裕溪河特大橋主墩承臺(tái)鋼圍堰干法封底施工技術(shù)研究

邢 磊 （安徽省路港工程有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230022）

1 工程概況

S316巢湖至廬江公路改建工程（以下簡(jiǎn)稱本項(xiàng)目）路線起點(diǎn)位于亞父山南側(cè)與規(guī)劃的長(zhǎng)江東路交叉處，建設(shè)里程74.617km。本次實(shí)施監(jiān)控的裕溪河特大橋在K4+746.5處跨限制性Ⅲ級(jí)航道裕溪河主航道。全橋跨徑布置為：3m（橋臺(tái)）+5×25m+4×30m+（23.4+4×25）m+4×25m+5×25m+（75+130+75）m+5×25m+3×（6×25）m+3m（橋臺(tái)），全長(zhǎng) 1454.4m。橋梁按雙幅設(shè)計(jì)，單幅橋面布置為2m（人行道）+3.5m(非機(jī)動(dòng)車道）+0.5m（護(hù)欄）+12.0m（行車道）+0.5m（護(hù)欄）+3.0m（分隔帶），全寬41.0m，單幅橋?qū)挾?9.0m。

裕溪河特大橋主橋采用3跨雙箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主墩采用空心薄壁墩，下接承臺(tái)及群樁基礎(chǔ)，承臺(tái)采用整體式，平面尺寸為40.5m×13.5m×4.0m，厚4.0m。承臺(tái)下設(shè)26根直徑2.0m的鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

根據(jù)地質(zhì)資料表明24#墩自上而下為軟土（-0.21～-11.21），粉質(zhì)粘土（-11.21～-19.71），中砂（-19.71～-22.5.1），卵石土（-22.51～-26.01）；25# 墩自上而下分別為軟土 （3.85～-12.15），粉質(zhì)粘土（-12.15～-16.15） 粉質(zhì)粘土（-16.15～-19.25），中砂（-19.25～-20.35），卵石土（-20.35～-25.15）等。

2 承臺(tái)鋼圍堰方案設(shè)計(jì)

24#、25#墩處于裕溪河河道兩側(cè)，24#主墩承臺(tái)頂標(biāo)高2.646m，承臺(tái)底標(biāo)高-1.354m，25#主墩承臺(tái)頂標(biāo)高1.646m，承臺(tái)底標(biāo)高-2.354m，鋼筋混凝土承臺(tái)尺寸40.5m×13.5m，根據(jù)本工程地質(zhì)條件及工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，主橋24#、25#主墩承臺(tái)、墩柱施工采用拉森Ⅵ型鋼板樁圍堰防水結(jié)構(gòu)。24#墩采用長(zhǎng)度為21m的鋼板樁，25#墩采用18m的鋼板樁。24#墩鋼板樁頂標(biāo)高為10m，底標(biāo)高為-11m，入土部分為軟土層。25#墩鋼板樁頂標(biāo)高10m，底標(biāo)高為-8m，入土部分為軟土層。支護(hù)根據(jù)施工的需要及鋼板樁模數(shù)，設(shè)計(jì)圍堰平面尺寸為46.0m×15.0m。圍堰中承臺(tái)底部有2m厚混凝土封底，圍堰封底成敗對(duì)整個(gè)下步施工工作的開展極為重要。

圖1 鋼板樁立面布置圖

圖2 鋼板樁平面布置圖

3 干法封底混凝土施工工藝優(yōu)點(diǎn)

考慮船閘放水、泄洪等對(duì)施工期的影響較大，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，本項(xiàng)目鋼圍堰采用干法混凝土封底工藝，其優(yōu)點(diǎn)如下。

