水中墩鋼板樁圍堰施工分析

中鐵十二局第一工程有限公司，陜西 西安 710000

1 水中墩施工的研究意義

為了規(guī)避雙臂鋼圍堰施工的弊端，又鑒于目前深水中鋼板樁圍堰應(yīng)用少，施工經(jīng)驗(yàn)少，不足以適用各類施工環(huán)境的情況，文章希望通過深水無覆蓋層鋼板樁圍堰施工的研究，以期加快施工進(jìn)度，提高經(jīng)濟(jì)效益，并且為同類項(xiàng)目積累經(jīng)驗(yàn)和原始資料，為業(yè)內(nèi)提供有效的借鑒和指導(dǎo)。

2 工程概況

沙溪特大橋跨越沙溪河橋位處，沙溪水面開闊，河道順直，水流較緩慢，沙溪現(xiàn)為Ⅴ（Ⅱ）級(jí)通航。

設(shè)計(jì)采用(48+80+80+48)m連續(xù)梁跨越，沙溪特大橋5#～9#墩為水中墩，其中，6#～8#墩位于河道中央。枯水期水深約為4m，汛期水位約為8m，歷史最高水位為13m。

該水中連續(xù)梁施工是全線重點(diǎn)控制性工程之一，但由于該段施工臨近既有線，施工安全形勢(shì)嚴(yán)重，施工地質(zhì)復(fù)雜，深水中河床裸露無覆蓋層，地質(zhì)條件極其復(fù)雜，南方施工受天氣影響嚴(yán)重，因此水中基礎(chǔ)施工必須在汛期到來前完成施工。國內(nèi)外深水無覆蓋層使用鋼板樁施工案例很少，可借鑒經(jīng)驗(yàn)少，為確保工程施工質(zhì)量、進(jìn)度和成本，必須選取合適快速的方法完成施工，經(jīng)調(diào)查在沙溪上下游施工的水中墩全部采用雙臂鋼圍堰，但施工周期較長，難以滿足工期要求，故需探索一種新的施工方法。

3 鋼板樁圍堰總體設(shè)計(jì)

鋼板樁圍堰施工前先拆除鋼板樁處原鉆孔施工平臺(tái)部分鋼板及其他構(gòu)件，然后在樁基鋼護(hù)筒上焊接牛腿，安裝導(dǎo)向梁，利用既有鉆孔平臺(tái)，開始鋼板樁施工，鋼板樁利用汽車吊配合振動(dòng)錘進(jìn)行插打，鋼板樁插打完畢后拆除鉆孔平臺(tái)及鋼護(hù)進(jìn)行圍檁及支撐施工。

5#～9#墩承臺(tái)的幾何尺寸為10.6m×10.6m，尺寸相同，考慮到施工需求以及施工期間圍堰內(nèi)的抽水、樁頭鑿除、承臺(tái)基坑開挖，鋼板樁規(guī)格型號(hào)等，經(jīng)方案組研究討論確定圍堰的設(shè)計(jì)平面尺寸為14.8m×14.8m。圍堰距承臺(tái)混凝土邊距為2.1m，滿足施工需要。

鋼板樁圍堰內(nèi)側(cè)周圈采用2I45工字鋼以圍檁形式支護(hù)，圍堰四角設(shè)兩道斜撐，斜撐采用外徑529mm壁厚10mm圓鋼管，鋼板樁圍堰平面圖見圖1。

圖1 鋼板樁圍堰平面圖（單位：mm）

為保證鋼板樁圍堰整體穩(wěn)定性，在鋼板樁圍堰外側(cè)周圈澆筑寬1m、厚1m的C20水下混凝土基礎(chǔ)對(duì)圍堰外側(cè)進(jìn)行堵漏加固。在鋼板樁圍堰內(nèi)側(cè)周圈澆筑C20鋼筋混凝土進(jìn)行基礎(chǔ)加固，并在上游圍堰內(nèi)側(cè)設(shè)置3根鋼筋混凝土樁基進(jìn)行錨固。內(nèi)側(cè)混凝土基礎(chǔ)寬度為1.5m，厚度為1m，上游錨固樁間距為5m，直徑為1m，錨固樁嵌入河床深度為3m，圍堰內(nèi)周圈基礎(chǔ)與錨固樁一起澆筑，抽水采用4臺(tái)大功率抽水機(jī)，分層抽水，分層支護(hù)。

