料為Q 235?B，鋼管采用DN 600 mm，壁厚12 mm 的鋼管；鋼圍檁、臨時立柱的鋼板和型鋼材質應符合《普通碳素鋼結構技術條件：GB 799—2006》的規(guī)定，并符合國家標準的出廠證明書。同層鋼支撐中心標高偏差不得大于30 mm，支撐水平軸線偏差不得大于10 mm，支撐構件兩端的標高差不得大于20 mm。施工過程中鋼支撐不得作用施工荷載。焊條用電弧焊接Q 235?B鋼板和HPB 300鋼筋時采用E 43焊條，焊接HRB 400鋼筋時采用E 50焊條。焊接熔敷金屬的化學成分和力學性能應符合現(xiàn)行國家標準《碳鋼焊條：GB/T 5117—1995》和《低合金鋼焊條：GB/T 5118—1995》的規(guī)定。

3.2 鋼板樁打設

3.2.1 為保證鋼板樁打設精度采用屏風式打入法

輕輕錘擊樁帽，可用卡板設置減輕位移。同時應用卡尺隨時測量打卡進度，避免施工過程精度不準［6］。

3.2.2 鋼板樁的轉角和封閉合攏

由于板樁墻的長度不是鋼板樁標準寬度的整數倍，會給板樁墻的最終封閉合攏帶來困難，本次施工采用軸線修整法解決。軸線修整法通過對板樁墻閉合軸線設計長度和位置的調整，實現(xiàn)封閉合攏，封閉合攏處最好選在短邊的角部。

3.3 鋼板樁開窗及進水

為保障鋼板樁圍堰內外水平衡，在漲潮方向對面一側鋼板樁開窗，具體為在標高0.5 m 及0.2 m 位置各開一個窗口［7］，保證水能流進鋼圍堰內部，窗口尺寸為25 cm×25 cm。

在施工當天退潮至最低水位時，用潛水泵把鋼圍堰內水位抽到標高為0.0 m，即可進行開窗。

3.4 循環(huán)抽水施工

3.4.1 主要設備

空壓機采用132 kW 空壓機，如圖1 所示。使用25 t汽車式起重機起吊，直徑φ219×8七字型鋼管配合施工，根據施工現(xiàn)場設備情況，也可以用50 t汽車式履帶吊。七字型鋼管橫向為4 m，豎向為10 m［8］。

圖1 132 kW空壓機Fig.1 132 kW Air Compressor

3.4.2 施工順序

空壓機氣管沿著豎向鋼管，從上而下固定在鋼管上，氣管出氣口在彎曲向上固定在鋼管下端口。豎向鋼管自下而上6.5 m處做標記，作為參考標高。

3.4.3 施工過程

發(fā)動空壓機后，利用自下而上的空氣壓力，把水中的淤泥及碎石通過鋼管帶到鋼圍堰外。起重機配合移動鋼管，不斷上下反插，上下移動約50 cm。自上而下，分級把圍堰內淤泥及碎石抽到圍堰外。每級高度為1.0 m，直到設計標高。

3.4.4 注意事項

⑴空壓機功率較大，施工現(xiàn)場箱變一般為400～600 kW，需要規(guī)劃好用電需求，以免相互影響施工。

⑵當出現(xiàn)突然噴漿量持續(xù)變小后，多為比鋼管內徑更大的石塊卡口，需要停機，起重機上下移動，把大塊碎石打進更深的淤泥層，或者移動位置繼續(xù)施工，施工過程如圖2所示。

圖2 循環(huán)抽水施工Fig.2 Circular Pumping Construction

⑶施工離設計標高還有1.0 m 時，需要準備好經過計算的沙袋數量，以及聯(lián)系商品混凝土站準備供應水下混凝土。

3.5 沉入沙袋

3.5.1 沙袋制作

沙袋制作采用裝重25 kg，尺寸為45 cm×75 cm 的塑料編織袋，裝滿沙子或者黏土，開口用鐵絲綁扎結實，不漏口。沙袋制作如圖3所示。

圖3 沙袋制作Fig.3 Sandbag Making

3.5.2 沙袋的沉入

你知道鉛筆桿上的H、B記號是什么意思嗎？原來，鉛筆芯的硬度是由黏土和石墨的混合比例決定的。黏土的比例較大時，鉛筆芯就會比較硬，寫出的字跡也比較淡。標在鉛筆桿上的H、B記號就表示鉛筆芯的硬度和筆跡的濃度：H是Hard（硬），B是Black（黑）。H前面的數字越大，表示這支鉛筆的筆芯越硬，寫出的字跡就越淡；B前面的數字越大，表示鉛筆芯越軟，寫出的字跡就越黑。

在第一道鋼支撐內搭設臨時通道，按8個/m2沙袋的數量人工放入圍堰內。均勻性檢查采用帶標記長線，低端配重錘，人工放入水下觸碰，刻度標記在從低端豎向向上6.1 m 處。參照鋼板樁上預留標高點，控制標高。如觸碰到面積較大的淤泥處，重新沉入沙袋，直到沒有觸碰到淤泥層為止。

