漢宜鐵路彭市漢江特大橋主墩基礎鋼板樁圍堰施工技術

張俊慶

(中鐵十二局集團第一工程有限公司，山西臨汾 041000)

1 工程概述

1.1 工程概況

新建漢宜鐵路彭市漢江特大橋位于仙桃市沉湖鎮漢江橋上游約33 km處，橋梁中心里程為DK108+536.025。主橋以1聯(102.8 m+168 m+102.8 m)預應力混凝土連續剛構跨越漢江河道。其中119號墩位于堤岸邊坡上，120號墩位于漢江河道中，河道四季有水。

主墩承臺平面尺寸為26.9 m×21.1 m，高度為5 m，墩座平面尺寸為13.5 m×18.4 m，高度為2.5 m。河床土層以粉質黏土、粉土為主。大橋橋位處左側河堤頂高程為37.1 m，右側河堤頂高程為38.3 m，河床底最低高程為20.58 m，設計施工水位為26.5 m。根據水文資料，近10年最低水位為21.33 m(2008年3月21日)，最高水位為33.84 m(2003年9月8日)。左右大堤間寬545 m，最高通航水位36.26 m，最低通航水位23.43 m。通航孔通航凈空尺度:航道等級為Ⅲ級，凈寬不小于150 m;凈高在最高通航水位以上不小于10 m。

1.2 施工水位的確定

因水位變化對水中墩施工有直接的影響，對水文站近8年的水位情況進行了初步調查統計。根據總工期要求，結合現場實際情況，主橋樁基計劃在2008年12月至2009年3月初前完成，承臺在2009年5月中旬完成，墩身在2009年5月底前出水(墩頂施工高程高于30 m)，根據總體施工計劃，施工水位按近8年同期最高水位為25.37 m確定，考慮行船、風浪引起的水流沖擊，鋼板樁頂高增加到28.0 m，施工檢算按26 m進行設防［1］。

2 圍堰方案比選

水中施工常用鋼圍堰有鋼板樁、鋼套箱、鋼吊箱等形式［2］。從基礎結構形式看，119號、120號墩主墩承臺屬低樁承臺，施工宜采用鋼板樁、鋼套箱2種方案。

彭市漢江特大橋水中墩是我標段管理重點，必須緊抓枯水期施工，確保2009年汛期前墩身出水面，方便后續工程施工，為早日完成彭市漢江特大橋奠定基礎和創造條件。因此方案選擇在保證安全的前提下要確保“2009年5月27日前墩身出水面”。

2.1 鋼套箱圍堰

119號墩鋼套箱圍堰地處岸邊斜坡，沿橋縱向兩側高差8 m，套箱下沉須將地面整平，但因樁基已施工，樁間距離較小，加上施工平臺影響，河床整平困難。河床土層為黏土及粉質黏土，水下開挖難度大，圍堰下沉周期長。

120號墩鋼套箱圍堰需下沉15 m，吸泥下沉周期長。16 m套箱分3節，現場需要接高2次，澆筑配重混凝土輔助下沉，工序多，時間長，成本加大。根據我單位天興洲大橋061號墩類似經驗，圍堰下沉到位和承臺施工，共需90 d時間。

2.2 鋼板樁圍堰

在天興洲正橋施工中，橋位地質和水文條件與漢江橋相似，河床土層以粉質黏土、粉土為主，承臺尺寸與水文條件也大致相同。119號墩地處坡地，與天興洲大橋065號墩施工情況相同;120號墩水深條件和地形與天興洲大橋060號墩接近。漢江橋施工在相似條件下進行方案優化，承臺采用一次性澆筑，可以在60 d之內完成。

