鋼板樁圍堰修筑高樁承臺的設計及施工

陳琿

摘 要：本文詳細介紹了東沙大橋主墩承臺利用鋼板樁圍堰進行高樁承臺施工，取代傳統鋼吊箱圍堰進行高樁承臺的施工方法。改施工工藝較簡單、工期短、在潮汐影響地區施工安全，對今后同類橋梁施工具有一定的參考意義。

關鍵詞：東沙大橋；鋼板樁圍堰；高樁承臺；施工

1 工程概況

南通市通州區東沙大橋及接線工程中東沙大橋全長1838.8m，主墩承臺為六邊形圓倒角整體式承臺，幾何尺寸為45.369×20.1×4.5m，頂面標高為+4.0m，采用群樁基礎。

根據現場勘探及相關資料，施工區域11月至次年3月最高水位標高+2.50米，最低水位標高+0.0米。最大水流速度V=1.33m/s，主墩承臺處河床標高為-6m，承臺底標高為-0.5m。水中承臺施工受潮汐、風力等自然條件因素影響較大，但工期要求緊迫。河床地質情況為：上表層為淤泥質粉質粘土和粉砂，主要以粉砂為主。

2 方案比選

主墩為高樁承臺。原承臺施工方案采用傳統的吊箱圍堰法施工，由于施工進度延誤，承臺施工時間拖至汛期。為保證總體工期和施工安全，對兩種施工方案進行比較：

根據對工期、安全、經濟性方面進行綜合比較，見表1，并結合現場的實際特點，最終選用鋼板樁圍堰法施工主墩承臺。

表1 吊箱圍堰與鋼板樁圍堰優缺點對比

3 承臺圍堰的施工組織設計

主墩承臺尺寸為45.369×20.1×4.5m。為減少圍囹支承數量、混凝土水化熱及底平臺受力荷載，承臺采用兩次澆筑的形式。圍堰平面尺寸比承臺平面尺寸大1m，內設兩道圍檁，一道直徑為φ530×8mm的鋼管支撐，標高+2.185m，圍檁采用雙拼2H588型鋼；第二道圍檁標高+1.0m，待第一次承臺澆筑完成后將支承轉換至已完成的承臺上，完成體系轉化后可拆除第一道支承，進行第二次承臺施工。圍堰頂標高+3.0m，底標高-21.0m，鋼板樁長度為24m。主墩鋼板樁圍堰平、立面布置如圖1。

圍堰施工工序：

（1）鉆孔樁施工前或施工時，在定位樁處焊接牛腿，安裝鋼板樁插打導向；

（2）依次插打鋼板樁至合攏；

（3）圍堰內抽水至+1.5m（或選擇低水位時），在+2.185m處安裝預制好的內支撐；

（4）內支撐安裝到位后，繼續抽水至-2.0m，并保持在該水位；

（5）在水位-2.0m時，安裝圍堰內底平臺；

（6）待底模安裝完成后，圍堰內注水至-1.0m，安裝側模模板，進行第一次承臺澆筑，澆筑高度為2m；

（7）達到設計強度后拆除承臺模板后，在+1.000m處焊接圍囹，將支撐轉換至承臺，向圍堰內注水至+1m，拆除第一道內支撐，進行第二次承臺澆筑，澆筑高度為2.5m；

（8）承臺施工完成后，依次拔出鋼板樁。

4 鋼板樁圍堰施工技術

4.1 鋼板樁選型

根據本工程圍堰較深、圍堰內外水壓較大等特點，擬選用拉森Ⅵ型鋼板樁。主墩所需鋼板樁長度為24m，而鋼板樁單根長度為18m，所以施工插打前需將鋼板樁接長，接長的鋼板樁要保證每根只有一道接縫，且保證接縫上下錯開布置。

4.2 鋼板樁的插打鋼板樁插打選擇從圍堰橫橋向中心處開始，然后依次向兩邊進行，最后在下游角樁附近進行合攏。

鋼板樁插打前利用鉆孔平臺，在定位樁上焊接工字鋼作為鋼板樁導向架。在插打前幾根鋼板樁前，先按鋼板樁寬度在導向架上畫出每根鋼板樁的邊線，然后再焊接長約4m的導向桁架，在導向架上、下邊上設置限位裝制，大小比鋼板樁每邊放大1cm。鋼板樁插打導向架示意如圖2。

