高等級河道中的低埋承臺施工工藝選擇*

上海建工五建集團有限公司 上海 200063

1 工程概況

1.1 概述

昆山中環青陽港大橋主橋分為南幅、北幅，其中北幅起止樁號FBK7+950.2～FBK8+814.0，南幅起止樁號FCK8+018.0～FCK8+822.0，主橋跨徑為54 m+90 m+54 m，總長198 m，橋型為變截面的雙箱預應力連續箱梁。由于主橋墩（FB13、FB14、FC11、FC12）位于青陽港河內，施工難度較大，選擇合適的施工工藝是本工程順利施工的關鍵。

1.2 地質條件

根據本次鉆探資料，結合各土層室內物理力學試驗成果，按土的成因、性質和特征從上到下分為8 個主要工程地質層，自上而下依次為：①填土，②1粉質黏土，②2淤泥質粉質黏土，③1黏土，③2粉土夾粉砂，⑥1粉質黏土夾粉土，⑥2粉砂夾粉土，⑦1粉質黏土與粉土，⑧1粉質黏土，⑨粉砂，⑩粉細砂。

該施工范圍內主要以砂土為主，在-18.02～-19.52 m就進入粉土夾粉砂層，在-37.02～-41.72 m進入粉砂夾粉土層，其下有1 層粉質黏土與粉土互層，平均厚度約為12 m，其余均為砂層，地質情況比較差。

1.3 水文情況

新建大橋與青陽港相交80.05°，其中水中墩號為FB13、FB14、FC11、FC12，共4 座。承臺底標高最低為-6 m，常水位為1.1 m，最高通航水位為2.717 m。根據航道單位提供的近幾年最高水位為2.15 m，常水位為1.1 m，最低通航水位為0.33 m。承臺尺寸為10 m×10 m×3 m，承臺位于水中施工。

2 圍堰施工工藝的選擇[1,2]

2.1 圍堰施工工藝分析

圍堰的類型及使用條件如表1所示。

通過對地質條件和水文情況的分析可以看出土石圍堰達不到施工的要求，本工程主橋墩位于青陽港河道內，承臺底標高最低為-6 m，常水位為1.1 m，最高通航水位為2.717 m。因此本次施工適合考慮3 種備選方案。方案1：鋼套箱圍堰；方案2：單層拉森鋼板樁圍堰；方案3：雙層拉森鋼板樁圍堰。

鋼套箱圍堰施工周期短，施工安全，是一種很好的施工方法，但是不適合本工程的實施。原因如下：本工程施工河道內（青陽港）船運頻繁，鋼套箱施工作業船需要合理的協調，需要協調的部門較多；河道內的管線復雜，不利于沉箱施工；施工后封底混凝土用量大，鋼套箱不能全部取出，不利于循環使用。綜合上述考慮不適宜采用鋼套箱圍堰。

單層拉森鋼板樁圍堰結構形式一般為矩形、圓形等結構形式，內部根據水位情況設置支撐，是一種比較傳統的深水基礎施工方法。施工技術成熟，應用廣泛，鋼板樁圍堰可多次重復使用。它是一種施工簡單、快捷、成本較低的圍堰形式。但是，該圍堰也有很大的局限性：由于是組拼式結構，整體剛度較小，因此其抗水流及沖刷能力差，不宜在流速較大的情況下使用；由于其本身強度、剛度的局限，在承臺較深時，需設置強而密的支撐，對后續的承臺及墩身施工干擾很大，不宜在水位較高的情況下使用；因為要重復使用，不宜澆筑封底混凝土，因此，在既要滿足底部支撐力，又要滿足較小滲流的情況下，對河床提出了較高的要求，不宜在透水性強，承載力小的地層條件下使用。

