張基成

（徐州市公路事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 徐州 221000）

1 工程概況

某橋梁總長度設(shè)計(jì)為467.30m，跨越江寬175m，橋梁流域的深度為5.5～6.5m，橋下水流速較慢，橋梁區(qū)域內(nèi)每年4～9月份降雨量較大，屬于汛期，水位波動(dòng)會(huì)對(duì)橋梁的7～10 號(hào)橋墩施工造成影響。橋梁跨越的流域?qū)儆冖黾?jí)航道，該流域的通航水位設(shè)計(jì)為27.31m，通航的凈高度設(shè)計(jì)為6.0m，凈寬設(shè)計(jì)為2×46m。河床部位的地質(zhì)結(jié)構(gòu)為砂礫石層、圓礫土、卵石土、風(fēng)化巖石、強(qiáng)風(fēng)化巖石、弱風(fēng)化巖石、弱風(fēng)化角巖。2009 年，某地質(zhì)勘查單位對(duì)該橋梁區(qū)域內(nèi)的河床部位進(jìn)行了勘查，勘查范圍為橋梁軸線兩側(cè)以外20m。

鋼板樁圍堰屬于應(yīng)用較為廣泛的板樁圍堰之一，不僅具備強(qiáng)度高、優(yōu)良的防水性能等優(yōu)勢，而且可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要組成不同外形的圍堰，并且能夠多次重復(fù)使用。將其與鋼圍堰進(jìn)行比較，具備縮短工期、降低施工難度、經(jīng)濟(jì)效益良好的優(yōu)勢，在橋梁工程中廣泛使用在沉井圍堰，管柱基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、明挖基礎(chǔ)的圍堰等項(xiàng)目中。

2 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

2.1 圍堰設(shè)計(jì)

結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙來看，圍堰的幾何尺寸設(shè)計(jì)為：橫橋方向15.5m，順橋方向12m，其中10 號(hào)橋墩部位10.8m，鋼板樁圍堰與承臺(tái)外緣之間的距離為1.2m。

該項(xiàng)目中適用的鋼板樁是拉森Ⅳ型鋼板樁，長度為16m。鋼板樁頂部高程為+22.67m，鋼板樁的屈服強(qiáng)度為215MPa。

2.2 鋼板樁圍堰計(jì)算

在設(shè)計(jì)鋼板樁圍堰的支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，流域水位確定為+22.67m，鋼板樁圍堰的計(jì)算參數(shù)參照表1。

表1 鋼圍堰計(jì)算參數(shù)

鋼板樁圍堰的穩(wěn)定性可以使用抗傾覆計(jì)算式確定：

式（1）中：G為鋼板樁重量，包含內(nèi)支撐+封底混凝土自重+樁基總重量（kN）；F為河水向上的浮力（kN）。

Ks=1.285＞1.2，滿足抗傾覆安全要求。

3 鋼板樁圍堰施工技術(shù)要點(diǎn)

通常，在水中基礎(chǔ)的鋼板樁圍堰施工中，一般用“圍囹”作為鋼板樁的導(dǎo)向和支承結(jié)構(gòu)。82#墩如若采用圍囹方案，不僅其結(jié)構(gòu)龐大復(fù)雜，而且還需用大量錨碇設(shè)備和工程船舶（如圍囹拼裝船、導(dǎo)向船、定位船等），很不經(jīng)濟(jì)。該墩靠近岸邊（其中心至河南岸河堤約100m），施工水深一般只有6～7m，最深時(shí)約10m，覆蓋層厚度一般為6～8m。項(xiàng)目土質(zhì)為淤泥砂質(zhì)黏土，這對(duì)于打入樁施工是很方便的，因此改用鋼樁平臺(tái)代替了“圍囹”。鋼樁系由2-[20 或2-[22 組成箱形合槽，長度約15.0m，入土深度5～6m。為提高其單位樁承載力，特在距樁尖約5m 處的樁身上，加焊了用槽鋼構(gòu)成的水平橫擔(dān)，以增大樁身在土中的承載面積。鋼樁間距一般為2.0m（φ3.0m 鉆孔樁范圍內(nèi)約4.0m），鋼樁之間用型鋼焊聯(lián)成整體，使之形成一個(gè)樁基平臺(tái)，其頂面為鉆孔樁施工平臺(tái)，四周則設(shè)置了2 層由I36 組成的上、下內(nèi)導(dǎo)環(huán)。實(shí)踐證明，這一方案在特定條件下是經(jīng)濟(jì)合理的。