2.3 初步比選結論

經比選，兩墩采用鋼板樁圍堰方案能滿足工期需要。

3 鋼板樁圍堰布置

鋼板樁采用拉森Ⅵ型，119號墩采用20 m鋼板樁，120號墩采用22 m鋼板樁。119號、120號墩內支撐根據挖深不同分別采用2道和3道。支撐系統采用H588型鋼作為圈梁，平面支撐采用 φ530 mm(δ10 mm)、φ630 mm(δ12 mm)鋼管結構，豎向采用 φ270 mm鋼管與內支撐連接形成三維空間體系，增強支撐結構穩定性［2～6］。

119號墩鋼板樁的具體布置如圖1～圖3所示。

圖1 圍堰立面(單位:mm)

圖3 第二道支撐平面布置(單位:mm)

120號墩鋼板樁的具體布置如圖4～圖7所示。

4 鋼板樁圍堰施工方法和工藝

鋼板樁圍堰施工承臺工藝流程見圖8。

4.1 插打鋼板樁前的準備工作

圖4 圍堰立面(單位:mm)

圖6 第二、三道支撐平面布置(單位:mm)

圖7 內支撐豎向連接(單位:mm)

鋼板樁插打前準備工作包括:拆除鉆孔平臺，對河床進行清理，避免在鋼板樁插打位置遇到障礙物;鋼板樁的整理、接長;鋼板樁變形檢查，振動錘檢查;涂刷黃油混合物油膏:為了減少插打時鎖口間的摩擦和減少鋼板樁圍堰的滲漏，在鋼板樁鎖口內涂抹黃油混合物油膏(質量配合比為瀝青∶黃油∶滑石粉∶鋸末=4∶6∶10∶1)。

4.2 鋼板樁圍堰的吊運、插打

拆除平臺頂面妨礙插打鋼板樁的部分平臺及部件。先在護筒上焊接牛腿，安裝頂層內支撐，做為鋼板樁插打的定位系統。安好內外導框及木塞等，并保證其牢固。檢查插打鋼板樁的振動錘、浮吊、船只、履帶吊等設備，使之配套，以供使用。

圖8 鋼板樁圍堰施工承臺工藝流程

鋼板樁的插打利用起重機配合DZ90型振動錘的方法逐片插打。起吊前，鎖口內填嵌黃油瀝青混合料。鋼板樁的插打應該從上游中心開始為宜，向兩側對稱依次插入，在下游側合龍。

鋼板樁插打至設計高程后，立即與導向架進行焊接，以抵抗水流沖擊。插打鋼板樁時應保證其傾斜度不大于0.5%，且要緊靠內導框，其間隙不得大于20 mm［7］。否則要采取措施，檢查加固內外導框等。

插打過程中，須遵守“插樁正直，分散即糾，調整合龍”的原則。

4.3 鋼板樁的合龍

由于各種因素的影響，鋼板樁合龍口不可能與設計尺寸絲毫不差，當誤差不大時可采取千斤頂互頂、滑車組張拉等辦法調整合龍口尺寸，然后插入合龍鋼板樁。當誤差較大采取上述措施仍無法合龍時，可制作異形鋼板樁進行合龍。鋼板樁圍堰合龍后，必須將外導環與鋼板樁之間空隙逐個以硬木塞緊。

4.4 鋼板樁圍堰可能遇到的問題及預防措施

4.4.1 插打鋼板樁預防傾斜的措施

在插鋼板樁前，除在鎖口內涂以潤滑油以減少鎖口的摩擦力外，同時在未插套鎖口下端打入鐵楔或硬木楔，防止沉入時泥沙堵塞鎖口。采用復式滑車組糾正鋼板樁的傾斜。在堅實土地帶插鋼板時，可將樁尖截成一定角度，利用其反力，使已傾斜的鋼板樁逐步恢復正常。

4.4.2 鋼板樁鎖口漏水處理

鋼板樁由于插打不當、吊裝不慎撞擊等作用，致使鎖口發生變形，出現滲漏。其補救措施是:在漏水鎖口處的圍堰外側利用導管投撒細煤渣，煤渣沉至漏水高度處即可堵塞漏水。或用麻袋盛裝細煤渣沉入水中，用活扣反倒在漏水部位，亦可堵漏。