本工程河道內水流較急，河內淤泥較深，防滲要求較高，對鋼板樁的強度、防滲要求高。單層拉森鋼板樁圍堰施工存在施工隱患，為確保施工安全，順利完成施工任務，綜合考慮采用18 m雙層拉森鋼板樁圍堰并搭設棧橋配合施工（圖1），以解決對施工航道的占用，棧橋也作為施工便道為后續樁基、承臺、立柱的施工提供作業條件。

2.2 本工程施工圍堰的選擇

本工程主墩圍堰采用18 m雙層Ⅳ型拉森鋼板樁，2 層鋼板樁間距為1.5 m，中間采用黏性土填充。支撐設置2 道，在承臺頂部以及底部各設置1 道，第1道圍檁的頂標高取+2.3 m，第2道圍檁的頂標高取-0.5 m，鋼板樁樁頂標高取+2.8 m，板樁打入深度13～14 m（含淤泥層）。圍檁采用雙拼40#工字鋼，支撐鋼管采用φ609 mm。具體見圖2。

2.3 圍堰安全分析

2.3.1 基本分析

圍堰外常水位為+1.1 m，水深3～4 m，圍堰內外水位差約為2.8 m。圍堰處于淤泥質粉質黏土層和泥土層中，其相對密度（平均）為18（19.8），黏聚力（快剪、平均）15.3 kPa（52.4 kPa）；內摩擦角（快剪、平均）5.9°（15.5°）。計算采用PKPM軟件，將坑底以上的主動土因素去除，模擬水中圍堰的實際情況。

2.3.2 最大彎矩

按挖土深8.80 m，支撐分別設置在標高2.30 m、-0.50 m處。

圖1 棧橋、圍堰平面布置

圖2 承臺圍堰示意

最大正彎矩：Mumax=1.00×179.99=179.99 kN·m，發生在標高-2.34 m處；

最大負彎矩：Mdmax=1.00×-35.36=-35.36 kN·m，發生在標高-6.90 m處。

2.3.3 抗隆起、抗傾覆、抗滲流驗算

抗隆起安全系數為7.62，安全系數2.20，合格，基坑底最大隆起量 0.01 mm。

抗傾覆安全系數為11.30，安全系數1.26，合格。抗滲流安全系數k=3.59，安全系數1.50，合格。

2.3.4 內力及位移驗算

全部工況下的最大內力位移如下：（采用m法計算）

最大樁（墻）頂部位移為98.49 mm，最大樁（墻）位移為98.49 mm，最大正彎矩為114.30 kN·m；最大負彎矩為-254.00 kN·m；最大正剪力為95.00 kN；最大負剪力為-121.00 kN。

2.3.5 主要結論

1）圍堰圍護計算結果為：本次實施的基坑各項安全系數均滿足規范要求。

2）根據內力及位移驗算支撐系統的強度、剛度、穩定性等都滿足規范要求。

3）根據整體驗算，本圍堰采用拉森IV鋼板樁可行，在施工階段需要做好鋼板樁打設的垂直度控制、圍檁支撐的安裝和圍堰內外水位差的控制。

3 主要施工技術要求和措施

3.1 棧橋施工

本工程青陽港位于河中的承臺共4 座，施工承臺水深為2～3 m，為保證整個工程的施工，在便道與承臺作業平臺之間修筑棧橋連接，棧橋橋面標準寬度為6 m。棧橋修筑需結合地方的實際情況，以滿足通航的要求。

1）棧橋設計：最大設計運輸荷載為60 t，橋面寬度為6～10 m。

2）樁組設計：根據河中承臺位置確定便道棧橋走向，樁基采用φ300 mm的空心鋼管立柱，樁長15 m、入土長度為7 m、縱向間距為3 m、橫向為2.5 m、上部縱向為長12 m的40#工字鋼，每根樁頂設置1 根，鋼管樁上部用橫向木方墊平。橋面用30#槽鋼縱向滿鋪，兩端用螺旋固定，使便橋連接順暢，行車時無明顯的晃動，平臺面層欄桿采用φ48.5 mm腳手管做防護欄桿，棧橋鋼管樁縱橫向剪刀撐采用10#槽鋼，用來保證車輛通行。