3.1 鋼板樁整修和接長

鋼板樁進(jìn)入施工現(xiàn)場以后，對(duì)鋼板樁表面進(jìn)行平整處理，具體將鋼板樁表面的銹跡清理干凈，并清除表面的雜物，確保鋼板樁足夠順直，鎖口部位連接牢固。因鋼板樁的分節(jié)長度無法達(dá)到實(shí)際施工的需求，所以在施工現(xiàn)場對(duì)鋼板樁進(jìn)行接長處理，保證焊接部位足夠牢固。妥善保管接長后的鋼板樁，便于后期施工使用。

3.2 鉆孔平臺(tái)拆除和圍檁導(dǎo)向架安裝

當(dāng)樁基礎(chǔ)施工完成后，則可以拆除貝雷梁與鋼主梁，沿著鋼護(hù)筒的外沿依次安裝導(dǎo)向架，將導(dǎo)向架作為吊裝內(nèi)支撐、圍檁的限位裝置。導(dǎo)向架與圍檁底部設(shè)置牛腿，以此支撐底部的圍檁。

在開展沉樁作業(yè)時(shí)需設(shè)置導(dǎo)向架，其具體由導(dǎo)向樁和導(dǎo)梁構(gòu)成，以此保證沉樁垂直度與施打板樁墻面平整度滿足規(guī)范。鋼板樁導(dǎo)向架位置的精準(zhǔn)性會(huì)對(duì)沉樁的質(zhì)量造成顯著影響，導(dǎo)向架的強(qiáng)度與剛度也要符合設(shè)計(jì)要求，在設(shè)置導(dǎo)向架的過程中必須重視以下幾點(diǎn)：①使用全站儀、水平儀控制導(dǎo)向梁的位置；②導(dǎo)向梁的高度必須具備合理性，以此提升沉樁作業(yè)的效率；③導(dǎo)向量必須保持筆直，且不得與鋼板樁發(fā)生碰撞。

3.3 圍檁內(nèi)支撐整體制作和起吊安裝

圍檁使用3HN700mm×300mm 型鋼加工制作而成，內(nèi)支撐采用1000mm×14mm 鋼管。底部及中間部位的圍檁頂部設(shè)置豎向鋼管，將其作為上層圍檁的支撐構(gòu)件。逐層安裝圍檁，并保證圍檁安裝位置精準(zhǔn)。

（1）鋼板樁打樁作業(yè)完成后測量圍堰的凈尺寸。結(jié)合測量的實(shí)際尺寸拼裝，加工制作斜支撐型鋼。在鋼板樁表面測量標(biāo)記圍檁的底部標(biāo)高，并焊接牛腿。

（2）及時(shí)安裝型鋼的內(nèi)支撐，開挖一部分、安裝一部分內(nèi)支撐。內(nèi)支撐安裝的過程中需保證鋼管內(nèi)支撐與圍檁交接點(diǎn)強(qiáng)度滿足規(guī)范要求?？梢栽趦?nèi)支撐與圍檁交接部位設(shè)置20mm 厚的鋼墊板，發(fā)揮出調(diào)節(jié)受力作用。

3.4 插打鋼板樁

鋼板樁的插打方法會(huì)對(duì)圍堰的平整度、剛度造成影響。所以，鋼板樁插打時(shí)，必須合理選擇施工機(jī)械，同時(shí)保證插打方法的合理性。根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況，適當(dāng)提高鋼板樁的防滲漏性能，待樁基礎(chǔ)施工完成，使用50t 吊機(jī)吊掛90kW 振動(dòng)錘進(jìn)行作業(yè)，拆除一部分作業(yè)平臺(tái)后則開始拆除一跨鉆樁平臺(tái)，施打一部分鋼板樁，直至合龍完畢。

