伏龍大橋30#主墩圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)

摘要 斜拉橋的施工技術(shù)不斷發(fā)展，其關(guān)鍵技術(shù)往往在于深水基礎(chǔ)。在以往的施工經(jīng)驗(yàn)中，傾斜復(fù)雜巖層深水基礎(chǔ)由于平面面積大、開挖難度大和臨近江河等原因，施工進(jìn)度、質(zhì)量等方面均受到制約。文章以臨海市伏龍大橋30#主墩承臺(tái)施工為背景，經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)水文條件分析及深水基礎(chǔ)施工調(diào)研，創(chuàng)新地提出了“拉森鋼板樁+OC鋼管錨固樁”的組合圍堰施工方法，克服了傾斜復(fù)雜巖層深水基礎(chǔ)施工的諸多問題，縮短施工工期的同時(shí)也節(jié)約了成本。

關(guān)鍵詞 圍堰；傾斜巖層；OC鋼管錨固樁；拉森鋼板樁

中圖分類號(hào) U445.55 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）13-0148-03

0 引言

寬橋面、中小跨度的城市景觀斜拉橋，因其結(jié)構(gòu)造型優(yōu)美、橋塔造型新穎而頗受青睞。斜拉橋的建造工藝在不斷發(fā)展，但其關(guān)鍵工藝往往在基礎(chǔ)深厚的深水區(qū)。目前，超大型橋梁基礎(chǔ)所涉及的開挖支護(hù)方式主要有鋼制圍堰（鋼板樁基鋼套箱）、SMW工法樁和放坡等。深水河段宜采用鋼圍堰，但造價(jià)較高；SMW工法樁適用于軟土地質(zhì)，但耗材量多、工期長，需在大型基坑內(nèi)加錨索或內(nèi)支架，以保持基坑穩(wěn)定；放坡開挖比較經(jīng)濟(jì)，但受制于周邊環(huán)境的影響，所需的平面位置較大。綜合施工條件考慮，該文采用“拉森鋼板樁+OC鋼管錨固樁”的組合圍堰施工方法，可有效解決大傾斜堅(jiān)硬巖層由于入巖深度不足，造成的淺埋區(qū)鋼管樁穩(wěn)定性差、防水性能差等問題。錨固樁+鋼板樁的針對(duì)性使用，可確保整體圍堰在大傾斜半裸巖與泥沙覆蓋層的連接處，大大提高了防水性和穩(wěn)定性，同時(shí)也有效加快了施工進(jìn)度并節(jié)約成本。

1 工程背景

臨海市伏龍大橋項(xiàng)目是靈江兩岸重要的連通橋梁，位于靈湖風(fēng)景區(qū)西側(cè)，整體線路呈南北走向，北起張洋路口，向南沿臨海大道至小兩山山腳折向西南，跨靈江后折向東南接伏龍地塊規(guī)劃路網(wǎng)。臨海伏龍大橋工程位于靈湖風(fēng)景區(qū)西側(cè)，全長約1 888 m，寬40 m；主橋跨徑布置為75+156+75=306 m，主橋標(biāo)準(zhǔn)斷面中心線高度為3.8 m，在主墩支點(diǎn)處的局部梁高增加至5 m。布置圖如圖1所示。

伏龍大橋工程主橋P30#承臺(tái)地質(zhì)非常復(fù)雜，主墩承臺(tái)位于靈江水域中，靈江水域常水位為+4.6 m。北岸地層信息為熔結(jié)凝灰?guī)r，平均強(qiáng)度為60 MPa，巖面傾斜角約40 °～45 °，且無覆蓋層，河床標(biāo)高為?5.024 m。同時(shí)，該區(qū)域?qū)儆陲L(fēng)景區(qū)，不能采用爆破等工藝進(jìn)行開挖；受復(fù)雜環(huán)境和地質(zhì)條件等影響，為保障結(jié)構(gòu)合理、工藝可行，該施工項(xiàng)目采用圍堰結(jié)構(gòu)形式、施工工藝進(jìn)行研究，這在不利的地質(zhì)、地形環(huán)境水域中十分必要。