①速度快。采用干法施工，能加快封底混凝土的施工進(jìn)度，節(jié)約5～10d；

②機(jī)械設(shè)備少?；炷翝仓恍鑼?dǎo)管及起吊設(shè)備，僅需一臺(tái)汽車泵即可完成澆筑；

③人員少。不需要潛水員水下清淤，并且減少了混凝土澆筑人員的投入；

④基底處理及混凝土澆筑質(zhì)量好?；滋幚砜梢?，混凝土澆筑簡(jiǎn)單、質(zhì)量可控，避免了混凝土被水流沖刷造成強(qiáng)度過低；

⑤封底時(shí)間快，基地暴露時(shí)間短。封底混凝土強(qiáng)度來的快，能給鋼圍堰作一道堅(jiān)固支撐，極大保證了鋼圍堰的安全性；

⑥環(huán)境保護(hù)?，F(xiàn)場(chǎng)整潔，無污染；

⑦安全方面。干法施工避免水下封底潛水人員發(fā)生意外的情況。

4 主要工藝流程及技術(shù)難點(diǎn)

鋼板樁圍堰封底混凝土采用C30標(biāo)號(hào),其工作原理為一方面通過封底混凝土與樁基鋼護(hù)筒、鋼板樁形成一個(gè)整體，依靠其自重、封底混凝土與鋼護(hù)筒、鋼板樁的粘結(jié)力抵抗水浮力。另一方面在封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度后對(duì)鋼板樁下部形成有效支撐。鋼板樁的施工主要考慮打設(shè)、清淤、支撐、承臺(tái)施工、支撐拆除及板樁的拔除。其主要施工流程如下。

拆除鉆機(jī)平臺(tái)→測(cè)量放線→設(shè)置導(dǎo)樁框架→插打定位鋼板樁→插打拉森鋼板樁→抽水2.00m→加固第一道圍檁支撐[標(biāo)高為7.00]→抽水至5.00m→加固第二道圍檁支撐[標(biāo)高為4.00]→抽水至9.00m→加固第三道圍檁支撐[標(biāo)高為0.00]→清淤至15m→澆注200cm水下混凝土封底→承臺(tái)、墩結(jié)構(gòu)施工→拆除內(nèi)支撐→拉森鋼板樁拆除。

該施工工藝主要技術(shù)難點(diǎn)及控制環(huán)節(jié)分析如下。

4.1 鋼板樁防滲漏措施

考慮到本項(xiàng)目施工區(qū)域?yàn)楹拥纼?nèi)，水位相對(duì)較高，鋼板樁主要依靠鎖口自身密實(shí)性進(jìn)行防漏，但是如果鎖口不密、外側(cè)水壓力過大，鋼板樁支護(hù)會(huì)出現(xiàn)滲漏。根據(jù)一般工程經(jīng)驗(yàn)，采取下述措施進(jìn)行預(yù)防和處理。

①施工時(shí)的預(yù)防滲漏措施。鋼板樁滲漏一般出現(xiàn)在鎖口位置，因此施工過程中重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)鎖口的檢查。施打前在鋼板樁鎖口內(nèi)抹黃油。

②施工后的小滲漏在鋼板樁內(nèi)側(cè)開溝排水。抽水后發(fā)現(xiàn)鋼板樁鎖口漏水，但不太嚴(yán)重時(shí)，可用破棉絮對(duì)滲漏位置填堵。

③施工后的大滲漏處理。對(duì)于滲漏較大時(shí)，則可用快速堵漏劑將鎖口位置進(jìn)行封堵，并增加水泵抽水，加快承臺(tái)施工進(jìn)度。

④施工后的沿鋼板樁與鋼板樁間的滲漏處理。用條狀塑料薄膜沿著板縫之間進(jìn)行堵塞，利用水壓力把薄膜擠至板縫中，對(duì)滲漏處進(jìn)行了封閉堵漏。

4.2 基坑土方開挖及基坑排水

需要開挖的土層為軟土層，鋼平臺(tái)空間有限，基坑過深長(zhǎng)臂挖機(jī)等機(jī)械不滿足施工要求，同時(shí)為保證基坑開挖安全性，減少對(duì)鋼圍堰及基地土體的擾動(dòng)采用柔性挖土方法。用泥漿泵配合高壓噴頭進(jìn)行基坑開挖施工，高壓噴頭噴出高壓水流沖釋軟土層，變成泥漿。然后用泥漿泵抽出泥漿至岸上的泥漿池內(nèi)，待泥漿沉淀后排出表層清水。當(dāng)遇到孤石時(shí)，用塔吊吊運(yùn)料斗，人工清運(yùn)，避免大型機(jī)械施工。