3）便橋的安裝方法（考慮便橋的集中荷載）：上部縱向為長12 m的40#工字鋼，每根樁頂設置1 根。

4）橋面鋪設：橋面用30#槽鋼型鋼平向滿鋪，兩端用螺旋（或鋼筋焊接）固定，使便橋連接順暢，行車時無明顯的晃動，用來保證車輛通行。

5）護欄用鋼管扶手，焊成高1.2 m的簡易護欄，固定在縱向型鋼上，用紅白油漆刷好，起到警示作用。

3.2 鋼板樁施工

1）根據本工程地質情況的需要，4 座承臺采用拉森鋼板樁，拉森樁型號為：SKAP-Ⅳ型、日標，寬400 mm、高170 mm、厚15.5 mm，截面積為95.99 cm2，每米理論質量為76.1 kg。

2）鋼板樁的施工順序為：據施工圖及高程放設沉樁定位線→根據定位線控設沉樁導向樁（臨時鋼板樁）→設置導向圍檁定位樁→打設圍護樁→將圍護樁送至指定標高→重復下根樁。

3）本工程考慮到為便于基礎施工，即在基礎最突出的邊緣外留有支模、拆模的余地，按照留有承臺1.5 m凈距工作面進行打樁。在打設鋼板樁時盡量保證基坑護壁鋼板樁表面平直整齊，避免不規則的轉角，以便于標準鋼板樁的利用和支撐設置。

4）根據現場施工條件，采用封閉打入法，即：設置導向樁（在四角位置先打樁定線），而后將鋼板樁依次在導向樁中全部插好，成為一個高大的鋼板樁墻，待四角實現封閉合攏后，再按階梯形逐漸將板樁打入設計標高。

5）采用液壓振動沉樁機（450型打樁機）在棧橋上進行鋼板樁的打入（棧橋需進行預壓），作為沉設拉森樁的主要動力。

3.3 圍檁施工

1）本工程圍檁施工與基坑土方開挖是交叉進行的。基坑土方開挖的程序：先行抽水至第1道支撐標高50 cm以下，安裝第1道支撐、圍檁。再抽水、挖土到第2道支撐標高以下50 cm，安裝第2道圍檁、支撐，最后開挖至坑底標高-6.15 m。

2）圍檁及支撐設置在標高2.3 m和-0.5 m處，圍檁安裝采用在鋼板樁內壁上焊圍檁托架，然后吊裝40#雙拼H型鋼鋼圍檁并焊接加固。支撐與角撐安裝前測定出該道支撐兩端與圍檁的接觸點，以保證支撐與墻面垂直，位置適當，量出2 個相應接觸點間的支撐長度來校核地面上已拼裝好的支撐，兩頭分別擱在三角支座上，一頭與圍檁焊接，焊接完成后再對另一頭圍檁與支撐之間的空隙進行處理（采用鋼墊塊焊接）。

3.4 土方開挖及運輸

1）土方開挖施工為分層連續施工，對稱開挖。土方隨挖隨運，開挖過程中及時關注支護體系的變形，棧橋通道采用鋪墊鋼板以擴散壓力。抽水、挖土和支撐的架設施工過程緊密配合，在保證安全的前提下，加快了挖土進度，為支撐施工創造了工作條件，使支撐結構盡早形成整體剛度。兩者的配合施工較好的利用了軟土施工中的時空效應，有效地控制圍護體系在受力后的變形。

2）采用臂長12 m挖土機開挖，土方隨挖隨運。施工中嚴禁超挖，及時施加支撐，土方開挖施工要求分層均勻高效，以使支護結構處于正常的受力狀態，坑底20 cm采用人工挖土鏟平，避免超挖，并及時設置排水溝和集水井對坑內積水進行抽排。