2 圍堰施工方案

2.1 方案原理

OC鋼管錨固樁采用樁徑為70 cm的鋼筋混凝土錨固樁（抗壓、抗彎和擋水構(gòu)件）相互咬合。拉森鋼板樁圍堰通過三角形型鋼焊接于OC錨固樁上。因基坑深度不同和構(gòu)造設(shè)計(jì)需要，在保障安全前提下盡量節(jié)約投資，OC錨固樁分4種設(shè)計(jì)，即D、E、F、G型樁，樁長8～22 m不等。在平面上，所述拉森鋼板樁圍堰包括近江處長邊和上游方向短邊兩道轉(zhuǎn)角咬合的連接組合，然后焊接與OC錨固樁上，錨固樁底部應(yīng)嵌入基巖足夠深度，OC錨固樁與拉森鋼板樁將采用人字形型鋼焊接。在二者之間形成的箱室內(nèi)填入黏土以達(dá)到穩(wěn)定拉森圍堰的作用，并形成連續(xù)性的、以受壓為主的擋土和止水的綜合基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主體。

如圖2所示，在OC錨固樁角點(diǎn)位置設(shè)置抗力樁及加固樁：基坑咬合樁的維護(hù)結(jié)構(gòu)為矩形，根據(jù)力學(xué)原理由四段直線錨固樁咬合而形成維護(hù)結(jié)構(gòu)，四個(gè)角點(diǎn)上尚有徑向推力分量。因此在四個(gè)角點(diǎn)上，設(shè)置抗力樁和加固樁，其中每個(gè)角點(diǎn)分別設(shè)置一根抗力樁和2根加固樁，利用抗力樁和加固樁自身的抗壓強(qiáng)度及抗彎剛度，以及樁后基坑外側(cè)巖土體被動(dòng)土壓力，以抵抗弧形基坑咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳遞來的、基坑對(duì)角線向外的投影合成推力，根據(jù)力學(xué)原理在對(duì)角線垂直方向上的分力因?qū)ΨQ而自相平衡。因基坑下游邊較上游邊低13.2 m，抗力錨固樁分為A型及B型樁設(shè)置，樁徑皆為80 cm，A型樁樁長25 m，布置于上游角點(diǎn)；B型樁樁長9 m，布置于下游角點(diǎn)；錨固樁樁型為C型，樁徑70 cm，樁長10～24 m，樁底嵌入中風(fēng)化基巖的深度不小于1.5 m。

2.2 方案特點(diǎn)

鋼板樁+OC鋼管錨固樁組合圍堰具有以下特點(diǎn)：

2.2.1 結(jié)構(gòu)高效、節(jié)省材料

拉森鋼板樁圍堰通過三角形型鋼焊接于OC鋼管錨固樁上，OC錨固樁提供穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與支撐；在拉森鋼板樁圍堰和OC圍堰之間形成的箱室內(nèi)填入高黏土以克服水壓力，從而起到防水和受力作用。該方法突破了止水難、開挖風(fēng)險(xiǎn)大的難題，盡可能降低材料用量。

2.2.2 實(shí)現(xiàn)高陡坡深基坑富水地層的垂直開挖

該方法可根據(jù)河流流速及傾斜巖面范圍進(jìn)行合理分區(qū)，鋼板樁組合方式靈活，可應(yīng)用于高陡坡復(fù)雜巖層，錨固樁支護(hù)后可實(shí)現(xiàn)垂直開挖，以減少占地面積。

2.2.3 較傳統(tǒng)基坑施工方法工作的安全風(fēng)險(xiǎn)小

該方法相較于傳統(tǒng)深基坑圍堰關(guān)鍵在于OC錨固樁與拉森鋼板樁的組合，填入高黏土克服水壓力，顯著降低了施工難度，且安全風(fēng)險(xiǎn)更小。

3 施工工藝及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

拉森鋼板樁+OC鋼管樁施工工藝流程如圖3所示。

3.2 OC鋼管錨固樁

施工前對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行平整。OC鋼管樁插打確定圍堰，以臨水側(cè)橋軸線上的鎖口鋼管樁為根，先進(jìn)行輔助導(dǎo)向樁的插打施工[1]。

