裕溪河特大橋主墩承臺鋼圍堰干法封底施工技術研究

邢 磊 （安徽省路港工程有限責任公司，安徽 合肥 230022）

1 工程概況

S316巢湖至廬江公路改建工程（以下簡稱本項目）路線起點位于亞父山南側與規劃的長江東路交叉處，建設里程74.617km。本次實施監控的裕溪河特大橋在K4+746.5處跨限制性Ⅲ級航道裕溪河主航道。全橋跨徑布置為：3m（橋臺）+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），全長 1454.4m。橋梁按雙幅設計，單幅橋面布置為2m（人行道）+3.5m(非機動車道）+0.5m（護欄）+12.0m（行車道）+0.5m（護欄）+3.0m（分隔帶），全寬41.0m，單幅橋寬度19.0m。

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

根據地質資料表明24#墩自上而下為軟土（-0.21～-11.21），粉質粘土（-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），粉質粘土（-12.15～-16.15） 粉質粘土（-16.15～-19.25），中砂（-19.25～-20.35），卵石土（-20.35～-25.15）等。

2 承臺鋼圍堰方案設計

24#、25#墩處于裕溪河河道兩側，24#主墩承臺頂標高2.646m，承臺底標高-1.354m，25#主墩承臺頂標高1.646m，承臺底標高-2.354m，鋼筋混凝土承臺尺寸40.5m×13.5m，根據本工程地質條件及工程現場實際情況，主橋24#、25#主墩承臺、墩柱施工采用拉森Ⅵ型鋼板樁圍堰防水結構。24#墩采用長度為21m的鋼板樁，25#墩采用18m的鋼板樁。24#墩鋼板樁頂標高為10m，底標高為-11m，入土部分為軟土層。25#墩鋼板樁頂標高10m，底標高為-8m，入土部分為軟土層。支護根據施工的需要及鋼板樁模數，設計圍堰平面尺寸為46.0m×15.0m。圍堰中承臺底部有2m厚混凝土封底，圍堰封底成敗對整個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點

考慮船閘放水、泄洪等對施工期的影響較大，結合現場施工條件，本項目鋼圍堰采用干法混凝土封底工藝，其優點如下。

①速度快。采用干法施工，能加快封底混凝土的施工進度，節約5～10d；

②機械設備少。混凝土澆筑不需導管及起吊設備，僅需一臺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量好。基底處理可見，混凝土澆筑簡單、質量可控，避免了混凝土被水流沖刷造成強度過低；

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

⑥環境保護。現場整潔，無污染；

⑦安全方面。干法施工避免水下封底潛水人員發生意外的情況。

4 主要工藝流程及技術難點

鋼板樁圍堰封底混凝土采用C30標號,其工作原理為一方面通過封底混凝土與樁基鋼護筒、鋼板樁形成一個整體，依靠其自重、封底混凝土與鋼護筒、鋼板樁的粘結力抵抗水浮力。另一方面在封底混凝土達到強度后對鋼板樁下部形成有效支撐。鋼板樁的施工主要考慮打設、清淤、支撐、承臺施工、支撐拆除及板樁的拔除。其主要施工流程如下。

拆除鉆機平臺→測量放線→設置導樁框架→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[標高為7.00]→抽水至5.00m→加固第二道圍檁支撐[標高為4.00]→抽水至9.00m→加固第三道圍檁支撐[標高為0.00]→清淤至15m→澆注200cm水下混凝土封底→承臺、墩結構施工→拆除內支撐→拉森鋼板樁拆除。

該施工工藝主要技術難點及控制環節分析如下。

4.1 鋼板樁防滲漏措施

考慮到本項目施工區域為河道內，水位相對較高，鋼板樁主要依靠鎖口自身密實性進行防漏，但是如果鎖口不密、外側水壓力過大，鋼板樁支護會出現滲漏。根據一般工程經驗，采取下述措施進行預防和處理。

①施工時的預防滲漏措施。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。施打前在鋼板樁鎖口內抹黃油。

②施工后的小滲漏在鋼板樁內側開溝排水。抽水后發現鋼板樁鎖口漏水，但不太嚴重時，可用破棉絮對滲漏位置填堵。

③施工后的大滲漏處理。對于滲漏較大時，則可用快速堵漏劑將鎖口位置進行封堵，并增加水泵抽水，加快承臺施工進度。

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行堵塞，利用水壓力把薄膜擠至板縫中，對滲漏處進行了封閉堵漏。

4.2 基坑土方開挖及基坑排水

需要開挖的土層為軟土層，鋼平臺空間有限，基坑過深長臂挖機等機械不滿足施工要求，同時為保證基坑開挖安全性，減少對鋼圍堰及基地土體的擾動采用柔性挖土方法。用泥漿泵配合高壓噴頭進行基坑開挖施工，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，待泥漿沉淀后排出表層清水。當遇到孤石時，用塔吊吊運料斗，人工清運，避免大型機械施工。

