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(jù)五河定淮淮河特大橋橋位處的水文地質(zhì)情況，進(jìn)行了鋼板樁圍堰施工方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。依據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃，主橋20號(hào)承臺(tái)施工周期在枯水季節(jié)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工條件、施工圖紙及巖土工程勘察報(bào)告，結(jié)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(hào)主墩打設(shè)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(biāo)高為 +17.0 m，樁底標(biāo)高為－10.0 m。

鋼板樁選用德國(guó)單面拉森S-Ⅳ型，套型鎖口，鎖口內(nèi)涂上潤(rùn)滑黃油，兩樁鎖口聯(lián)結(jié)轉(zhuǎn)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(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)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(huán)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(nèi)側(cè)環(huán)形支撐采用H型鋼(300×150×6.5×9)。第1道圍檁的底面與設(shè)計(jì)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(jìn)場(chǎng)檢測(cè)

由于采用的新舊鋼板樁種類較多，型號(hào)復(fù)雜，進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)該對(duì)各鋼板樁進(jìn)行質(zhì)量的檢查、尺寸記錄，并做好標(biāo)記與編號(hào)。

兩側(cè)鎖扣的短樁必須做通過(guò)試驗(yàn)，避免發(fā)生型號(hào)不匹配的現(xiàn)象，為便于施工，以少量人工或者簡(jiǎn)易機(jī)械能夠負(fù)荷為宜。

當(dāng)鎖扣尺寸不符，或者樁身存在一些外形質(zhì)量缺陷時(shí)，可采用冷彎、焊補(bǔ)、鉚補(bǔ)等進(jìn)行割除、接長(zhǎng)的整修方法。同時(shí)應(yīng)當(dāng)保證接頭的強(qiáng)度與其他部位相符。焊接時(shí)，用具有足夠剛度的夾具夾平，以免產(chǎn)生過(guò)大變形誤差;焊接應(yīng)遵循先對(duì)焊再焊綴板的流程。

2.2 施工放樣及施打定位樁

將施工區(qū)域控制點(diǎn)標(biāo)明并經(jīng)過(guò)復(fù)核無(wú)誤后，對(duì)鋼棧橋進(jìn)行拆除為鋼板樁施工提供空間。首先應(yīng)精確定位控制坐標(biāo)點(diǎn)，然后通過(guò)打入定位樁進(jìn)行定位，為區(qū)別各樁，可采用傳統(tǒng)的在水面以上部位焊接牛腿予以標(biāo)志(設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮第1道圍檁牛腿位置和施工水位的關(guān)系，避免水下焊接的施工)。

2.3 導(dǎo)向框施工

導(dǎo)向框施工中，應(yīng)遵循的工法如下:

1)導(dǎo)向框架固定在定位樁上，采用剛度較大的Ⅰ型鋼，內(nèi)外導(dǎo)向之間為鋼板樁的設(shè)計(jì)位置。本工程導(dǎo)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(dǎo)向架為鋼板樁進(jìn)行定位。導(dǎo)框分段制作、組裝。

2)導(dǎo)向框的安裝高度不能太高也不可太低，要根據(jù)各鋼板樁的高度進(jìn)行優(yōu)化。

3)導(dǎo)向框安裝后應(yīng)具有足夠的剛度，不能在施工中產(chǎn)生過(guò)大的位移和變形。

4)外圍導(dǎo)向框循環(huán)利用。

2.4 圓形鋼圍堰打樁順序選取

根據(jù)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(gè)合龍點(diǎn)，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(chǎn)生外移，難以合龍，因此若流速過(guò)大，則應(yīng)考慮c)法。

圖3 鋼板樁開始合龍位置示意圖

由于a)法對(duì)稱施工，兩側(cè)增插數(shù)大致相等，考慮本工程施工時(shí)為淮河枯水期水流緩慢，通過(guò)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(xù)施工精度的關(guān)鍵，在工藝上，可通過(guò)在導(dǎo)向架上設(shè)置限位，限位內(nèi)尺寸稍大2 cm。插打時(shí)，鋼板樁要緊靠導(dǎo)向架，同時(shí)將吊鉤下放。

在正交的兩個(gè)方向用垂球吊線，控制鋼板樁傾斜度不得超過(guò)1%，若超出應(yīng)及時(shí)糾偏。在實(shí)施結(jié)束后對(duì)鋼板樁的垂度進(jìn)行校驗(yàn)，然后以首片鋼板樁為基準(zhǔn)，采用方式a)向兩邊對(duì)稱插打。

2.6 其他鋼板樁的插打

鋼板樁運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后應(yīng)按照事先編號(hào)進(jìn)行堆碼，堆碼層數(shù)不得大于四層，層與層之間采用墊木隔開，每層高程應(yīng)小于1 cm，墊木中心線應(yīng)在一條垂線上，誤差不得超過(guò)2 cm。