先將輔助導(dǎo)向樁按根鎖口鋼管樁位置放樣，使用履帶將電動(dòng)振動(dòng)樁錘吊起，再通過電動(dòng)振動(dòng)樁錘夾具將輔助導(dǎo)向樁吊起，將兩根輔助導(dǎo)向樁按放樣位置打入地下。在完成輔助導(dǎo)向樁的插入后設(shè)置導(dǎo)向架，然后用履帶將電動(dòng)振動(dòng)樁錘吊起，通過電動(dòng)振動(dòng)樁錘的夾具將吊根鎖口鋼管樁提起，插入導(dǎo)向架，最后啟動(dòng)電動(dòng)振動(dòng)樁錘將其打入地下，從而完成鎖口鋼管樁的插入施工[2]。

鋼管樁錨固采用旋挖鉆成孔、下放鋼筋籠、澆筑水下混凝土的施工工藝，其施工要點(diǎn)如下：

（1）樁機(jī)安裝穩(wěn)定，機(jī)身成水平，保證設(shè)計(jì)樁心與鉆孔樁心位置重合。鉆桿垂直度、鉆孔深度等由全電腦控制儀控制。

（2）運(yùn)用鉆機(jī)本身的三向垂控系統(tǒng)，對(duì)施工過程中的成孔垂直度進(jìn)行反復(fù)檢查，以保證成孔質(zhì)量。

（3）鉆孔應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，注意保持孔內(nèi)泥漿比例。為防止孔壁因某種原因坍塌而停止鉆孔，應(yīng)經(jīng)常檢查樁孔周圍地面土層的變化情況。鉆孔完成后，應(yīng)盡快進(jìn)行混凝土澆筑，以防因孔空時(shí)間過長，引起塌方等意外。

（4）清孔原則采用二次清孔的方法，即第一次清孔應(yīng)在成孔檢查合格后馬上進(jìn)行，并將泥皮從護(hù)筒上清除干凈；鋼筋籠下好后，應(yīng)在澆注前再檢查一遍沉淀層厚度，確保樁底的沉淀層厚度符合設(shè)計(jì)和驗(yàn)標(biāo)要求（不大于5 cm），若超出規(guī)定數(shù)值則必須二次清孔，二次清孔后馬上進(jìn)行灌注。

（5）鋼筋籠下放。第一節(jié)鋼筋籠放入孔內(nèi)，通過加勁箍將鋼筋籠掛在護(hù)筒頂部的工字鋼下面，保證工字鋼的水平和鋼筋籠的豎直。吊裝鋼筋籠第二節(jié)與第一節(jié)對(duì)齊進(jìn)行機(jī)械套筒的連接，后面節(jié)段如此循環(huán)；下放時(shí)鋼筋籠應(yīng)緩而均勻，并根據(jù)下籠深淺隨時(shí)調(diào)整鋼筋籠入孔的垂直度，盡量避免其傾斜擺動(dòng)。

（6）澆筑水下混凝土。水下混凝土灌注工藝的導(dǎo)管埋設(shè)深度，應(yīng)控制在2～6 m為宜，以便于及時(shí)測(cè)量和拆卸導(dǎo)管，并在灌注時(shí)為確定樁的灌注質(zhì)量，對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行上下活動(dòng)。

（7）降低灌注速度，確保灌注頂面距鋼筋骨架底部1 m左右，以防止鋼筋骨架浮起。將導(dǎo)管提起，使其底口高于骨架底口2 m以上，當(dāng)混合物升至骨架底口4 m以上時(shí)，再恢復(fù)正常的灌注速度，這樣就可以起到很好的效果[3]。開始灌注后應(yīng)緊湊連續(xù)，中途嚴(yán)禁停止?jié)沧ⅰ?/p>