圖2 鋼板樁插打導向架示意圖

（1）為了確保每片鋼板樁插打后的平面位置，第一片鋼板樁是插打的關鍵，插打前在導向架上設置限位裝制，大小比鋼板樁每邊放大1cm。插打時，邊插邊將吊鉤緩慢下放，這時在相互垂直的兩個方向用錘球進行觀測，以確保鋼板樁插正、插直；

（2）通過檢測，確定首根鋼板樁插打合格后，以此樁為基準，再向兩側插打每一根鋼板樁到設計位置。整個施工過程中，要用錘球始終控制每片樁的垂直度，及時調整；

（3）每一片鋼板樁先利用自重下插，當自重不能下插時，才進行加壓；

（4）鋼板樁插打至設計標高后，立即與導向架進行焊接，以抵抗水流沖擊；

（5）插打過程中，須遵守“插樁正直，分散即糾，調整合攏”的施工要點。

為保證拉森鋼板樁在施工過程中能順利插拔，并增加拉森鋼板樁在使用時防滲性能。每根板樁鎖口都須均勻涂以混合油，其體積配合比為黃油：干鋸沫=5：3。圍堰合攏后，經常觀測圍堰四周的沖刷狀況，采取堆碼砂袋的措施來減少潮水對圍堰外測的沖刷，確保圍堰施工的安全。

4.3 內支撐安裝

鋼板樁插打施工完后即進行內支撐的安裝施工。主墩圍堰內支撐按設計下料后在墩位處拼裝、焊接，待檢驗合格后，圍堰內抽水至+1.5m，按設計位置在鋼板樁上焊接牛腿后，在+2.185m處安裝預制好的內支撐，內支撐采用φ530×8mm的鋼管。

圍檁在吊裝前首先在安裝位置下方焊接承受圍檁自重的臨時短型鋼牛腿，然后吊圍檁就位。并按照設計要求安裝鋼管樁支撐，對圍檁型鋼和支撐接頭位置用三角加勁板焊接，圍囹支撐采用雙面焊，同時加強焊縫質量檢查，形成穩定的內支撐結構。

圖3圍囹結構圖

4.4 圍堰拆除

4.4.1 支撐拆除

主墩澆筑承臺第一次2m高的混凝土，混凝土達到設計強度后進行體系轉換，在+1.0m處焊接圍囹，將支撐轉換至承臺，同時向圍堰內注水至+1.0m處，拆除第一道內支撐，進行第二次承臺澆筑，澆筑高度為2.5m。

4.4.2 拉森鋼板樁拔除

承臺澆筑完成，保持圍堰內外水位差為零時，拆除圍堰支撐后即可進行鋼板樁的拔除。拔除工作先由下游方向開始，對稱施工至上游方向，拔樁起點應離開角樁5根以上，可根據沉樁時的情況確定拔樁起點。

鋼板樁拔除時先用振動錘夾住拉森鋼板樁頭部振動1min～2min，使拉森鋼板樁周圍的土松動，產生“液化”，減少土對樁的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。

5 圍堰內鋼平臺施工

主墩承臺鋼板樁圍堰施工完成后即可開始圍堰內抽水工作，保持在設計的施工水位后，進行底模施工，經過抽水后圍堰水位達到設計水位時，在鋼護筒上焊接設計的牛腿，接著在牛腿上安裝底模龍骨，順序安裝分配梁，待分配梁與龍骨焊接整體后，開始安裝鋼底模。

5.1 牛腿安裝

牛腿按設計尺寸先在鋼結構加工場下料、焊接。采用吊機起吊安裝。每個鋼護筒上對稱焊接四個牛腿，牛腿采用δ=20mm鋼板焊接制作，牛腿焊接前必須先打坡口，采用雙面焊，在焊接牛腿時必須嚴格按照設計標高進行焊接，確保牛腿位置準確。

圖4 主墩牛腿結構圖

5.2 承重梁（龍骨）安裝

在牛腿上安裝承重梁（龍骨），主墩承臺龍骨橫橋向為雙拼32b cm槽鋼，順橋向為雙拼28b cm槽鋼；龍骨分段在加工場制作，制作好后用運輸車運至現場，分段吊裝安裝，安裝時先分段安裝橫橋向的龍骨，再安裝順橋向的龍骨。如下圖：