鋼板樁運(yùn)至制定位置后應(yīng)將其呈垂直狀態(tài)放下，插入前一塊鎖扣后再進(jìn)行下插，為便于控制，采用風(fēng)繩與人工控制的方法。

在正交的兩個(gè)方向上用錘球掉線的方式檢驗(yàn)垂直度，其傾斜不得超過(guò)1%，若超出應(yīng)及時(shí)糾偏，偏差過(guò)大時(shí)，可分?jǐn)?shù)片進(jìn)行逐次糾偏，避免鎖口卡住。

每片鋼板樁應(yīng)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(dòng)前一片下沉，以此類推。

2.7 合龍前準(zhǔn)備工作

合龍前，應(yīng)測(cè)量鄰近鋼板樁底部直線距離，根據(jù)寬度計(jì)算所需片數(shù)，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(diào)整

為便于合龍施工，合龍?zhí)幍膬善瑯稇?yīng)保持一高一低，由于下端有土擠壓，合龍時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)“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(shí)，兩邊各打入異型樁，使合龍樁的兩邊接近平行時(shí)，再將合龍樁插入，打到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3 鋼板樁施工難點(diǎn)及處理辦法

3.1 打樁阻力過(guò)大不易貫入

這由兩種原因造成:1)在堅(jiān)實(shí)的砂層或砂礫層中打樁，樁的阻力過(guò)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(duì)第一種原因，需在打樁前對(duì)地質(zhì)情況作詳細(xì)分析，充分研究貫入的可能性，在施工時(shí)可伴以高壓沖水或振動(dòng)法沉樁，不能用錘硬打。

第二種原因，應(yīng)在打樁前對(duì)板樁逐根檢查，有銹蝕或變形的及時(shí)調(diào)整。還可在鎖口內(nèi)涂以油脂，以減少阻力(鎖口內(nèi)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(qiáng)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(jiān)實(shí)的砂層打樁，樁的阻力過(guò)大，鋼板樁難以打到設(shè)計(jì)標(biāo)高，為此我項(xiàng)目部采用“水刀”引孔的方法，實(shí)施后效果顯著。

“水刀”加工方法:在鋼板樁內(nèi)側(cè)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(shè)置高壓水噴頭。

“水刀”引孔方法:“水刀”對(duì)槽打到設(shè)計(jì)標(biāo)高，抽出“水刀”，再將要打鋼板樁對(duì)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(shè)備的損壞。

3.2 鋼板樁向打樁方向傾斜

在軟土中打板樁時(shí)，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(jìn)方向傾斜，這種傾斜要盡早調(diào)整，可用卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼索將板樁反向拉住后再錘擊，或可以改變錘擊方向。當(dāng)傾斜過(guò)大，為達(dá)到糾偏目的，可另外制造異形鋼板樁進(jìn)行合龍，但異形鋼板樁應(yīng)當(dāng)控制其頂、底寬度差異，不宜超過(guò)樁長(zhǎng)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(dāng)多根鋼板樁累計(jì)傾斜過(guò)大時(shí)，靠上述方法不能糾正，根據(jù)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(jù)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(xiàn)象常發(fā)生在軟土中打板樁，當(dāng)遇到了不明障礙物，孤石或板樁傾斜等情況時(shí)，板樁阻力增加，便會(huì)把相鄰板樁帶入?？梢园聪铝写胧┨幚?

1)不是一次把板樁打到標(biāo)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(shù)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(yīng)在其頂部焊以同類型的板樁以補(bǔ)充不足的長(zhǎng)度。

4 工藝總結(jié)

圓形鋼板樁圍堰有以下主要特點(diǎn):

1)圍堰環(huán)形內(nèi)支撐設(shè)計(jì)對(duì)承臺(tái)施工空間作業(yè)便利，圍檁為多邊形工字型鋼聯(lián)接組成，多邊形數(shù)越多越接近于圓形，其鋼板樁受力越均勻穩(wěn)定。2)施工工藝、機(jī)械組合簡(jiǎn)單。3)材料占用量少、縮短承臺(tái)工期，減少施工平臺(tái)作業(yè)面積;圓形圍堰內(nèi)無(wú)橫縱向交錯(cuò)支撐，對(duì)承臺(tái)鋼筋、混凝土吊運(yùn)施工無(wú)影響從而加快承臺(tái)施工進(jìn)度，縮短水下承臺(tái)施工時(shí)間，降低施工成本。

隨著公路鐵路中大橋建設(shè)數(shù)量逐漸增多，大型基礎(chǔ)施工運(yùn)用鋼板樁將會(huì)越來(lái)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(jié)構(gòu)實(shí)施的安全、縮短工期、提高工程質(zhì)量的總體要求，該模式在其他同類工程中也具有極強(qiáng)參考與借鑒價(jià)值。

［1］凌治平，易經(jīng)武.基礎(chǔ)工程［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］梁建林.水利水電工程施工技術(shù)［M］.北京：中國(guó)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(shí)用樁基工程手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.