土方開挖程序應(yīng)配合三層內(nèi)支撐的安裝分4次進(jìn)行抽水清淤，選用4臺(tái)泥漿泵進(jìn)行清淤工作。為安全和環(huán)保起見，全部淤泥均抽至岸上事先設(shè)置好的泥漿池中。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，在基坑底部挖臨時(shí)排水溝，各拐角點(diǎn)設(shè)置集水井，用以排除基坑內(nèi)積水。當(dāng)快開挖至基底時(shí)保留10cm原狀土用人工進(jìn)行整平開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，并在樁基上標(biāo)注封底線以備封底時(shí)高程控制。

4.3 開挖過程中的鋼圍檁支撐安裝

土方開挖與鋼圍檁支撐安裝，相輔相成。當(dāng)清淤開挖帶設(shè)計(jì)位置時(shí)必須及時(shí)安裝圍檁支撐，已防鋼板樁受到內(nèi)外荷載差過大，造成變形過大過出現(xiàn)質(zhì)量安全問題。若鋼板樁變形過大，滲水量過大水泵可能無法滿足排水要求，對(duì)后期干法封底造成嚴(yán)重影響。

當(dāng)?shù)谝淮纬樗恋谝粚釉O(shè)計(jì)支撐位置時(shí)，用塔吊吊運(yùn)吊籃，人工在吊籃內(nèi)把牛腿焊接在鋼板樁上，牛腿采用長(zhǎng)40cm 40#工字鋼斜切成牛腿。牛腿安裝完成后，安裝雙拼40#H型鋼作為圍檁。圍檁與鋼板樁之間縫隙用鋼板鐵塊填充密實(shí)。圍檁要安裝固定牢靠，在鋼板樁拐角處要焊接牢固。圍檁安裝后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，先安裝斜向支撐，再安裝橫向?qū)巍Ｖ伟惭b后，用千斤頂使頂托受力后在頂托后塞入鐵塊。

第一道圍檁支撐安裝完畢后，根據(jù)方案要求在相應(yīng)位置做標(biāo)注，作為觀測(cè)點(diǎn)。測(cè)量組第一次對(duì)觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)位置及高程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，已備后期觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比用作參考。

第一道圍檁安裝后，并對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，在6h內(nèi)，數(shù)據(jù)沒有明顯變化且變形在允許范圍內(nèi)時(shí)方可進(jìn)行下步清淤土方開挖工作。

第二階段開挖，包括清除水及軟土層。為了不影響該階段施工，提前對(duì)樁基露出水面的聲測(cè)管吊筋進(jìn)行拆除，在平臺(tái)上安裝牢靠的帶扶手鋼爬梯。施工時(shí)工人救生服等勞保用品要佩帶齊全后方可進(jìn)行作業(yè)。在用高壓水槍沖洗土方時(shí)，應(yīng)與鋼板樁保持一定的安全距離，防止高壓水柱把鋼板樁間堵漏材料沖走造成漏水。在作業(yè)過程中對(duì)出現(xiàn)的有漏水地方及時(shí)安排堵漏，水泵作業(yè)不能停止，同時(shí)要配備臨時(shí)電源以防止出現(xiàn)停電。當(dāng)抽水及開挖到第二道圍檁設(shè)計(jì)位置時(shí)及時(shí)安裝圍檁支撐，布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

