五河定淮淮河特大橋大直徑圓形鋼板樁圍堰施工

薛 峰

(安徽省徐明高速公路管理有限公司，安徽五河 233300)

1 工程概況

根據五河定淮淮河特大橋橋位處的水文地質情況，進行了鋼板樁圍堰施工方案的結構設計。依據施工進度計劃，主橋20號承臺施工周期在枯水季節，根據現場的施工條件、施工圖紙及巖土工程勘察報告，結合拉森鋼板樁寬度適中、抗彎性能好、施工安全等方面考慮，20號主墩打設水中鋼板樁圍堰，圍堰采用直徑31.38 m的圓形，總高度為27 m，其頂面控制標高為 +17.0 m，樁底標高為－10.0 m。

鋼板樁選用德國單面拉森S-Ⅳ型，套型鎖口，鎖口內涂上潤滑黃油，兩樁鎖口聯結轉角10°～15°，摩阻力小，防滲性較好，鋼板樁周圈咬合緊密，止水效果好。

經設計計算，圍堰基坑開挖深度16.9 m，開挖尺寸為31.38 m直徑圓形，圍堰為從上而下共布置七道環形鋼圍檁，第1，2，3道圍檁均采用單根H型鋼(700×300×13×24)，支撐連桿采用H型鋼(300×150×6.5×9);第4，5，6，7道圍檁采用兩根 H 型鋼(700×300×13×24)雙拼，支撐連桿采用單根H型鋼(300×150×6.5×9)，內側環形支撐采用H型鋼(300×150×6.5×9)。第1道圍檁的底面與設計防洪水位平齊，第1道～第4道圍檁中心距2.8 m，第4道圍檁～第5道圍檁2.0 m，第5道圍檁～第6道圍檁1.6 m，第6道圍檁～第7道圍檁1.7 m。第1道支撐距圍堰頂0.300 m;第2道距圍堰頂3.1 m;第3道距圍堰頂5.9 m;第4道距圍堰頂8.7 m;第5道距圍堰頂10.7 m;第6道距圍堰頂12.3 m，第7道距圍堰頂14.0 m，布置如圖1所示。完成后圍堰俯視圖見圖2。

圖1 鋼圍堰斷面圖

圖2 完成后圍堰俯視圖

2 大直徑鋼板樁鋼板施工

2.1 進場檢測

由于采用的新舊鋼板樁種類較多，型號復雜，進場后應該對各鋼板樁進行質量的檢查、尺寸記錄，并做好標記與編號。

兩側鎖扣的短樁必須做通過試驗，避免發生型號不匹配的現象，為便于施工，以少量人工或者簡易機械能夠負荷為宜。

當鎖扣尺寸不符，或者樁身存在一些外形質量缺陷時，可采用冷彎、焊補、鉚補等進行割除、接長的整修方法。同時應當保證接頭的強度與其他部位相符。焊接時，用具有足夠剛度的夾具夾平，以免產生過大變形誤差;焊接應遵循先對焊再焊綴板的流程。

2.2 施工放樣及施打定位樁

將施工區域控制點標明并經過復核無誤后，對鋼棧橋進行拆除為鋼板樁施工提供空間。首先應精確定位控制坐標點，然后通過打入定位樁進行定位，為區別各樁，可采用傳統的在水面以上部位焊接牛腿予以標志(設計時應考慮第1道圍檁牛腿位置和施工水位的關系，避免水下焊接的施工)。

2.3 導向框施工

導向框施工中，應遵循的工法如下:

1)導向框架固定在定位樁上，采用剛度較大的Ⅰ型鋼，內外導向之間為鋼板樁的設計位置。本工程導向架的安裝，先打定位樁在樁上做第1道圍檁，以第1道圍檁和外圍的導向架為鋼板樁進行定位。導框分段制作、組裝。

2)導向框的安裝高度不能太高也不可太低，要根據各鋼板樁的高度進行優化。

3)導向框安裝后應具有足夠的剛度，不能在施工中產生過大的位移和變形。

4)外圍導向框循環利用。

2.4 圓形鋼圍堰打樁順序選取

根據目前工藝，圓形鋼圍堰打樁的順序分為三種形式，如圖3所示。其中c)工序多了一個合龍點，a)與c)較b)有較好的控制精度，但a)，b)都可能在回流影響下產生外移，難以合龍，因此若流速過大，則應考慮c)法。

圖3 鋼板樁開始合龍位置示意圖

由于a)法對稱施工，兩側增插數大致相等，考慮本工程施工時為淮河枯水期水流緩慢，通過以上分析故采用a)種順序插打。

2.5 首片鋼板樁

首片控制精度較高，是保障后續施工精度的關鍵，在工藝上，可通過在導向架上設置限位，限位內尺寸稍大2 cm。插打時，鋼板樁要緊靠導向架，同時將吊鉤下放。

在正交的兩個方向用垂球吊線，控制鋼板樁傾斜度不得超過1%，若超出應及時糾偏。在實施結束后對鋼板樁的垂度進行校驗，然后以首片鋼板樁為基準，采用方式a)向兩邊對稱插打。