考慮到施工成本以及工期的影響，在選擇插打方法時(shí)，優(yōu)先選擇使用單獨(dú)插打法，效率比較高。單獨(dú)插打過程中，應(yīng)著重把控鋼板樁插入的傾斜度。對(duì)此，應(yīng)提前測量放線出圍堰的軸線，然后安裝導(dǎo)向架。在使用90kW 振動(dòng)錘進(jìn)行插打作業(yè)之前，施工單位委派專人復(fù)核鋼板樁的尺寸，插打時(shí)鋼板樁不得出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象。沉樁過程中注意控制標(biāo)高誤差，并避免發(fā)生溜樁等情況[1]。鋼板樁插打過程中不斷調(diào)整垂直度，保證垂直度偏差控制在2%以內(nèi)，否則換用其他機(jī)械設(shè)備施工。當(dāng)插打垂直度偏差比較大時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)累計(jì)誤差，導(dǎo)致施工難度進(jìn)一步增大，嚴(yán)重時(shí)可能需要返工，導(dǎo)致施工單位的成本增大，且延長工期。

3.5 體系轉(zhuǎn)換

鋼板樁插打結(jié)束后實(shí)施首次體系轉(zhuǎn)換作業(yè)，焊接加固鋼板樁、圍檁、內(nèi)支撐，并拆除臨時(shí)支撐牛腿，使用方木支撐圍檁、鋼板樁，確保圍檁受力均勻。

3.6 圍堰內(nèi)吸泥

（1）水下吸泥水位控制。封底混凝土表面以上的土層主要是黏性粉質(zhì)土、砂性土、粉砂，所以吸泥作業(yè)的難度不大。橋墩圍堰部位的河床底部標(biāo)高大致保持在-3.5～4.0m。當(dāng)?shù)谌纼?nèi)支撐安裝完成，安裝到位后確保圍堰內(nèi)外水位保持一致，再次進(jìn)行吸泥作業(yè)，吸泥至-6.0m 標(biāo)高部位，然后抽水并安裝第四道內(nèi)支撐。最簡易的施工方法是在鋼板樁上預(yù)留閥門孔來實(shí)現(xiàn)水體流動(dòng)的平衡，利用相關(guān)資料確定最低水位的標(biāo)高。

（2）墩位處封底混凝土底面以上的土層屬于砂、細(xì)砂層，具體通過吸泥機(jī)把圍堰內(nèi)側(cè)水位下降到封底混凝土表面標(biāo)高。在實(shí)施吸泥作業(yè)時(shí)，加強(qiáng)對(duì)鋼板樁、鋼護(hù)筒附近區(qū)域的補(bǔ)吸，若情況比較特殊，可以委派專業(yè)的潛水員下潛至鋼護(hù)筒部位進(jìn)行清理，確保水下混凝土的黏結(jié)力，避免出現(xiàn)管道滲漏現(xiàn)象。吸泥作業(yè)完成后，使用鋼絲繩測量高程，保證各控制點(diǎn)的高程不超過設(shè)計(jì)高程。

（3）吸泥后處置措施。如吸泥作業(yè)完成后圍堰底部仍然存在泥漿，可能會(huì)對(duì)混凝土與鋼板樁之間的密閉效果造成負(fù)面影響，所以需要通過人工進(jìn)一步清理。一般情況下，施工單位委派專業(yè)的潛水人員攜帶高壓水槍清理鋼板樁內(nèi)的淤泥、雜質(zhì)，并使用泥漿分離器將殘?jiān)斔椭聊酀{船上。

