深水圍堰結(jié)構(gòu)形式的改進(jìn)及工藝特點(diǎn)

■潘 莉，徐文杰，吳志強(qiáng) ■．重慶單軌交通工程有限責(zé)任公司，重慶 48000;．中交二航局，重慶 40006

1 工程背景

1．1 工程概況

承臺(tái)平面尺寸為 33．5 ×17．2m，厚 4．5m，頂面標(biāo)高為 +68．605m，底面標(biāo)高為+64．105m，泥面標(biāo)高約為 +60．0-64．0m，封底砼厚度為2．5m，部分封底混凝土嵌入泥面，需要吸泥找平原地面。

1．2 水文地質(zhì)條件

(1)橋位處秋季最低水位68．67m，春節(jié)最高水位75．70m，平均水流速度0．5～1．2m/s，最大流速 3 ～4m/s。(2)橋位處水深為 9m ～13m，局部位置深度超過(guò)13m。(3)該項(xiàng)目位于多瑙河沖積沉積層，6-10m范圍含有粉沙、細(xì)沙、粉土、和粘土等地層，地質(zhì)松軟，地層復(fù)雜，層間夾變質(zhì)砂巖，分布無(wú)規(guī)律。(4)河床易沖刷，泥面高低不平，起伏變化較大。

2 深水圍堰方案概述

深水區(qū)域一般以傳統(tǒng)的鋼套箱、鋼吊箱、鋼板樁圍堰及鋼管樁圍堰工藝為主;在水深超過(guò)10m的工程項(xiàng)目，鋼板樁圍堰由于其自身剛度較小而很少采用;而鋼吊箱圍堰無(wú)法在入泥深基礎(chǔ)中直接使用，針對(duì)本項(xiàng)目的特點(diǎn)，現(xiàn)對(duì)幾種可行方案進(jìn)行對(duì)比分析如下:

(1)雙壁鋼圍堰。優(yōu)點(diǎn):為常規(guī)工藝，可分塊加工拼裝，工藝較為簡(jiǎn)單，易于掌握;整體性好，封水效果好;剛度大，圍堰支撐結(jié)構(gòu)少，安全性能高。缺點(diǎn):鋼材投入多，水下拆除費(fèi)用大，回收率低，成本高;需要水上大型起重設(shè)備;分節(jié)鋼套箱制安、下沉耗時(shí)多，工期長(zhǎng);吸泥下沉偏位控制要求高。可行性分析:投入多，施工周期長(zhǎng)，無(wú)大型水上起重設(shè)備，可行性差。

(2)鋼板樁圍堰。優(yōu)點(diǎn):能夠迅速展開施工，速度快，周期短;工藝簡(jiǎn)單，易于操作;投入材料相對(duì)較少，拆除方便，回收率高，經(jīng)濟(jì)性好;對(duì)地層適應(yīng)性強(qiáng)，易于施打;對(duì)原河床高差無(wú)要求;不需要大型水上設(shè)備。缺點(diǎn):剛度小，施工期間穩(wěn)定性差;圍囹?qū)訑?shù)多，安裝難度大;圍堰封水效果差;圍堰結(jié)構(gòu)尺寸大，累計(jì)誤差不易糾正，合攏困難;鋼板樁相對(duì)數(shù)量較多，施工周期較長(zhǎng)。可行性分析:投入較少，施工較快，施工期在大流速及深水條件下穩(wěn)定性差，基本可行，可控性不高。

(3)鋼管樁圍堰。優(yōu)點(diǎn):自身剛度大，抗水頭能力強(qiáng);圍囹支撐少，安全性能較好;不需要大型水上起重設(shè)備;對(duì)原河床高差無(wú)要求，可在圍堰后吸泥找平。缺點(diǎn):鋼材投入較多，施工精度要求高;施工誤差不易糾正，累計(jì)誤差不易消除;剛性組合，封水效果較差;管樁拔除對(duì)設(shè)備起重性能有一定要求;合攏需要加工特殊管片，耽誤工期。可行性分析:投入較多，施工精度要求較高，封水效果可控性不強(qiáng)，基本可行。

(4)鋼管樁和鋼板樁組合圍堰．。優(yōu)點(diǎn):自身剛度大，抗水頭能力強(qiáng)，圍囹支撐少，安全性能較好;瑣口較少，封水效果較好;鋼管樁作主要承力結(jié)構(gòu)，抗水流能力強(qiáng)，施工期穩(wěn)定性好;不需要大型水上起重設(shè)備;板樁少，累計(jì)誤差小，合攏誤差易于控制;施工速度快，周期短，拆除比較方便，經(jīng)性好;對(duì)原河床高差無(wú)要求、可在圍堰后吸泥找平。缺點(diǎn):鎖口管樁施工精度要求高，需要設(shè)置大剛度定位架進(jìn)行鋼管樁插打;管樁拔除對(duì)設(shè)備起重性能有一定要求;管樁加工精度要求高，鎖口管樁整根成型，運(yùn)輸難度較大。可行性分析:施工速度快，工期短，適應(yīng)當(dāng)前的地質(zhì)和水文條件，可行性好。

