深水橋梁大型鋼板樁圍堰的設計與施工

薛新廣

中鐵十八局集團有限公司，天津 300222

深水橋梁大型鋼板樁圍堰的設計與施工

薛新廣

中鐵十八局集團有限公司，天津 300222

某鐵路客運專線特大橋主墩深水基礎承臺施工過程中，采用拉森Ⅳ型鋼板樁圍堰作為圍護結構。結合施工過程，介紹了大型深水基坑承臺鋼板的設計、圍囹安裝、鋼板樁打設、堵漏、挖泥、封底等關鍵技術。

深水基礎；承臺；鋼板樁圍堰；施工

1 工程概況

1.1 設計概況

某鐵路客運專線特大橋設計為(104+2×168+112)m連續剛構，線路采用無砟軌道，設計時速350km/h。其中某主墩基礎采用12Φ250cm鉆孔樁，承臺設計尺寸為23.5m×17m×5m，為低樁承臺，埋于河床以下。基礎施工時，擋水圍堰均采用鋼板樁圍堰，鋼板樁長21m，封底混凝土厚度2m。

1.2 水文及地質情況

該主墩所在河道主要流量、流速等要素如下:Q1/100=2561m3/s，H1/100=4.644m，V1/100=1.37m/s。橋墩處水深約6m，河床地質為從上向下為8.7m淤泥質粉質粘土，5.7m中砂夾貝殼，再向下為全風化花崗片麻巖。

2 鋼板樁圍堰設計

2.1 結構設計

主墩鋼板樁圍堰高度21m，鋼板樁采用拉森SP-Ⅳ型。鋼板樁圍堰平面尺寸為26.5m×20m，比承臺每邊大1.5m。圍囹采用型鋼框架式整體結構，鋼板樁圍堰的圍囹設4層。圍囹上部一、二層主要采用雙拼I45a工字鋼，下部三、四層主要采用三拼I45a工字鋼。圍囹層與層之間設豎撐和剪刀撐。

墩身設計為雙薄壁墩，雙薄壁墩墩身四周設計有直徑Φ1400cm的鋼筋混凝土導流圈。圍囹支撐設計時充分考慮了全部避開墩身和導流圈，并盡量避開樁基鋼護筒。鋼板樁圍堰設計外形及內部圍囹支撐構造分別見圖1、圖2。

圖1 鋼板樁圍堰施工過程中外形

圖2 鋼板樁圍堰圍囹支撐構造

2.2 結構計算

鋼板樁模擬計算采用Midas civil有限元軟件，計算模型中鋼板樁采用板單元模擬，支撐與圍檁采用梁單元模擬。鋼板樁圍堰及內部圍囹支撐模擬構造見圖3、圖4，計算結果見表1。有計算可知，結構的應力與穩定性均滿足使用要求。

圖3 鋼板樁圍堰有限元計算模型

圖4 鋼板樁圍堰圍囹支撐模型

表1 鋼板樁圍堰主要計算結果

3 鋼板樁圍堰施工

3.1 圍囹安裝

鋼板樁圍堰常規施工工藝一般為:首先安裝頂層圍囹，利用頂層圍囹作為導向框，打設鋼板樁，然后邊降水邊安裝下層圍囹。本鋼板樁圍堰施工中采用了“先安裝下放圍囹，后打設鋼板樁”的施工工藝，優點有:1）鋼板樁打設時有多層導向框，容易保證鋼板樁垂直度和精度。2）框架式圍囹先在水面以上安裝再下放，容易保證圍囹安裝尺寸和焊接質量滿足設計要求。3）可以節省圍囹安裝時間。

3.2 鋼板樁打設

水中鋼板樁采用40T浮吊和DZ90型振動錘打設。鋼板樁的插打次序是從上游開始，下游結束。第一片鋼板樁打設要特別注意，必須確保其垂直度滿足要求，打設完畢后將其點焊固定于導梁上。其余各鋼板樁則以已插好的鋼板樁為準，起吊后人工扶持插入前一片鋼板樁鎖口，然后用振動錘振動下沉到位。直角轉彎處采用轉角樁，合攏段根據現場具體尺寸制作合攏樁。保證鋼板樁插打正直、順利合攏的措施是隨時糾正歪斜，歪斜過大不能用拉擠辦法整直者要拔起重打，糾正無效時,應特制楔形樁合攏。