4 鋼板樁圍堰施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測量定位→鋼板樁插打→支撐安裝→澆筑水下圍堰周圈混凝土→抽水、堵漏開挖承臺(tái)→破樁檢樁→承臺(tái)、墩身施工→拆除鋼板樁圍堰。

5 鋼板樁圍堰施工控制要點(diǎn)

5.1 施工準(zhǔn)備

（1）在鉆孔樁施工完畢后，在墩位上游側(cè)首先在既有鉆孔施工平臺(tái)上放出3根錨固樁基位置，拆除錨固樁處鋼板，利用既有鉆機(jī)對(duì)三根錨固樁進(jìn)行沖孔施工，錨固樁沖孔施工完畢后移走鉆機(jī)，拆除圍堰周圈處鉆孔平臺(tái)鋼板及其他影響鋼板樁施工部件，之后對(duì)既有鉆孔平臺(tái)進(jìn)行重新加固。（2）對(duì)圍堰范圍內(nèi)河床進(jìn)行清理，避免在鋼板樁插打位置遇到障礙物。（3）為保證施工進(jìn)度，主墩承臺(tái)圍堰支撐系統(tǒng)材料應(yīng)提前15d按圖紙要求加工。

5.2 確定鋼板樁

該工程選用日本進(jìn)口止水鋼板樁進(jìn)行施工，該鋼板樁為小鎖口，具有很好的止水能力，每塊鋼板樁寬40cm、重77.7kg/m，根據(jù)實(shí)地考察現(xiàn)場地質(zhì)情況，最后確定使用樁長為9m的鋼板樁。

5.3 測量定位

首先采用坐標(biāo)放樣法，根據(jù)場地情況在鋼護(hù)筒外圍上利用焊接將鋼護(hù)筒和型鋼連接，起到延伸作用，在型鋼上確定出承臺(tái)邊線，作為施工導(dǎo)向架和鋼板樁的控制線，用工字鋼和鋼管樁組合成導(dǎo)向架，逐根插打垂直的鋼板樁。

5.4 鋼板樁插打

根據(jù)現(xiàn)場施工實(shí)際環(huán)境因素，鋼板樁使用25t汽車吊配合DZ60震動(dòng)錘利用既有的鉆孔平臺(tái)直接插打，插打鋼板樁前必須對(duì)鋼板樁邊線進(jìn)行復(fù)核，確保位置準(zhǔn)確后逐根插打。插打過程中嚴(yán)格控制過程質(zhì)量，不定時(shí)檢查打樁機(jī)械安全，確保板樁墻滿足施工要求。

5.5 鋼板樁圍堰底部周圈加固

鋼板樁圍堰完成后，首先澆筑鋼板樁圍堰內(nèi)外側(cè)混凝土基礎(chǔ)，對(duì)圍堰底部進(jìn)行封堵加固。

鋼板樁圍堰內(nèi)側(cè)周圈混凝土基礎(chǔ)寬度為1.5m，厚度為1m，采用C20水下混凝土，內(nèi)設(shè)截面尺寸為0.8m×1.2m，鋼筋采用Φ12mm鋼筋，模板采用大塊鋼模板。在上游圍堰內(nèi)側(cè)設(shè)置3根間距為5m、直徑為1m、嵌入河床深度為3m的鋼筋混凝土樁進(jìn)行錨固，錨固樁澆筑時(shí)與內(nèi)側(cè)混凝土基礎(chǔ)一起澆筑。圍堰周圈基礎(chǔ)鋼筋及模板安裝時(shí)，需要派水下潛水員對(duì)基礎(chǔ)鋼筋及模板進(jìn)行定位。鋼板樁圍堰外側(cè)周圈混凝土基礎(chǔ)采用C20水下混凝土基礎(chǔ)對(duì)圍堰外側(cè)進(jìn)行堵漏加固，混凝土澆筑采用泵車澆筑。

5.6 圍檁、支撐安裝

鋼板樁圍堰插打完成后，對(duì)圍堰內(nèi)進(jìn)行抽水，水位小于圍檁底標(biāo)高50cm時(shí)進(jìn)行圍檁、支撐的安裝。待圍檁、支撐全部安裝完成，按照設(shè)計(jì)位置在樁內(nèi)壁上焊接圍檁托架，隨后吊裝H型鋼（雙拼H45型鋼）圍檁并焊接加固。

