邵建勇

（中鐵二十五局集團(tuán)有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

在市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展、鐵路建設(shè)步伐加快的背景下，我國橋梁工程施工進(jìn)入新發(fā)展階段，各種新工藝、新技術(shù)層出不窮，為橋梁建造質(zhì)量的提升注入了活力。PC 工法樁圍堰施工技術(shù)作為其中的典型代表，具有施工速度快、成本費(fèi)用低等鮮明優(yōu)勢，拆除的PC 工法樁還可以循環(huán)利用，因此該技術(shù)獲得了諸多工程項目的青睞。但受到技術(shù)、管理因素制約，部分PC 工法樁圍堰施工環(huán)節(jié)也出現(xiàn)了穩(wěn)定性不足、插打操作不當(dāng)?shù)葼顩r，結(jié)合案例對其展開研究，有助于克服技術(shù)難點(diǎn)，提高技術(shù)的適用性及可靠性?，F(xiàn)階段有關(guān)PC 工法樁圍堰技術(shù)的研究成果不在少數(shù)，其中楊宗亮[1]從案例工程水文地質(zhì)條件入手，對PC 工法樁圍堰施工參數(shù)及方案進(jìn)行了梳理和設(shè)計，明確了PC 工法樁選型過程、施工部署過程中應(yīng)注意的要點(diǎn)；楊寶生[2]重點(diǎn)聚焦PC 工法樁圍堰結(jié)構(gòu)布置及施工工序問題，借助ANSYS 平臺分析了結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐力情況、彎矩情況等。這些研究各有側(cè)重，為PC 工法樁圍堰施工提供了優(yōu)化思路，但局限性在于工藝細(xì)節(jié)較為模糊。因此，本文結(jié)合工程實際展開研究，提出的PC 工法樁結(jié)構(gòu)計算分析方式、封底堵漏方式等更具針對性和創(chuàng)新性，對于提高技術(shù)應(yīng)用水平有著一定的現(xiàn)實意義。

1 工程概況

引入金溪湖特大橋施工案例，對PC 工法樁圍堰施工技術(shù)進(jìn)行梳理和說明。該項目性質(zhì)為雙線特大橋，案例工程涉及范圍全長為4019.6m，主要梁體形式為現(xiàn)澆雙線簡支箱梁、雙線連續(xù)鋼構(gòu)梁、雙線簡支伸縮梁等。橋墩部分為圓端形實體橋墩，搭配“一”字形實體橋臺，下部使用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。圍堰區(qū)域內(nèi)土體1～8 層分別為粉砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂、粗砂、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、礫砂和粉質(zhì)砂巖。

2 PC 工法樁圍堰施工設(shè)計

PC 工法樁是以傳統(tǒng)拉森鋼板樁為原型改良、發(fā)展而來的新樁體形式，傳統(tǒng)拉森鋼板樁截面剛度較小，應(yīng)用于工程建設(shè)場景時難以應(yīng)對復(fù)雜的載荷環(huán)境，必須借助多層撐錨結(jié)構(gòu)加固，因而成本較高、施工難度較大。而改良后的PC 工法樁截面剛度增大，借助連接小企口與鋼管形成整體，具備組合式圍護(hù)樁特征，可以較好地滿足圍堰建設(shè)時的擋土、隔水需求。其優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是施工深度深，有記錄最大可達(dá)55m；二是適用范圍廣，可在粉土、砂土層中使用，也可以在淤泥質(zhì)土等復(fù)雜土層中應(yīng)用；三是造價成本低，樁體材料可以回收再利用。解決樁體選型問題后，還需要關(guān)注PC 工法樁圍堰的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，該橋梁施工主墩承臺平面尺寸為22.75m×22.75m，厚度為5.5m，承臺采用16 根鉆孔樁，樁基縱向4 排，橫向4 排，河床為+14.46m，臺頂、承臺底設(shè)計標(biāo)高分別為+8.054m 和+2.554m。據(jù)此確定設(shè)計施工水位為+16.0m，圍堰頂設(shè)計標(biāo)高為+17.0m，圍堰的施工設(shè)計如圖1 所示。