3.7 封底混凝土水下灌注

圍堰內(nèi)部區(qū)域吸泥作業(yè)完成后，使用鋼護(hù)筒澆筑作業(yè)平臺(tái)，并設(shè)置集料斗、導(dǎo)管。在安裝導(dǎo)管的過程中，兼顧水下混凝土的流動(dòng)半徑、鋼護(hù)筒與鋼板樁的邊角部位帶來的影響，結(jié)合實(shí)際情況，共設(shè)置23 個(gè)澆筑點(diǎn)，以保證澆筑面得到全面覆蓋。導(dǎo)管間距宜8m，導(dǎo)管底部出漿口距離泥面的距離為0.2～0.3m。由于圍堰內(nèi)的泥土表面凹凸不一，所以需要檢查每根導(dǎo)管的底口。第一批混凝土灌注結(jié)束后，導(dǎo)管埋設(shè)深度設(shè)計(jì)為1.3～1.6m。確保圍堰封底混凝土灌注一次成型。

封底混凝土施工過程中需要注意以下事項(xiàng)：

（1）導(dǎo)管水下澆筑混凝土的過程中，需要承受混凝土的自重以及拔管過程中的拉應(yīng)力，同時(shí)承受管壁與混凝土之間的摩擦力，加之管道自身的重量，所以導(dǎo)管必須具備足夠的強(qiáng)度。導(dǎo)管拼裝完成后進(jìn)行水密試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力不得低于水壓的1.5 倍。導(dǎo)管使用法蘭盤螺栓進(jìn)行連接，并設(shè)置止水橡膠墊。

（2）該項(xiàng)目的圍堰尺寸較大，意味著封底混凝土的方量非常大，因此導(dǎo)管法澆筑混凝土?xí)r必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求展開作業(yè)，具體施工順序?yàn)椋貉刂鴿仓^(qū)域的四周緩慢向中間部位進(jìn)行澆筑，由低處向高處進(jìn)行澆筑。這種施工方式可以避免浮漿現(xiàn)象，同時(shí)保證導(dǎo)管底口不會(huì)進(jìn)水，提高混凝土澆筑的質(zhì)量[2]。

3.8 圍堰抽水、護(hù)筒割除、樁頭及墊層清理

封底混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求方可進(jìn)行圍堰內(nèi)部抽水施工。抽水過程中加大對(duì)內(nèi)支撐、鋼板樁、圍檁形變、應(yīng)力的觀測頻率。當(dāng)圍堰內(nèi)的水位下降后，圍堰的受力狀態(tài)也會(huì)隨之發(fā)生變化，所以，應(yīng)不斷調(diào)整抽水的速度，以保證圍堰鎖口部位咬合[3]。

3.9 承臺(tái)施工

承臺(tái)施工可細(xì)分為兩次作業(yè)，首層承臺(tái)部位的鋼筋、模板施工完成后進(jìn)行二次體系轉(zhuǎn)換，把底層內(nèi)支撐轉(zhuǎn)移到首層承臺(tái)上，再拆除承臺(tái)范圍內(nèi)的底層內(nèi)支撐，完成后繼續(xù)開展第二次承臺(tái)施工。

3.10 第1節(jié)至第2節(jié)墩柱施工

承臺(tái)施工結(jié)束后開展第三次體系轉(zhuǎn)換施工，把頂層內(nèi)支撐轉(zhuǎn)移到第二層承臺(tái)上，再開展第1 節(jié)、第2 節(jié)墩柱施工。

3.11 鋼板樁圍堰拆除

當(dāng)橋墩施工完成且出水后，則開始拆除圍堰。圍堰內(nèi)的圍檁通過切割的方式拆除，吊運(yùn)至指定部位，回水水位應(yīng)與圍堰外側(cè)的水位保持一致，然后逐根拔出鋼板樁并整齊堆放。承臺(tái)施工完成后將臨時(shí)設(shè)施全部拆除，承臺(tái)驗(yàn)收后開始向基坑內(nèi)回填砂土至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再安裝上部結(jié)構(gòu)支架，支架安裝完成后拆除圍檁?；踊靥钪埃阡摪鍢秲?nèi)側(cè)涂刷機(jī)油，降低鋼板樁拔出過程中的摩擦阻力。在拔出鋼板樁的過程中，使用振動(dòng)錘夾住鋼板樁的端部振動(dòng)1～2min，促使周圍的土體松動(dòng)，降低周圍土體對(duì)鋼板樁的摩擦力，接著緩慢拔出鋼板樁。此外，密切觀測振動(dòng)錘的負(fù)荷狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)拔樁難度較大，立即暫停，采取有效措施處理，難度降低后繼續(xù)拔樁作業(yè)。