以此類推，依次施工到第三道圍檁安裝完成?；拙嗟谌绹鷻_還有4m軟土層。該段施工為本階段施工重點(diǎn)，為縮短基坑暴露時(shí)間及趕在汛期來臨前完成封底施工，該施工階段要增加施工機(jī)械及人員24h連續(xù)不斷施工，直至到基底頂10cm。人工開挖至設(shè)計(jì)位置后及時(shí)通知監(jiān)理人員驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后應(yīng)立刻進(jìn)行封底作業(yè)。

4.4 混凝土干法封底作業(yè)

混凝土干封底，分兩次作業(yè)。當(dāng)基底具備封底條件后，立即組織相關(guān)機(jī)械人員進(jìn)行施工。因基底為軟土層承載力過弱，需在上面鋪設(shè)一層竹制籬笆，用以增強(qiáng)軟土層承載力及整個(gè)封底混凝土的整體性能。

封底混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)先澆筑鋼板樁邊再澆筑里面，以防鋼板樁與封底混凝土之間有軟土淤泥夾層。整體澆筑順序?yàn)橛蛇h(yuǎn)到近。在最后澆筑區(qū)域設(shè)置集水坑，放置水泵不停排水，澆筑過程不得停止。在澆筑現(xiàn)場(chǎng)配備木板，工人在木板上作業(yè)正道混凝土。澆筑時(shí)注意樁基上標(biāo)志，澆筑至標(biāo)志下10cm，不得超澆。第一次混凝土澆筑后2d，初次澆筑混凝凝土已凝固有強(qiáng)度，再澆筑第二層整平層，第二層10cm整平層采用細(xì)石混凝土支模澆筑承臺(tái)處位置。澆筑完成后及時(shí)放線及拆除第三道圍檁支撐進(jìn)行下步承臺(tái)施工。在封底四拐角承臺(tái)區(qū)域外，留有4個(gè)低洼口作集水井備用。

4.5 鋼板樁抗傾覆穩(wěn)定性、基底抗隆起穩(wěn)穩(wěn)定性

對(duì)于干法施工而言，外圍水土合算的側(cè)壓力較大，故鋼板樁抗滑移整體穩(wěn)定性、抗傾覆整體穩(wěn)定性及基底抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算尤為重要，最小嵌固深度也相應(yīng)會(huì)比水下施工大。首先通過計(jì)算確定鋼板樁支撐層數(shù)和間距的布置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的支撐材料和開挖深度，采取在鋼板樁內(nèi)側(cè)加三層圍檁并設(shè)置支撐，按多支撐進(jìn)行鋼板樁計(jì)算，計(jì)算時(shí)仍采用等值梁法。圍護(hù)采用拉森Ⅳ型鋼板樁，堰底標(biāo)高以抗傾覆穩(wěn)定性、基底抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算確定入土深度，根據(jù)最不利的情況計(jì)算得最小嵌固深度為7m，實(shí)際為8.88m。支擋式結(jié)構(gòu)的抗滑移整體穩(wěn)定性可采用整體圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行驗(yàn)算，其安全系數(shù)計(jì)算值為K=1.31。嵌固穩(wěn)定性驗(yàn)算可采用被動(dòng)土壓力力矩與主動(dòng)土壓力力矩之比，其安全系數(shù)計(jì)算值為Ke=1.88?；涌孤∑鸱€(wěn)定性驗(yàn)算采用普朗德爾極限平衡理論公式，其安全系數(shù)計(jì)算值Kb=2.23,均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

圖3 基坑支護(hù)方案及計(jì)算簡(jiǎn)圖

5 施工效果及總結(jié)

干法封底混凝土施工的應(yīng)用，不僅有效的保證了封底混凝土的澆筑質(zhì)量，而且節(jié)約了人工和機(jī)械設(shè)備，降低施工成本，加快了施工進(jìn)度。施工過程中無質(zhì)量和安全事故，并做到文明環(huán)保施工，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)等情況下，做好相應(yīng)措施保障安全情況下，該混凝土干封法配合鋼板樁圍堰適用于各種深基礎(chǔ)開挖的封底，運(yùn)用前景廣闊。

圖4 干法封底現(xiàn)場(chǎng)照片