該工程使用PLC 組合鋼管樁，組合形式為拉森Ⅳ（Q295bz）+φ820×14 鋼管樁（Q345B），每米組合鋼管樁的截面特性W=5402cm3，第一層內(nèi)支撐采用Q345B型鋼，撐桿采用Q235B 螺旋鋼管，規(guī)格為φ480×10；第二層支撐采用Q345B 型鋼，撐桿采用Q235B 螺旋鋼管，規(guī)格為φ800×16；第三層內(nèi)支撐采用Q345B 型鋼，撐桿采用Q235B 螺旋鋼管，規(guī)格為φ480×10。各道支撐、圍檁采用焊接方式連接，斜撐分別布置于圍檁四角內(nèi)部，中間設(shè)置套靴以確保穩(wěn)定。其中，Q235B 鋼材的最大正應(yīng)力σ=170MPa，最大剪應(yīng)力τ=100MPa；Q345B 型鋼的最大正應(yīng)力σ=240MPa，最大剪應(yīng)力τ=200MPa。對圍堰結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析，過程如下。

2.1 整體穩(wěn)定性計算

該工程引進(jìn)瑞典條分法，對PC 工法樁基坑整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗算，結(jié)果顯示該處穩(wěn)定安全系數(shù)為1.705，大于1.35 的臨界值，能夠滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 坑底隆起穩(wěn)定性計算

計算過程與結(jié)果如式（1）所示。

式（1）中：γm1、γm2分別表示圍堰內(nèi)外鋼板樁底以上土的加權(quán)平均重度；Nq、Nc分別表示圍堰內(nèi)外鋼板樁的承載力系數(shù)；c表示鋼板樁底土層黏聚力；ld表示鋼板樁入土深度；h表示基坑深度。計算結(jié)果符合技術(shù)要求。

2.3 內(nèi)支撐計算

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)長撐桿受力最不利，軸力約為861.5kN，φ480×10 螺旋鋼管計算長度為9.54mm，長細(xì)比為56.8，按照b 類構(gòu)件查得穩(wěn)定系數(shù)為0.824，撐桿受力計算方式如式（2）所示，結(jié)果符合設(shè)計要求。

第二層支撐中，較短撐桿受力最不利，軸力約為4702.6kN，φ800×16 螺旋鋼管計算長度為9.54mm，長細(xì)比為33.2，按照b 類構(gòu)件查得穩(wěn)定系數(shù)為0.924，撐桿受力計算方式如式（3）所示，結(jié)果符合設(shè)計要求。

2.4 不同工況狀態(tài)下的穩(wěn)定性分析

使用有限元分析方法驗算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在兩層支撐的輔助下，圍堰結(jié)構(gòu)完全可以滿足受力要求，能夠為抽水、清淤等施工作業(yè)提供充足施工空間，在減少施工總量的同時提升安全性。

綜上所述，案例工程結(jié)構(gòu)設(shè)計通過了整體穩(wěn)定性驗算、坑底隆起穩(wěn)定性計算、內(nèi)支撐計算和不同工況下的穩(wěn)定性計算，能夠滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和要求。下面對該種方案的具體施工方法進(jìn)行闡述。