圖5 主墩承重梁（龍骨）圖

5.3 分配梁及底模安裝

分配梁采用I12 cm工字鋼，順橋向布設，間距30cm，底模采用鋼板與分配梁焊接，分配梁盡量采用整根通長原料。接頭必須錯開布置，同一斷面上接頭率不大于50%。

圖6 主墩承臺圍堰施工圖

7 鋼板樁圍堰檢算

圍堰設置一道圍檁結構，標高為+2.185m，圍檁設置位置需滿足鋼板樁受力需要，同時需盡可能規避對承臺施工的影響。

鋼板樁入土深度的計算工況為：內支撐安裝后，圍堰內抽水至-2.0m；

在計算時，鋼板樁計算長度按等值梁法確定，從主動土壓力與被動土壓力相等的反彎矩截面（即凈土壓力為零或彎矩為零）截斷形成等值梁，計算支撐反力和鋼板樁彎矩。反力通過m法建模確定。通過計算確定鋼板樁底距離圍堰基底深度9.5m，總長24m。

6 施工工藝流程

鋼板樁圍堰施工承臺施工工藝流程見圖7。

圖7 施工工藝流程

7 鋼板樁圍堰施工注意事項

（1） 施工過程中水位的變化對圍堰結構受力影響十分巨大，在施工過程中應密切注意水位和潮水位的變化，及時向圍堰內進行補水或抽水，保持水頭高差不超過設計值。

（2）鋼板樁在淤泥質地段擠進過程中，受到淤泥中石塊或不明障礙物等的不均勻側向擠壓作用力，容易發生偏斜。應采用以下措施進行糾偏：在發生偏斜位置將拉森鋼板樁往上拔1.0～2.0m，然后再往下錘進，如此上下往復振拔數次，可使大的石塊等不明障礙物被振碎或使其發生位移，讓拉森鋼板樁的位置得到糾正，減小鋼板樁的傾斜度；

（3）鋼板樁沿軸線傾斜度較大時，采用異形樁來糾正，異形樁一般為上寬下窄，及寬度大于或小于標準寬度的板樁。異形樁可根據實際傾斜度進行焊接加工，傾斜度較小時也可用卷揚機或手拉葫蘆和鋼索將樁反向拉住再錘擊；

（4）施工時的防滲漏措施。鋼板樁滲漏一般出現在鎖口位置，因此施工過程中重點加強對鎖口的檢查。對于索口變形的鋼板樁，應調正后使用。施打前在拉森鋼板樁鎖口內抹黃油混合物油膏以防止鋼板樁的漏水；施打時控制好垂直度，防止相互傾斜的鋼板樁之間索口無法密貼，不得強行施打，損壞鎖口；

（5）施工后的小滲漏處理。抽水后發現鋼板樁鎖口漏水，但不太嚴重時，抽水時觀察是哪條縫出現漏水，利用漏水處水壓差降產生吸力的原理，在漏水處鋼板樁上迅速溜下一袋干細砂或鋸木屑、粉煤灰（煤碴）等填充物，在吸力的作用下，填充物會被吸入接縫的漏水處，將漏水通道堵塞，有效的減少漏水量；

（6）施工后的大滲漏處理。抽水后發現鋼板樁鎖口漏水較為嚴重時，在拉森鋼板樁圍堰滲漏外側堵砂袋或內側用板條、棉絮、麻絨等在板內側嵌塞。必要時派潛水員將漏水處用棉條從水面堵塞至河床面。若漏水嚴重堵漏困難時，在鋼板樁外側鋪設彩條布，彩條布上端固定在鋼板樁頂面，下端鋪設至河床面，然后派潛水員下水利用型鋼、石塊鋪壓穩定后再拋填部分砂袋。

（7） 在施工過程中，密切觀察沖刷深度，及時在圍堰外側堆碼砂袋，防止沖刷，確保在施工過程中鋼板樁圍堰的穩定和安全。

8 結束語

鋼板樁圍堰在東沙大橋主墩承臺施工中得到成功的應用，實踐證明效果良好，加快了施工進度，保證了結構安全，節約了成本。圍堰內采用水泵抽水，保證水位高度，依靠鋼平臺完全按照陸地承臺施工工藝施作，保證了承臺的施工質量。較吊箱圍堰施工承臺節約了工期，確保了整個工程的進度。取得了良好的經濟效益。

參考文獻

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[3]《路橋施工計算手冊》.周水興等編.人民交通出版社.2001年.

[4]《土力學（第三版）》.馬建林.中國鐵道出版社，2011年.