通過(guò)上面的對(duì)比分析可知，在本項(xiàng)目的環(huán)境條件下，將鋼管樁圍堰及鋼板樁圍堰各自優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行組合得到的圍堰結(jié)構(gòu)，利用了鋼管樁的剛度來(lái)承受水頭壓力，利用板樁的柔性來(lái)適應(yīng)剛性管樁的施工偏差，同時(shí)還可減少材料投入。此結(jié)構(gòu)允許先插打管樁，再填補(bǔ)其間板樁，無(wú)需順序插打，可完全消除累計(jì)誤差，方便合攏，使結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了穩(wěn)定性的同時(shí)，保證封水效果并方便施工操作。

3 圍堰施工

3．1 導(dǎo)向定位架設(shè)計(jì)

鎖口鋼管樁精度要求較高，每跨均相當(dāng)于一次小合攏，偏差過(guò)大會(huì)直接影響板樁插打，故定位架設(shè)計(jì)主要考慮管樁垂直度和相對(duì)位置的控制，且具有足夠的剛度。定位架孔位應(yīng)根據(jù)圍堰結(jié)構(gòu)布置形式確定，孔數(shù)盡量偏大，但同時(shí)必須考慮起吊性能，本項(xiàng)目考慮為4孔。

3．2 施工順序

起始及終點(diǎn)位置的選擇應(yīng)重點(diǎn)考慮兩個(gè)影響因素:(1)起始點(diǎn)選擇上游區(qū)域，待上游圍堰插打完成后，可大大減小水流對(duì)后期圍堰插打定位的影響，利于管樁垂直度的控制。(2)合攏位置選擇拐角位置，由于拐角處角度的可調(diào)整性，轉(zhuǎn)角合攏不用考慮前期誤差，只考慮鎖口管樁相對(duì)間距，利于合攏。

3．3 管樁及板樁插打

鎖口鋼管樁剛度較大，先施打鎖口鋼管樁，再插打鎖口鋼管樁之間的板樁。鎖口鋼管樁從上游拐角開始施打，兩個(gè)方向推進(jìn)，合攏于下游拐角。定位架為4孔，每跨可插打3根管樁，利用前一跨最后一根樁為基礎(chǔ)進(jìn)行下一跨定位，減小管樁間相對(duì)誤差。先插打第2根，再分別插打第1、3根管樁，以減小管樁振沉?xí)r的擠土效應(yīng)對(duì)已沉放管樁的影響。

每次插打完成2跨管樁后，插打其間相應(yīng)鋼板樁，減小鋼板樁插打過(guò)程帶動(dòng)管樁偏位而引起的二次誤差。而且，每次應(yīng)將全部的板樁插入管樁鎖口后，再交替施打，避免前期施打板樁時(shí)帶動(dòng)和咬合管樁而導(dǎo)致后期板樁難以插入。管樁頂口存在一定偏位時(shí)，可利用手拉葫蘆調(diào)整間距以實(shí)現(xiàn)板樁順利插入。

4 組合圍堰技術(shù)運(yùn)用效果

單個(gè)圍堰歷時(shí)15天完成単墩36根鎖口管樁及其鋼板樁插打，施工速度較快，封底并安裝止水橡膠條后，順利抽水并迅速進(jìn)入承臺(tái)施工，其主要運(yùn)用效果如下:(1)消除累計(jì)誤差——組合圍堰施工順序?yàn)橄裙軜逗蟀鍢叮靠缡┕せ緸閱为?dú)的個(gè)體，前期成樁不對(duì)后期施工產(chǎn)生影響，有效消除傳統(tǒng)鋼板樁或鋼管樁圍堰存在的累計(jì)誤差。(2)簡(jiǎn)單易行，適用性強(qiáng)——無(wú)需大型水上起重設(shè)備，采用一般吊車即可實(shí)現(xiàn)，抗水頭能力強(qiáng)，適用于無(wú)水上設(shè)備而流速大、水頭高的砂粘土層。(3)施工速度快——總體數(shù)量少，插打快，合攏僅取決施工相對(duì)誤差，易于控制。且圍囹?qū)訑?shù)少，對(duì)后期墩身施工影響小。(4)經(jīng)濟(jì)性好——鋼管樁截面特性好，剛度大，抗水頭能力強(qiáng)。與雙壁鋼圍堰比較，用材少，不需要使用大型船機(jī)設(shè)備，可周轉(zhuǎn)重復(fù)使用。(5)封水效果好——自身剛度大，接縫少，封水情況良好，只需做好周邊排水系統(tǒng)，配合使用一臺(tái)小水泵便可滿足承臺(tái)區(qū)域干施工壞境

5 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)有成熟的施工工藝基礎(chǔ)上加以完善和組合，充分發(fā)揮各工藝的優(yōu)點(diǎn)，強(qiáng)強(qiáng)組合，或許比開發(fā)一種新型的結(jié)構(gòu)模式更具有實(shí)用性和競(jìng)爭(zhēng)力。鋼管樁加鋼板樁組合圍堰就是一個(gè)成功的示例，此新型的圍堰結(jié)構(gòu)形式，利用鋼管樁和板樁自身的優(yōu)點(diǎn)組合，將組合圍堰引入深水區(qū)域，通過(guò)一系列有效的過(guò)程控制，保證了鎖口管樁垂直度沉放目標(biāo)并順利合攏，并優(yōu)質(zhì)高效的完成了承臺(tái)施工任務(wù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，為今后類似的工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)，有較好的推廣價(jià)值，也為橋梁施工技術(shù)發(fā)展方向提出了一些見解。