3.5 防滲堵漏

1）本工程鋼板樁打入之前在鎖口內涂以黃油、鋸末等混合物。當鎖口不緊密而漏水時，用棉絮等在內側嵌塞，外側包裹一層防水彩條布，起到防水和減小水壓力的雙重效果。

2）鋼板樁圍堰抽水過程中要加強止水堵漏措施。抽水時同時在外側水中漏縫處撒大量木屑或谷糠和爐渣的混合物，使其由水夾帶至漏水處自行堵塞，在樁腳漏水處，采用局部混凝土封底等措施。對局部漏水嚴重、堵漏困難的地方在鋼板樁外側補打木樁圍堰，木樁圍堰內側鋪設彩條布，在彩條布與鋼板樁圍堰間填筑黏土進行封堵。

3）鋼板樁施打過程中設置觀測點和儀器跟蹤，避免圍堰偏位，尤其板樁的偏位累積很難校正。施打前，在圍堰上下游一定距離和兩岸陸地上設置全站儀觀測點，用于控制圍堰長短方向鋼板樁的的施打定位。

4）在鋼板樁圍堰擋水期間，定期對鋼板樁頂的位移進行觀測，監測樁頂向基坑內外的偏移量。

4 施工監測方案

4.1 監測原則

工程實施時進行施工監測。施工監測的成敗與監測方法的選取及測點布置情況直接相關。根據我們積累的經驗，現歸納為以下4 條原則。

1）可靠性原則：可靠性原則是監測系統設計中所考慮的最重要的原則。為了確保其可靠性，必須做到：采用可靠的儀器及監測期間保護好測點。

2）多層次監測原則：多層次監測原則的具體含義有4 點。在監測對象上以位移為主，兼顧其他監測項目；在監測方法上以儀器監測為主，并輔以現場巡視的方法；在監測儀器選擇上以機測儀器為主，輔以電測儀器；考慮分別在地表及鋼板樁上和圍堰上布點，以形成具有一定測點覆蓋率的監測網。

3）方便實用原則：為減少監測與施工之間的干擾，監測系統的安裝和測量應盡量做到方便實用。

4）經濟合理原則：考慮實用的儀器，不過分追求儀器的先進性。

4.2 監測目的

基坑開挖過程中，必須保證圍護結構的穩定性，以確保基坑施工安全。為此施工過程中必須采取相應的監控保護措施，監測的目的主要是：

1）了解圍護結構的受力、變形及坑周土體的沉降情況，對圍護結構的穩定性進行評價；

2）對基坑周邊河道水位等進行監控，了解基坑施工對周邊環境的影響情況；

3）通過獲得的圍護結構及周圍環境在施工中的綜合信息，進行施工的日常管理，對設計和施工方案的合理性進行評價，為優化和合理組織施工提供可靠信息，并指導后續施工。

4.3 監測點位布置

監測點（孔）布設在圍護墻頂，5 m設置一個點。

4.4 報警值

圍護體變形的報警值為：日變量≥2 mm或累計變量≥14 mm。

5 結語

1）因地制宜，合理布置是順利施工的重要因素。本次高等級河道中低埋承臺施工工藝選擇，采用雙層拉森鋼板樁圍堰及搭設棧橋配合施工，是在對周圍環境進行充分調查分析，在確保安全的前提下，為加快施工進度而選用的方案。從整個施工過程和結果中看到，此次施工達到了預期的效果。

2）本次施工中的難點為圍檁支撐施工和監控的實施，工作量大，工作順序復雜。支護結構的施工與土方開挖密切聯系，控制好開挖進度和挖方量是施工的重點，在施工中圍檁的安裝與土方的開挖交叉進行，應嚴格控制施工工序，實時監測支撐的變形。

3）開挖出來的土方填筑到雙層鋼板樁內進行防水圍護，因地制宜，合理地安排了施工工藝。這種做法符合工程實際，節約了施工成本，施工效果明顯，值得進一步學習和推廣。