土方開挖程序應配合三層內支撐的安裝分4次進行抽水清淤，選用4臺泥漿泵進行清淤工作。為安全和環保起見，全部淤泥均抽至岸上事先設置好的泥漿池中。根據現場情況，在基坑底部挖臨時排水溝，各拐角點設置集水井，用以排除基坑內積水。當快開挖至基底時保留10cm原狀土用人工進行整平開挖至設計標高，并在樁基上標注封底線以備封底時高程控制。

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。當清淤開挖帶設計位置時必須及時安裝圍檁支撐，已防鋼板樁受到內外荷載差過大，造成變形過大過出現質量安全問題。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，對后期干法封底造成嚴重影響。

當第一次抽水至第一層設計支撐位置時，用塔吊吊運吊籃，人工在吊籃內把牛腿焊接在鋼板樁上，牛腿采用長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。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，根據設計圖紙，先安裝斜向支撐，再安裝橫向對撐。支撐安裝后，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，根據方案要求在相應位置做標注，作為觀測點。測量組第一次對觀測點坐標位置及高程數據進行采集，已備后期觀測數據對比用作參考。

第一道圍檁安裝后，并對觀測點進行觀測，在6h內，數據沒有明顯變化且變形在允許范圍內時方可進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，提前對樁基露出水面的聲測管吊筋進行拆除，在平臺上安裝牢靠的帶扶手鋼爬梯。施工時工人救生服等勞保用品要佩帶齊全后方可進行作業。在用高壓水槍沖洗土方時，應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。在作業過程中對出現的有漏水地方及時安排堵漏，水泵作業不能停止，同時要配備臨時電源以防止出現停電。當抽水及開挖到第二道圍檁設計位置時及時安裝圍檁支撐，布設監測點。

以此類推，依次施工到第三道圍檁安裝完成。基底距第三道圍檁還有4m軟土層。該段施工為本階段施工重點，為縮短基坑暴露時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械及人員24h連續不斷施工，直至到基底頂10cm。人工開挖至設計位置后及時通知監理人員驗收，驗收合格后應立刻進行封底作業。

4.4 混凝土干法封底作業

混凝土干封底，分兩次作業。當基底具備封底條件后，立即組織相關機械人員進行施工。因基底為軟土層承載力過弱，需在上面鋪設一層竹制籬笆，用以增強軟土層承載力及整個封底混凝土的整體性能。

封底混凝土澆筑時，應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。整體澆筑順序為由遠到近。在最后澆筑區域設置集水坑，放置水泵不停排水，澆筑過程不得停止。在澆筑現場配備木板，工人在木板上作業正道混凝土。澆筑時注意樁基上標志，澆筑至標志下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度，再澆筑第二層整平層，第二層10cm整平層采用細石混凝土支模澆筑承臺處位置。澆筑完成后及時放線及拆除第三道圍檁支撐進行下步承臺施工。在封底四拐角承臺區域外，留有4個低洼口作集水井備用。

4.5 鋼板樁抗傾覆穩定性、基底抗隆起穩穩定性

對于干法施工而言，外圍水土合算的側壓力較大，故鋼板樁抗滑移整體穩定性、抗傾覆整體穩定性及基底抗隆起穩定性驗算尤為重要，最小嵌固深度也相應會比水下施工大。首先通過計算確定鋼板樁支撐層數和間距的布置，根據現場的支撐材料和開挖深度，采取在鋼板樁內側加三層圍檁并設置支撐，按多支撐進行鋼板樁計算，計算時仍采用等值梁法。圍護采用拉森Ⅳ型鋼板樁，堰底標高以抗傾覆穩定性、基底抗隆起穩定性驗算確定入土深度，根據最不利的情況計算得最小嵌固深度為7m，實際為8.88m。支擋式結構的抗滑移整體穩定性可采用整體圓弧滑動法進行驗算，其安全系數計算值為K=1.31。嵌固穩定性驗算可采用被動土壓力力矩與主動土壓力力矩之比，其安全系數計算值為Ke=1.88。基坑抗隆起穩定性驗算采用普朗德爾極限平衡理論公式，其安全系數計算值Kb=2.23,均滿足相關規范要求。

圖3 基坑支護方案及計算簡圖

5 施工效果及總結

干法封底混凝土施工的應用，不僅有效的保證了封底混凝土的澆筑質量，而且節約了人工和機械設備，降低施工成本，加快了施工進度。施工過程中無質量和安全事故，并做到文明環保施工，創造了良好的經濟效益和社會效益。根據現場土質等情況下，做好相應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開挖的封底，運用前景廣闊。

圖4 干法封底現場照片