4.5 圍堰內抽水、吸泥、安裝內支撐及水下封底

鋼板樁插打完畢后，開挖過程中及時進行內支撐的安裝。

圍堰內開挖采用長臂挖機或小型挖機配合吸泥開挖的方法進行。進入鋼板樁圍堰底部施工時，由于水深壓力大，可采用有水開挖，采用長臂挖機或小型挖機配合吸泥開挖的方法進行，以確保施工安全。

開挖施工中，隨時檢查支護，做好防、排水工作，并加強底部滲水觀測，防止突然涌水現象的出現。

水下吸泥、清淤到設計高程后，即可進行水下封底混凝土施工，封底混凝土強度等級為C30，119號墩圍堰的封底厚度為2.5 m，120號墩圍堰的封底厚度為3.0 m。封底混凝土須一次性澆筑完成。混凝土由拌和站集中拌制，由混凝土罐車運至現場并通過汽車泵泵送。封底混凝土的澆筑順序:先低處，后高處(先將低處混凝土灌高，避免高處灌注的混凝土往低處流，使導管底口脫空而進水或導管埋深過淺)。混凝土的澆筑應先四周后中間，并確保混凝土表面大致水平。

待水下封底混凝土達到設計強度后，抽除圍堰內的水，鑿除、修整封底混凝土墊層，并在圍堰四周作排水槽、集水井，用以在承臺施工期間抽排滲水。

4.6 圍堰變形觀測

4.6.1 測量控制網的建立

平面控制網采用GPS測設加密，高程采用三等水準附合水準線路。依據現有觀測點新建4個觀測控制點，建立的方法按普通標石埋設，標石用混凝土現場澆筑，中央埋設圓鋼筋作為標志，鋼筋頭設有“╋”字線作為標志中心。各測量控制點距墩位距離不大于400 m。

4.6.2 變形觀測點設置

變形觀測控制點為:鋼板樁頂高程(圍堰4個角樁，每邊中點)。每兩道內支撐之間長短邊尺寸(兩頭中間，共3個尺寸)。

4.6.3 變形觀測頻率及主要控制工況

變形觀測頻率為每天或每開挖1 m深度觀測1次，當發現異常時，需要增加觀測頻率。根據圍堰施工工序、驗算資料、施工工藝，制定圍堰變形觀測控制工況:

119號墩

工況一 第一層內支撐安裝完成并開挖至+25 m時;

工況二 圍堰內抽水、吸泥到+20.5 m高程時;

工況三 圍堰內吸泥、清淤到 +13.454 m高程時;

工況四 圍堰內抽水到承臺底高程準備施工承臺時。

120號墩

工況一 第一層內支撐安裝完成并開挖至+25 m時;

工況二 圍堰內抽水、吸泥到+21.5 m高程時;

工況三 圍堰抽水、吸泥到+18.5 m高程時;

工況四 圍堰內吸泥、清淤到 +10.986 m高程時;

工況五 圍堰內抽水到承臺底高程準備施工承臺時。

4.6.4 圍堰外形尺寸控制標準

鋼板樁傾斜度變化不應大于0.5%，鋼板樁位移偏量2～5 cm，板樁頂高程±20 cm，鋼板樁與內支撐間隙不大于 20 mm［7］。

4.6.5 變形控制措施

當圍堰變形觀測結果出現異常時應及時通知現場指揮及相關技術人員，共同制定相應控制措施。具體控制措施有:圍堰外荷載限制(根據現場情況清理圍堰外材料堆放，限制起重及運輸車輛行走)、圍堰外減壓(根據水位情況及施工進度制定減壓方案，降低圍堰外施工平臺高程減小土壓力)、內支撐加固(在2道內支撐之間設置三角撐，加強內支撐作用范圍)、鋼板樁臨時固結(在鋼板樁之間焊接橫向連接型鋼，減小鎖口受力，使鋼板樁形成穩固受力平面增強穩定性)。