3 深水墩中PC 工法樁圍堰施工

3.1 施工準(zhǔn)備

PC 工法樁圍堰施工開始前，應(yīng)對各類構(gòu)件質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)的驗收和復(fù)核。樁身部位外觀應(yīng)當(dāng)完好，長寬比例適宜，端頭矩形比等均要符合要求，重點(diǎn)關(guān)注PC工法樁鎖口位置，看其是否存在松動、變形等缺陷。可以取一塊1.5～2.0m 的、符合驗收標(biāo)準(zhǔn)的PC 工法樁作為參照，對其他規(guī)格的PC 工法樁鎖口構(gòu)件進(jìn)行對比檢查，過程中可借助卷揚(yáng)機(jī)等設(shè)備提高檢查效率。對于存在割孔、斷面病害的鋼板樁，要視情況進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或者棄用處理，驗收完畢后統(tǒng)一分類、編號和登記。補(bǔ)強(qiáng)過程中可用的技術(shù)手段較為多樣，比如焊補(bǔ)、鉚補(bǔ)，以及冷彎、熱敲等，注意熱敲時要控制好溫度，通?？刂圃?00～1000℃較為適宜。同時，準(zhǔn)備好施工所用的材料、設(shè)備等，該工程配備了大型空壓機(jī)，用于抽出圍堰內(nèi)淤泥及河卵石層；配備了長臂鉤機(jī)，用于處理砂礫層；配備了剛性導(dǎo)管、C30 免振搗高流態(tài)自密實混凝土等，用于封底堵漏；配備BP-42 型振動錘，用于施打鋼板樁[3]。

3.2 定位樁插打及導(dǎo)向安裝

PC 工法樁插打環(huán)節(jié)需要提前測量放樣，根據(jù)測量結(jié)果對樁架構(gòu)件進(jìn)行逐一拼裝，然后打設(shè)鋼管定位樁，為后續(xù)施工做鋪墊。此次施工使用的定位樁直徑為600mm，分別設(shè)置于圍堰四周，施工設(shè)備為BP-42型振動錘，現(xiàn)場搭配導(dǎo)向架以提升操作精準(zhǔn)性。定位樁打設(shè)結(jié)束之后，逐一安裝導(dǎo)框、內(nèi)導(dǎo)梁，框梁結(jié)構(gòu)均采用型鋼原料，可以起到約束、導(dǎo)向的作用，同時還能夠為圍堰提供支撐，削弱水體、土體產(chǎn)生的不利影響。注意導(dǎo)框、內(nèi)導(dǎo)梁的安裝情況對后續(xù)施工影響較大，要及時借助經(jīng)緯儀、水平儀進(jìn)行定位測量，導(dǎo)梁高度務(wù)必要適宜，不能出現(xiàn)下沉、變形情況，導(dǎo)框由圍檁樁構(gòu)成，間距控制在2.5～3.5m 之間。插打過程與導(dǎo)框安裝過程同步，每插打好一個組樁或單樁，就要將導(dǎo)框轉(zhuǎn)掛至其上，以提高施工效率。插打的順序應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一，通常由上游開始，至下游合龍結(jié)束。

3.3 打鋼板樁

該工程使用屏風(fēng)式鋼板樁打入技術(shù)，能夠較好地規(guī)避鋼板樁扭轉(zhuǎn)、傾斜風(fēng)險，確保打入效果的優(yōu)化，對于后續(xù)封閉合龍施工也有較好的鋪墊、支撐作用。施工環(huán)節(jié)需要先將部分樁體構(gòu)件插入提前裝好的導(dǎo)架中，數(shù)量通?？刂圃?0～20 根即可，插入完畢后的鋼板樁呈屏風(fēng)狀。然后對“屏風(fēng)”兩端鋼板樁進(jìn)行施打，確認(rèn)其達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后，焊接固定于圍檁之上。該鋼板樁全部打設(shè)結(jié)束后，要及時開展圍堰閉水性檢查，若發(fā)現(xiàn)漏水缺陷，則要及時填補(bǔ)、焊接修復(fù)，最大程度地保證施工安全。

