濱海地區(qū)大型鋼板樁圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)淺析

李維安（寧波市政工程建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 浙江寧波 315000）

0 引言

寧波杭州灣新區(qū)濱海五路跨陸中灣江橋采用83m+83m獨塔PC斜拉橋，僅主墩位于河道中心，主墩平面尺寸為21.6m×30.6m，承臺頂標(biāo)高-1.0m，承臺高-6.0m。

橋位處屬于海陸交互相淤—沖擊平原地形，河床底以下12m范圍內(nèi)為砂質(zhì)粉土層，內(nèi)摩擦角Φ近30°，粘聚系數(shù)c約15kPa，滲透系數(shù)約10-2m/s，其中頂層土為近10年圍海吹填地質(zhì)，現(xiàn)場原位滲透試驗顯示，其滲透系數(shù)約10-1m/s。砂質(zhì)粉土層以下為逾30m厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，內(nèi)摩擦角Φ僅12°，粘聚系數(shù)c約10kPa，滲透系數(shù)約10-7m/s。

1 工程概況

橋位所在河流為該地區(qū)唯一排澇通道，且其通過閘門與杭州灣海域相連。水位變化受當(dāng)?shù)亟涤昙巴夂Ｃ鏄?biāo)高影響顯著—通常水位標(biāo)高+2.5m，水深3.0m；當(dāng)?shù)亟邓^大且海水漲潮時，河道水位漲至3.53m。

主墩基礎(chǔ)施工時需要設(shè)置鋼圍堰，常用的鋼圍堰有鋼套箱圍堰、鎖口鋼管樁圍堰及鋼板樁圍堰3種，為了選擇合適的圍堰，從圍堰剛度、穩(wěn)定性、防水性能、吊裝重量等技術(shù)特點和施工成本的角度對3種形式的圍堰進(jìn)行對比分析，比較結(jié)果如下表1所示。

考慮到橋位區(qū)域水位高差變化較小，且無顯著漲落潮，圍堰剛度要求較低，故選用止水性能較好、剛度相對較弱的鋼板樁圍堰。其具體設(shè)計參數(shù)如下：

表1 寧波杭州灣新區(qū)濱海五路跨陸中灣江橋深水基礎(chǔ)方案比選表

圍堰采用拉森IV型鋼板樁，鋼板樁長18m，末端進(jìn)入淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層內(nèi)0.5m，自上而下設(shè)置3道圍檁及內(nèi)支撐，其中第3道內(nèi)支撐體系需在封底混凝土達(dá)到強度后即拆除，以避讓承臺施工空間。值得指出的是，為確保承臺模板、鋼筋的施工空間，承臺外邊緣至鋼板樁內(nèi)緣間距不小于1.5m。

表2 鋼板樁圍堰內(nèi)支撐體系構(gòu)造表

2 工程難點分析

鋼板樁圍堰的靜力計算理論較為成熟，各規(guī)范要求對鋼板樁圍堰進(jìn)行圍堰周邊土體穩(wěn)定校核、抗傾覆校核及滲流穩(wěn)定校核等，以確保其理論上的安全、可靠。在濱海吹填地區(qū)，鋼板樁圍堰設(shè)計方案執(zhí)行期間，需重視施工期間的滲流穩(wěn)定問題，包括鋼板樁鎖口間的滲流穩(wěn)定與圍堰底部的滲流穩(wěn)定。其中，后者在計算設(shè)計階段即予以充分考慮，前者則與施工質(zhì)量戚戚相關(guān)。

該地區(qū)河床以下的砂質(zhì)粉土層具有良好的嵌固作用，但其滲透系數(shù)高。盡管鋼管樁本身具有良好的截水效應(yīng)，但鋼板樁間的密封程度取決于其插打質(zhì)量。當(dāng)鋼板樁間存在較大間隙時，尤其在河床面以下圍堰底面以上區(qū)域存在間隙時（無法布置止水構(gòu)造），圍堰內(nèi)外即形成管涌通道。