3.3 鋼板樁堵漏

一般的做法是在鋼板樁施打過程中用棉絮、黃油等填充物填塞接縫。也可在鋼板樁全部插打完畢開始抽水時，采用一邊抽水一邊順著鋼板樁的接縫下溜細砂和木屑的方法，借助水壓力將細砂和木屑吸入接縫內而達到堵漏的目的。對于變形較大的接縫，需安排潛水員水下用棉絮、碎布條等從外側堵塞。

3.4 圍堰內挖泥

鋼板樁圍堰內地層為淤泥質粉質粘土，挖泥開始時采用空壓機氣舉循環吹吸方法，起初效果很好，但是吸掉2m后，下部多為板結粘土，雖然采用高壓水或高壓風水下松動，但是抽泥效率仍不理想。后來在鋼圍堰中間利用鋼護筒作支撐，采用型鋼搭設一個12m×6m的工作平臺，將24m長臂挖機開上平臺，利用長臂挖機進行圍堰內水下開挖，而圍堰內側四周則采用水上抓斗開挖，開挖速度大大加快，效果很好。護筒內泥砂則采用21m伸縮臂挖機，大臂端部配液壓張合小抓斗，可伸到護筒內約18m深度，直接將鋼護筒內泥砂抓出。

3.5 圍堰封底

圍堰封底混凝土厚度為2m，15#墩封底混凝土厚度為1.5m，封底混凝土標號為C20。混凝土坍落度為18cm～22cm，緩凝時間不小于24h。混凝土采用2臺HZS90型拌和機拌和，14臺10m3攪拌車運輸，兩臺HBT80型輸送泵輸送，采用兩臺HG12型布料桿分布混凝土，3套料斗和導管配合灌注。導管底口離基坑底約30cm，混凝土的擴散半徑約為4m～6m，圓錐體率約為1/5～1/10。封底混凝土灌注順序為先環向閉合，再補中間。在鋼圍堰內布置約30個灌注點，每換一灌注點必須重新剪球。

3.6 圍堰底層支撐拆除

承臺混凝土分兩次澆筑，第一次澆筑至底層支撐下方約20cm。然后將承臺四周和鋼板樁之間回填砂，砂采用船運至墩位，用輸送帶直接打到圍堰內。回填完畢后，將底層支撐拆除。為確保底層支撐拆除后的圍堰穩定，對靠近河堤的圍堰，在承臺第一層混凝土中，靠近河堤側共預埋了4道豎向牛腿，每道牛腿采用雙拼I45a工字鋼。在拆除底層支撐前，先將河堤側底層圍囹框與牛腿之間采用雙拼I32a工字鋼對頂，然后將除四周圍囹框之外的中間支撐全部拆除，即可進行承臺第二層混凝土施工。底層支撐拆除后，圍堰變形約2mm，牛腿支頂起到了很好的保護效果。

4 結語

本橋鋼板樁圍堰支護系統的順利實施，證明在水流較小的河道中，大型承臺的施工采用拉森Ⅳ型鋼板樁圍堰支護系統是可行的。圍堰施工打破了以往先插打鋼板樁再安裝圈梁及內支撐的施工順序，減少了圍堰圈梁及內支撐的數量。方便快捷、安全可靠并節約成本，值得推廣。

[1] 劉自明. 橋梁深水基礎[M]. 北京:人民交通出版社,2003

[2] 歐陽效勇,任回興,徐偉. 橋梁深水樁基礎施工關鍵技術[M].北京:人民交通出版社,2006

[3] 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)

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.039

薛新廣，男（1963.12- ），高級工程師，主要從事工程施工技術與管理工作。