4 施工質(zhì)量控制措施

為了保證施工整體質(zhì)量，必須做好以下幾項(xiàng)控制措施：

（1）鋼板樁拼接過程中，兩端需使用夾具進(jìn)行加固和焊接，確保鋼板樁兩端的端頭間距不超過3mm，斷面錯(cuò)位控制在2mm 以內(nèi)。若使用的是新鋼板樁，則需要出具合格證，并測量鋼板樁的尺寸，檢查其是否符合設(shè)計(jì)要求。

（2）拼裝的鋼板樁兩端保證對(duì)齊，誤差控制在3mm 內(nèi)，鋼板樁自上而下保持一致，整體誤差控制在30mm 內(nèi)，所有鎖口部位均需涂刷防水材料，保證鎖口部位足夠密實(shí)。

（3）為確保插樁順利，保證樁身處于垂直狀態(tài)，且圍堰附近的鋼板數(shù)量滿足實(shí)際需求，第一組鋼板樁加固在導(dǎo)向鋼管樁上，沿著導(dǎo)向鋼管樁向下插打，由于上下組的鋼板樁寬度并非完全一致，所以鎖口之間的間隙可能會(huì)存在一定差異，樁身部位也可能會(huì)出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)樁身傾斜立即進(jìn)行調(diào)整，確保鋼板樁順著圍堰垂直方向的傾斜度控制在5%內(nèi)。

（4）鋼板樁插打過程中，需在鋼板樁的頂部安裝樁帽，保證鋼板樁頂部不會(huì)損壞。合理控制錘擊力度，避免樁尖彎曲，導(dǎo)致拔樁的難度增大。應(yīng)用振動(dòng)沉樁方式開展施工，沉樁時(shí)，需確保振動(dòng)錘、夾具、鋼板樁一直處于同一垂直線上，以此減少鋼板樁的偏移誤差。通過振動(dòng)錘夾緊鋼板樁慢慢吊起，使得鎖口插入在相鄰鋼板樁的鎖口內(nèi)，等鋼板樁穩(wěn)定后方可進(jìn)行下沉作業(yè)。

以下沉2～3m 為間隔，關(guān)注和檢查鋼板樁的垂直度，如果存在偏差需要及時(shí)調(diào)整。插打作業(yè)遵循“插樁正直，分散即糾，調(diào)整合龍”的原則進(jìn)行。導(dǎo)向樁安裝必須牢固，鋼板樁插打過程中保證平面位置的精準(zhǔn)性。初打時(shí)，采用慢打下沉的方式，這個(gè)過程中始終保證鋼板樁的垂直度。此外，為保證鋼板樁插打過程中鋼板樁自身不會(huì)損壞，鋼板樁自身需具備足夠的強(qiáng)度與剛度。如沉樁時(shí)下沉速度突然變慢，此時(shí)應(yīng)該暫停作業(yè)，提起鋼板樁約0.6～1.0m后重新快速下沉。

5 結(jié)語

在橋梁深水基礎(chǔ)施工中采用鋼板樁圍堰技術(shù)可以取得良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，之后相關(guān)人員應(yīng)對(duì)其在水位更深、流速更大施工情況下的可行性進(jìn)行研究。鋼板樁圍堰施工是橋梁承臺(tái)施工過程中使用較為頻繁的一種施工方法，在實(shí)際施工過程中，圍堰內(nèi)支撐設(shè)置完成后，可以使用吊架下放、內(nèi)支撐后制作兩種方式。內(nèi)支撐后制作施工方式相對(duì)更為簡單，可以縮短施工工期，但是存在一定的安全隱患，需要采取有效的防護(hù)措施以保證施工順利展開。在本項(xiàng)目中，該方案得到了順利的實(shí)施，對(duì)以后同類項(xiàng)目的施工具有參考價(jià)值。