支撐包括斜撐、頂撐等構(gòu)件，斜撐與圍檁連接處四周需滿焊，首先安裝第一道圍檁及支撐，然后進(jìn)行抽水，待水位到第二道支撐下50cm水位時(shí)停止抽水，安裝第二道圍檁并焊接牛腿，最后焊接斜撐和頂撐，經(jīng)檢查合格后方可進(jìn)行下層開挖、安裝，以此理推逐層開挖、安裝直到基坑底。

支撐的安裝必須保證焊縫滿足規(guī)范要求，圍檁兩端均采用三角鋼板焊接。焊縫抗剪不滿足要求時(shí)需增設(shè)加強(qiáng)板并與圍檁和斜撐焊接。圍堰尺寸較大、僅設(shè)斜撐不能保證圍檁受力時(shí)，還要加設(shè)對(duì)頂撐。

5.7 抽水和承臺(tái)基坑開挖

鋼板樁插打完畢后安裝第一層支撐，用3～4臺(tái)大功率水泵在圍堰內(nèi)同時(shí)抽水（如漏水嚴(yán)重時(shí)，需適度增加抽水泵），當(dāng)內(nèi)外水位不在一個(gè)水位時(shí)立即開始堵漏，從外圍向水中拋撒粉煤灰、黏土等混合物，通過水壓差形成的吸力將混合物吸附到漏水位置，即可達(dá)到堵漏目的，內(nèi)側(cè)采用布條、棉花等塞縫堵漏。水位到下一道支撐中心下50cm處時(shí)切斷水泵電源，同時(shí)留1～2臺(tái)水泵繼續(xù)抽水以維持水位。隨后焊接牛腿，且安裝第二層圍檁和斜撐，以此類推安裝剩余支撐。

待水位到河床面后，采用小型挖機(jī)配合破碎錘從中間向四周開挖，挖至距設(shè)計(jì)底標(biāo)高20cm處時(shí)，采用人工清除剩余20cm，嚴(yán)禁超挖。為確保基坑內(nèi)不積水在基底角部開挖積水坑，利用水泵向外抽水。

基坑開挖完后，澆筑厚度為1m的混凝土墊層。鋼板樁內(nèi)側(cè)與混凝土墊層接觸部分涂隔離層，確保鋼板樁在施工結(jié)束后能順利拔出。

5.8 承臺(tái)、墩身施工

承臺(tái)基坑封底施工完成后，進(jìn)行鋼筋施工，鋼筋綁扎應(yīng)在底層混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%后進(jìn)行。以直徑為5m的圓柱實(shí)心墩作為水中墩，墩身分三次澆筑完成。養(yǎng)護(hù)時(shí)先帶模澆水養(yǎng)生，拆模后墩身外包裹塑料薄膜加覆土工布養(yǎng)護(hù)。

5.9 支撐拆除及鋼板樁拔除

在完成承臺(tái)和橋墩施工后，首先安裝墩旁托架、管樁等設(shè)計(jì)要求的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，然后拆除圍堰。拆除時(shí)需進(jìn)行換撐，具體做法如下：向圍堰內(nèi)灌水，灌水頂面距底層圍檁頂面40cm，拆除最底層圍檁、支撐，然后繼續(xù)向基坑內(nèi)灌水至第二層圍檁位置，拆除時(shí)依次將圍檁、支撐逐層拆除，將整個(gè)圍堰內(nèi)回灌完畢使內(nèi)外水面一致，再用震動(dòng)錘按照上游→下游→側(cè)面的順序逐個(gè)拔出鋼板樁。拆撐過程中需要加強(qiáng)板樁和支撐變形監(jiān)測，同時(shí)做相應(yīng)的工況驗(yàn)算，必要時(shí)采用逐層換撐法拆除確保安全。

6 結(jié)束語

沙溪特大橋5#～9#墩為水中墩，其中，6#～8#墩位于河道中央且鄰近向莆鐵路，施工場地局限，同時(shí)受鄰近高速鐵路施工時(shí)間限制，無法長時(shí)間連續(xù)作業(yè)，導(dǎo)致施工組織困難。對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查，采用加強(qiáng)的鋼板樁圍堰，施工過程中受到雨季影響，經(jīng)受住了兩次洪水的沖擊，且最終取得了良好的施工效果。實(shí)踐表明采用鋼板樁圍堰法進(jìn)行水中墩施工可縮短工期，節(jié)約成本，保證施工安全。