3.4 封底及抽水堵漏

由于圍堰處于水下環(huán)境，水體會自發(fā)產(chǎn)生向上作用力，進(jìn)而影響樁體穩(wěn)定性，因此在抽水施工之前，還需要進(jìn)行水下封底處理。處理過程中需要先設(shè)置導(dǎo)管，以圍堰為中心找到4 個角點(diǎn)，每個角點(diǎn)布置1 套導(dǎo)管，灌注半徑在3m 左右，中間部分對應(yīng)補(bǔ)充，形成4×4 導(dǎo)管隊列，下口懸空20～30cm。錨固施工完畢并檢測合格之后，對圍堰內(nèi)側(cè)進(jìn)行封底，采用剛性導(dǎo)管法、C30 自密實高流態(tài)免振搗混凝土原料，灌注厚度控制在80cm 左右，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)配比緩凝時間不小于9h，能夠滿足設(shè)計需求?；炷两y(tǒng)一在攪拌站拌和完畢并運(yùn)送至現(xiàn)場灌注，灌注順序應(yīng)為先上游、后下游，防止高處混凝土往下游流動，導(dǎo)致導(dǎo)管底脫空等問題，灌注完成的混凝土表面要大致水平。灌注過程中跟蹤控制導(dǎo)管埋深，建議每15min 進(jìn)行一次測量，以設(shè)計灌注標(biāo)高為準(zhǔn)，確定初次灌注高度，通常小于設(shè)計值5cm，后續(xù)抽水完畢后完成剩余灌注操作[4]。待到封底完成，要及時進(jìn)行內(nèi)支撐的焊接工作，該工程內(nèi)支撐體系采用鋼管構(gòu)件，規(guī)格為630mm，在支撐與圈梁的結(jié)合部分，還設(shè)置了加勁板，能夠減少應(yīng)力集中帶來的不利影響。

3.5 鋼板樁拔除

基坑回填后即可開展鋼板樁的拔除工作，注意拔除操作要謹(jǐn)慎，防止操作速度過快、操作力度過大增加土體異常沉降風(fēng)險。拔除時統(tǒng)一拆除水下支撐，按照打樁順序逆向拔除樁體。該工程使用振動錘輔助操作，設(shè)備運(yùn)行環(huán)節(jié)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動，并對周邊土體產(chǎn)生擾動，進(jìn)一步削減土體黏聚力，然后采用吊升方式達(dá)成拔除目標(biāo)。注意在封閉式板樁墻中，要嚴(yán)格控制拔樁起點(diǎn)選取問題，最好與角樁空開5 根樁體的距離。起重機(jī)加荷操作應(yīng)當(dāng)勻速、漸進(jìn)，與振動錘作業(yè)同步推進(jìn)，需要提前了解吊車減震器彈簧壓縮極限，以其為基準(zhǔn)，適當(dāng)調(diào)小起吊力以確保施工安全。部分情況下會出現(xiàn)拔除阻力過大的問題，要采取適當(dāng)措施預(yù)防糾正，可以在灌注完第一層承臺混凝土?xí)r，適當(dāng)提起鋼板樁，降低二者之間的黏結(jié)力，為后續(xù)拔除操作做好鋪墊。也可以使用間歇振動的方法輕微錘擊，單次振動時長控制在15min 左右。也可以借助柴油錘，將鋼板樁適當(dāng)下振一段距離，然后再使用振動錘交替振打、外拔，注意下振深度應(yīng)控制在100～300mm之間。

4 結(jié)語

綜上所述，PC 工法樁圍堰施工技術(shù)在橋梁深水墩項目工程中有著極高的適用性，實踐中要給予充分重視。要準(zhǔn)確掌握技術(shù)發(fā)展前沿動態(tài)，科學(xué)開展技術(shù)方案編制工作，結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)、水文條件組織施工平臺搭建工作、導(dǎo)架安裝工作，以及鋼板樁打插、拔除工作等，控制好導(dǎo)架、鋼板樁等構(gòu)件的安裝打設(shè)誤差，做好后期的監(jiān)測和堵漏處理，為PC 工法樁圍堰質(zhì)量的優(yōu)化奠定堅實的基礎(chǔ)。