若鎖口間管涌在封底混凝土前發(fā)生時，體現(xiàn)為圍堰內(nèi)水位極難下降；若鎖口間管涌在封底混凝土后發(fā)生時，體現(xiàn)為突發(fā)性涌水—盡管不威脅工程安全，但對作業(yè)人員造成較大的心理壓力。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)控制

為確保鋼板樁插打時鎖口間的密實程度，在施工期間需予以嚴(yán)格控制。主要采用設(shè)置導(dǎo)向支架、定位支架、咬合式鎖口設(shè)計和楔形塊糾偏四種方法，實現(xiàn)對整體線型和鎖扣密實度的控制。

3.1 設(shè)置導(dǎo)向支架

導(dǎo)向支架主要用于控制鋼板樁圍堰的整體線型。

以鉆孔灌注樁的護(hù)筒為基礎(chǔ)，采用雙拼14a工字鋼作為懸掛支架，懸臂端通過鋼筋吊裝與護(hù)筒頂面。懸掛支架上安裝第一道圍檁，作為鋼板樁插打時的導(dǎo)向架。

3.1 設(shè)置定位支架

鋼板樁插打通常采用機械手或振動錘，插打期間鋼板樁處于懸空狀態(tài)，僅豎向設(shè)有可靠支承，水平位移誤差較大，插打期間鎖口存在脫開的風(fēng)險。故需設(shè)置單根鋼板樁的限位結(jié)構(gòu)。采用部分開口槽鋼作為定位支架，一端通過鋼板導(dǎo)向支架焊接連接，一端通過槽口限制鋼板樁的水平位移。當(dāng)單根鋼板樁完成搭設(shè)后，采用火焰切割設(shè)備移除導(dǎo)向支架上的鋼板，移至后一道鋼板樁插打位置固定。定位支架構(gòu)造如圖1所示。

圖1 限位支架構(gòu)造圖

3.2 鎖口咬合質(zhì)量評估

咬合式鎖口構(gòu)造如下圖2所示，其通過兩個鎖口內(nèi)扣的形式，易于安裝，且在鋼板樁之間形成

圖3 鋼板樁圍堰傾斜矯正措施

圖2 咬合式鎖口構(gòu)造圖

了緊密連接，極大程度的避免了管涌現(xiàn)象的發(fā)生，但是采用該形式鎖口時要注意其安裝質(zhì)量，對不合格的鎖口，應(yīng)將鋼板樁拔起后重新插打。

3.3 傾斜后的矯正

大型圍堰尺寸較大，當(dāng)鋼板樁插打期間易出現(xiàn)傾斜，須予以及時矯正。當(dāng)傾斜角度較小（傾斜度小于單樁寬度）時，可利用絞車等工具將已打入鋼板樁的頂部朝傾斜的反方向拉，如圖3（a）所示；當(dāng)傾斜角度較大（傾斜度大于單樁寬度）時，采用頂部與底部寬度不一的楔形鋼板樁糾正。

當(dāng)采用楔形鋼板樁時，應(yīng)注意以下3點：

（1）考慮到楔形鋼板樁與普通樁截面模量不同，需校核楔形鋼板樁的結(jié)構(gòu)強度；

（2）禁止連續(xù)使用楔形鋼板樁；

（3）當(dāng)預(yù)計需要使用楔形鋼板樁時，應(yīng)快速準(zhǔn)備好楔形鋼板樁以使打樁過程不間斷。

4 結(jié)語

寧波杭州灣新區(qū)濱海五路跨陸中灣江橋主墩承臺鋼板樁圍堰已成功實施完畢。工程實踐表明，在濱海吹填地區(qū)，導(dǎo)向支架、定位支架和咬合式鎖扣可有效確保鋼板樁間鎖口的密實程度，楔形塊糾偏可以調(diào)整圍堰線形，減小鋼板樁間鎖口的錯位縫隙。這四種措施都有效的避免了鎖口局部管涌現(xiàn)象，確保鋼板樁圍堰的安全、高效。