4.7 承臺、墩身施工

基坑檢驗內容:基底的平面位置、尺寸和基底高程滿足施工工藝要求，保證承臺的設計尺寸和位置并滿足承臺施工所需的凈空間。樁頭鑿除采用風鎬配空壓機進行，樁頭鑿除后頂高程應比設計承臺底位置高20 cm左右，要求樁頭露出新鮮混凝土，表面清理干凈，無浮渣，保證樁頭頂端齊平無破損、無漏筋等現象。

進行承臺墩座、墩身和托架的施工。

4.8 圍堰的拆除

鋼板樁圍堰的拆除與安裝工序相反，先向圍堰內注水至待拆除支撐下1 m處，然后再拆除該道支撐;最后一道支撐拆除先向圍堰內注水至圍堰外水位高程，拔除鋼板樁;待所有鋼板樁均拔除后，再拆除第一道支撐。鋼板樁拔除方法:先用打拔樁機夾住鋼板樁頭部振動1～2 min，使鋼板樁周圍的土松動，產生“液化”，減少土對樁的摩阻力，然后慢慢往上振拔。拔樁時注意樁機的負荷情況，發現上拔困難時，可先往下打入少許再向上拔除。

5 結論

(1)鋼板樁插打過程中插打誤差對鋼板樁圍堰能否順利合龍非常關鍵，所以施工中必須堅持不斷監測，發現傾斜偏位應及時糾正，以保證鋼板樁順利合龍。

(2)鋼板樁插打順序應從上游經墩位兩側至下游合龍，這樣可以減少鋼板樁因水流阻力引起插打不便。

(3)鋼板樁施工過程中，必須設置專人負責圍堰變形觀測，出現異常時及時通知現場技術人員，以便采取相應加固措施。

(4)要嚴格控制鋼板樁圍堰封底混凝土的質量和厚度，待水下混凝土達到設計強度后，方可進行抽水作業。

(5)要嚴格控制鋼板樁圍堰外側施工荷載，防止施工中出現超過設計施工荷載對圍堰的破壞。

總之，鋼板樁圍堰在深水基礎施工是一種施工簡單、快捷、成本較低的圍堰形式［8，9］。119 號、120 號墩承臺使用拉森Ⅵ型鋼板樁在深水底樁承臺且含有黏土層的情況下取得成功。119號墩承臺施工69 d完成，120號墩承臺施工64 d完成，現場控制基本達到預期效果，并且成功避免了鋼套箱圍堰在加工制作、現場拼裝、黏土層中下沉等潛在的不確定因素，實現了墩身按計劃出水的階段性目標。

119號、120號主墩承臺施工順利，未發生安全、傷亡事故;變形觀測設置合理、控制及時，最大變形量48 mm;圍堰拆除及時，減少材料浪費，節約材料費大約200萬元，值得類似工程借鑒。

［1］景兆德.京滬高速鐵路濟南黃河大橋鋼板樁圍堰設計與施工技術［J］.鐵道標準設計，2010(4).

［2］凌志平，易經武.基礎工程［M］.北京:人民交通出版社，2004(7).

［3］劉成宇.土力學和基礎工程［M］.北京:中國鐵道出版社，1981(4).

［4］中華人民共和國建設部.GB50017—2003 鋼結構設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［5］中華人民共和國建設部.GB5007—2002 建筑地基基礎設計規范［S］.北京:中國建筑工業出版社，2002.

［6］汪正榮.簡明施工計算手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2005.

［7］中華人民共和國鐵道部.TB10203—2002 鐵路橋涵施工規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.

［8］陳永勇，亢士杰.鋼板樁圍堰在高樁承臺施工中的應用［J］.鐵道標準設計，2007(12).

［9］韓躍國，陳永勇，皮海波.永修大橋主墩鋼板樁圍堰設計與施工［J］.鐵道標準設計，2008(5).