（8）澆筑接近尾聲時(shí)，因?qū)Ч軆?nèi)柱高度降低、壓力減小，而導(dǎo)管外泥漿和所含渣土稠度增大、相對(duì)密度增大，導(dǎo)致在澆筑過程中產(chǎn)生較大壓力。在遇到這種情況難以頂升時(shí)，可在孔洞內(nèi)加水稀釋泥漿，抽出一部分沉淀，這樣就能順利進(jìn)行灌注工作。

（9）為確保樁頂混凝土質(zhì)量，導(dǎo)槽頂（底）面的高程設(shè)計(jì)應(yīng)與樁基頂面高程相同，在澆筑樁基混凝土?xí)r，使樁底劣質(zhì)的混凝土溢流出來，并妥善收集處置，直到流出合格的混凝土為止。

3.3 拉森鋼板樁插打要點(diǎn)

與施工止水、安全有關(guān)的拉森鋼板樁施工，是工程施工中最關(guān)鍵的工序之一，應(yīng)注意以下施工要求：

（1）拉森鋼板樁采用液壓自動(dòng)式振動(dòng)一體機(jī)配合振動(dòng)施工，應(yīng)在打樁前認(rèn)真放好樁中線的精密支架，熟悉地下管線及構(gòu)筑物情況[4]。

（2）打樁前應(yīng)逐根檢查鋼板樁，將連接鎖扣處銹蝕變形嚴(yán)重的鋼板樁剔除，待修整合格后方可使用，經(jīng)整修后不合格的鐵板樁禁止使用。

（3）打樁前可在鋼筋樁鎖口涂上油脂，以方便鋼筋樁的打入和拔出。

（4）在鋼板樁插打過程中，隨時(shí)測(cè)量監(jiān)控每塊樁的斜度，當(dāng)偏斜過大不能用拉齊方法調(diào)整時(shí)，必須拔起重打。

3.4 拉森鋼板樁與OC錨固樁結(jié)合

拉森鋼板樁+OC錨固樁圍堰是將拉森鋼板樁通過三角形型鋼焊接于OC錨固樁上，OC錨固樁提供穩(wěn)定結(jié)構(gòu)與支撐，并在拉森圍堰和OC圍堰之間形成的箱室內(nèi)填入黏土以達(dá)到防水、解決受力和穩(wěn)定拉森圍堰的作用。這充分利用OC鋼管樁強(qiáng)度大、變形小，能對(duì)毗鄰構(gòu)筑物具有較好支撐限位的優(yōu)點(diǎn)，通過型鋼焊接與拉森鋼板樁的有機(jī)結(jié)合，使得OC鋼管樁圍堰能為拉森鋼板樁圍堰提供支撐力，既提高了組合式圍堰的強(qiáng)度，強(qiáng)化了對(duì)毗鄰構(gòu)筑物的保護(hù)效果，同時(shí)鋼板樁和鋼管樁組合使用也節(jié)約了施工成本。

4 結(jié)語

拉森鋼板樁+OC錨固樁圍堰在臨海市伏龍大橋中成功應(yīng)用，取得了良好的效益。作為一種基礎(chǔ)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其充分利用了混凝土結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度大的特點(diǎn)，減少了機(jī)械使用，避免了破山開山，施工非常便利，結(jié)構(gòu)更為安全可靠，能夠達(dá)到縮小開挖范圍、降低施工成本、縮短施工工期的目的，可為類似深水基礎(chǔ)施工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]李凡， 翟慶龍， 任威， 等. 鎖口鋼管樁圍堰施工與工藝控制[J]. 公路， 2005（10）： 33-37.

[2]鄒福清. 淺淡陽澄湖隧道湖中段圍堰施工技術(shù)[J]. 城市建設(shè)理論研究（電子版）， 2014（19）： 130-132.

[3]彭寅. 復(fù)雜地質(zhì)深水大直徑樁基施工技術(shù)[J]. 黑龍江交通科技， 2019（8）： 124-125+127.

[4]齊永強(qiáng). 某工程基坑組合支護(hù)技術(shù)施工探討[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)， 2015（31）： 592.

收稿日期：2024-02-05

作者簡(jiǎn)介：王小祎（1990—），男，碩士研究生，工程師，從事大跨度橋梁施工技術(shù)研究及管理工作。