2.6 其他鋼板樁的插打

鋼板樁運至現場后應按照事先編號進行堆碼，堆碼層數不得大于四層，層與層之間采用墊木隔開，每層高程應小于1 cm，墊木中心線應在一條垂線上，誤差不得超過2 cm。

鋼板樁運至制定位置后應將其呈垂直狀態放下，插入前一塊鎖扣后再進行下插，為便于控制，采用風繩與人工控制的方法。

在正交的兩個方向上用錘球掉線的方式檢驗垂直度，其傾斜不得超過1%，若超出應及時糾偏，偏差過大時，可分數片進行逐次糾偏，避免鎖口卡住。

每片鋼板樁應在到位前30 cm～50 cm停止施工，鎖扣下一片鋼板樁，依靠下一片的摩擦力帶動前一片下沉，以此類推。

2.7 合龍前準備工作

合龍前，應測量鄰近鋼板樁底部直線距離，根據寬度計算所需片數，然后確定采用增加鋼板樁或者向外繞圓弧的插打方案。

2.8 合龍樁的調整

為便于合龍施工，合龍處的兩片樁應保持一高一低，由于下端有土擠壓，合龍時往往會出現“下大上小”的情況，因此在合龍兩邊都差4根～6根樁的距離時，兩邊各打入異型樁，使合龍樁的兩邊接近平行時，再將合龍樁插入，打到設計標高。

3 鋼板樁施工難點及處理辦法

3.1 打樁阻力過大不易貫入

這由兩種原因造成:1)在堅實的砂層或砂礫層中打樁，樁的阻力過大;2)鋼板樁連接鎖口銹蝕，變形，致使板樁不能順利沿鎖口而下。

對第一種原因，需在打樁前對地質情況作詳細分析，充分研究貫入的可能性，在施工時可伴以高壓沖水或振動法沉樁，不能用錘硬打。

第二種原因，應在打樁前對板樁逐根檢查，有銹蝕或變形的及時調整。還可在鎖口內涂以油脂，以減少阻力(鎖口內嵌填黃油瀝青混合料，材料為黃油、瀝青、干鋸末以及干粘土，配合比2∶2∶2∶1)，并且能夠起到加強鎖扣防滲性能。涂油脂與不涂油脂的貫入情況比較見圖4。

圖4 涂油脂與不涂油脂的貫入情況比較

本工程由于在堅實的砂層打樁，樁的阻力過大，鋼板樁難以打到設計標高，為此我項目部采用“水刀”引孔的方法，實施后效果顯著。

“水刀”加工方法:在鋼板樁內側安裝2根直徑為2 cm的鋼管，鋼板樁上部與高壓水泵相連，鋼板樁下部加工成三角形，樁尖設置高壓水噴頭。

“水刀”引孔方法:“水刀”對槽打到設計標高，抽出“水刀”，再將要打鋼板樁對槽打下。

水刀原理如下:鋼板樁下部三角形能減小樁的阻力，高壓水射流使土壤疏松，并帶走松散的土石，使樁尖的阻力降低，并降低樁表面及鎖口處的摩擦力，從而易于沉樁、減少樁、設備的損壞。

3.2 鋼板樁向打樁方向傾斜

在軟土中打板樁時，由于連接鎖口處的阻力大于板樁周圍的土體阻力，形成不均衡力，使板樁向前進方向傾斜，這種傾斜要盡早調整，可用卷揚機鋼索將板樁反向拉住后再錘擊，或可以改變錘擊方向。當傾斜過大，為達到糾偏目的，可另外制造異形鋼板樁進行合龍，但異形鋼板樁應當控制其頂、底寬度差異，不宜超過樁長的2%。楔形鋼板樁糾偏如圖5所示，板樁傾斜及鋼索糾偏見圖6。

圖5 楔形鋼板樁糾偏

圖6 板樁傾斜及鋼索糾偏

當多根鋼板樁累計傾斜過大時，靠上述方法不能糾正，根據傾斜的角度制作異型樁，使樁位的傾斜大幅減小，樁位趨于垂直，異型樁施工中寬度控制方法:水平尺與地平面垂直，一端靠在傾斜的鋼板樁上，量下端水平尺與鋼板樁的水平距離，根據相似三角形的原理確定異型樁的寬度。如水平尺1 m位置，水平尺與鋼板樁的水平距離為3 cm，則24 m鋼板樁下口為72 cm。

3.3 將相鄰板樁帶入

這種現象常發生在軟土中打板樁，當遇到了不明障礙物，孤石或板樁傾斜等情況時，板樁阻力增加，便會把相鄰板樁帶入。可以按下列措施處理:

1)不是一次把板樁打到標高，留一部分在地面，待全部板樁入土后，再把余下部分打入土中。2)把相鄰板樁焊牢在圍檁上。3)數根板樁用型鋼連在一起。4)在連接鎖口上涂以黃油等油脂，減少阻力。板樁被帶入土中后，應在其頂部焊以同類型的板樁以補充不足的長度。

4 工藝總結

圓形鋼板樁圍堰有以下主要特點:

1)圍堰環形內支撐設計對承臺施工空間作業便利，圍檁為多邊形工字型鋼聯接組成，多邊形數越多越接近于圓形，其鋼板樁受力越均勻穩定。2)施工工藝、機械組合簡單。3)材料占用量少、縮短承臺工期，減少施工平臺作業面積;圓形圍堰內無橫縱向交錯支撐，對承臺鋼筋、混凝土吊運施工無影響從而加快承臺施工進度，縮短水下承臺施工時間，降低施工成本。

隨著公路鐵路中大橋建設數量逐漸增多，大型基礎施工運用鋼板樁將會越來越多。五河定淮淮河特大橋采用的大直徑圓形鋼板樁圍堰施工工藝，滿足了保證下部結構實施的安全、縮短工期、提高工程質量的總體要求，該模式在其他同類工程中也具有極強參考與借鑒價值。

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［2］梁建林.水利水電工程施工技術［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［3］汪龍騰.水利工程施工管理［M］.北京：水利電力出版社，1987.

［4］史佩棟.實用樁基工程手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，2000.