3.6 水下混凝土澆筑

3.6.1 混凝土選擇

水下澆筑采用C30 商品混凝土，混凝土采用泵車泵送，25 t汽車式起重機配合施工。

3.6.2 混凝土澆筑

水下混凝土采用豎管法澆筑，導管直徑為25 cm，每節(jié)長2.0 m，安裝4 導管。25 t 汽車式起重機起吊漏斗，“Z”字型來回行走，混凝土輸送泵車導管跟隨泵送［9］。人工跟隨檢查，拿帶標記的長竹竿插入水下復核澆筑標高，直到整個圍堰內水下混凝土澆筑完成，如圖4所示。

圖4 水下混凝土澆筑Fig.4 Underwater Concrete Pouring

3.6.3 澆筑過程注意事項

在澆筑過程中注意鋼導管移動不能過快，拔高不能過大，以免鋼導管拔離混凝土內部，造成導管進水現(xiàn)象。澆筑過程中制作標養(yǎng)試塊，以驗證封底混凝土強度。

3.7 鋼板樁封窗及抽水

3.8 施工要點

⑴先用高壓水槍清理兩道鋼支撐殘留的淤泥，碎石等雜物，以免在后續(xù)施工中墜落傷人，清除安全隱患［10］。

⑵用高壓水槍沖洗承臺底淤泥碎石，利用循環(huán)抽水施工法將承臺底淤泥碎石抽到圍堰外部。

⑶測量承臺底標高，在鋼板樁上劃出紅漆標識標高。放出承臺坐標，對承臺范圍內封底測量，鑿除過高位置的封底層，對過低的位置澆筑混凝土提升標高。對承臺坐標范圍內進行整平修整。施工完畢后進行下一個樁頭破除的工序。

4 質量控制

4.1 鋼板樁及圍檁質量要求

當鋼板樁與圍檁兩者之間間隙較小時，直接用鋼板將兩者之間間隙焊接填滿，當兩者之間間隙較大時，用長度適中的H 型鋼兩端焊接在鋼板樁和圍檁上作為支撐傳力件，圍檁不能彎彎曲曲，并且鋼板樁也不能由于沒和圍檁接觸受力而傾斜。焊接坡口及焊縫兩側20 mm 區(qū)域內的氧化皮、臟物、油污等全部清理干凈，直至見到金屬光澤方能施焊，施焊過程中嚴禁使用潮濕的焊條，焊工根據施工工藝選擇正確的焊條、焊流，焊接過程中應注意起弧和收弧質量，控制焊接速度不要太快，以保證焊接質量［11］。

4.2 水下混凝土強度質量要求

為保證安全，混凝土澆筑時，標準養(yǎng)護試塊制作，要滿足《水電水利工程水下混凝土施工規(guī)范：DL/T 5309——2013》要求，混凝土取樣時應隨機從同一運輸車卸料量的1/4～3/4 之間抽取，同條件養(yǎng)護試件，應由各方在混凝土澆筑入模處監(jiān)督取樣。試件的制作取樣或拌制好的混凝土拌合物，應至少用鐵鍬再來回拌合3次。

5 國內外同類技術相比較

國內外現(xiàn)階段淺淤泥層橋梁承臺施工，主要采用鋼圍堰長臂挖掘機開挖法，采用兩臺長臂挖掘機雙向同時施工，以縮短開挖工作時間。土質稍好一些的，直接全斷面開挖到設計標高。對流塑狀淤泥采取全斷面開挖到設計標高后，馬上進行混凝土封底，養(yǎng)護7 d 后，再進行下個斷面開挖，并澆筑封底混凝土，施工工期較長。

以上方法對于深淤泥層的橋梁承臺施工不適用，由于流塑淤泥翻涌的速度過快，無法開挖到設計標高，就無法進行混凝土澆筑施工。若采取先注漿改善土質或者攪拌樁硬化，無疑大大增加成本，使業(yè)主變更增加投資或者是施工單位自行增加成本雙方都很難接受。套箱圍堰施工，除了套箱成本高之外，還要增加許多起重設備臺班費用，也是一個高成本的做法。填土圍堰放坡開挖法的前提條件也需硬化基底土質，才有足夠的強度保障基坑不坍塌，且在水中的部分承臺根本無法放坡開挖，近岸邊的承臺可以填土圍堰放坡開挖，也需要大量的土石方，施工完成后還要清理所填土石方，所造成的費用同樣巨大，對深淤泥層的橋梁承臺不適用［12］。綜上所述，采用以上工法造成了前期的深淤泥層橋梁承臺施工，從設計層面就要增加改善土質的費用，或者套箱圍堰所用的措施費，都不利于于合理降低項目的總投資，不利于項目的效益最大化。

6 結語

深淤泥層橋梁承臺施工，采用鋼圍堰循環(huán)抽水法，能有效地保障作業(yè)環(huán)境，確保安全生產。由于大橋項目在使用鋼圍堰循環(huán)抽水法施工中，使用了新的施工技術和工藝，不但大大縮短了施工工期，還有效節(jié)約了施工的成本。每個承臺節(jié)約鋼板樁租賃費5萬元，5 個承臺合計節(jié)約25 萬元。節(jié)約挖掘機臺班費約23 萬元。減少窩工損失、節(jié)約管理費等約10 萬元。綜合節(jié)約成本58萬元。