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用少，施工經驗少，不足以適用各類施工環境的情況，文章希望通過深水無覆蓋層鋼板樁圍堰施工的研究，以期加快施工進度，提高經濟效益，并且為同類項目積累經驗和原始資料，為業內提供有效的借鑒和指導。

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，沙溪現為Ⅴ（Ⅱ）級通航。

設計采用(48+80+80+48)m連續梁跨越，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。

該水中連續梁施工是全線重點控制性工程之一，但由于該段施工臨近既有線，施工安全形勢嚴重，施工地質復雜，深水中河床裸露無覆蓋層，地質條件極其復雜，南方施工受天氣影響嚴重，因此水中基礎施工必須在汛期到來前完成施工。國內外深水無覆蓋層使用鋼板樁施工案例很少，可借鑒經驗少，為確保工程施工質量、進度和成本，必須選取合適快速的方法完成施工，經調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 鋼板樁圍堰總體設計

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

5#～9#墩承臺的幾何尺寸為10.6m×10.6m，尺寸相同，考慮到施工需求以及施工期間圍堰內的抽水、樁頭鑿除、承臺基坑開挖，鋼板樁規格型號等，經方案組研究討論確定圍堰的設計平面尺寸為14.8m×14.8m。圍堰距承臺混凝土邊距為2.1m，滿足施工需要。

鋼板樁圍堰內側周圈采用2I45工字鋼以圍檁形式支護，圍堰四角設兩道斜撐，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定性，在鋼板樁圍堰外側周圈澆筑寬1m、厚1m的C20水下混凝土基礎對圍堰外側進行堵漏加固。在鋼板樁圍堰內側周圈澆筑C20鋼筋混凝土進行基礎加固，并在上游圍堰內側設置3根鋼筋混凝土樁基進行錨固。內側混凝土基礎寬度為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，圍堰內周圈基礎與錨固樁一起澆筑，抽水采用4臺大功率抽水機，分層抽水，分層支護。

4 鋼板樁圍堰施工工藝流程

施工準備→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→破樁檢樁→承臺、墩身施工→拆除鋼板樁圍堰。

5 鋼板樁圍堰施工控制要點

5.1 施工準備

（1）在鉆孔樁施工完畢后，在墩位上游側首先在既有鉆孔施工平臺上放出3根錨固樁基位置，拆除錨固樁處鋼板，利用既有鉆機對三根錨固樁進行沖孔施工，錨固樁沖孔施工完畢后移走鉆機，拆除圍堰周圈處鉆孔平臺鋼板及其他影響鋼板樁施工部件，之后對既有鉆孔平臺進行重新加固。（2）對圍堰范圍內河床進行清理，避免在鋼板樁插打位置遇到障礙物。（3）為保證施工進度，主墩承臺圍堰支撐系統材料應提前15d按圖紙要求加工。

5.2 確定鋼板樁

該工程選用日本進口止水鋼板樁進行施工，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，根據實地考察現場地質情況，最后確定使用樁長為9m的鋼板樁。

5.3 測量定位

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

5.4 鋼板樁插打

根據現場施工實際環境因素，鋼板樁使用25t汽車吊配合DZ60震動錘利用既有的鉆孔平臺直接插打，插打鋼板樁前必須對鋼板樁邊線進行復核，確保位置準確后逐根插打。插打過程中嚴格控制過程質量，不定時檢查打樁機械安全，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外側混凝土基礎，對圍堰底部進行封堵加固。

鋼板樁圍堰內側周圈混凝土基礎寬度為1.5m，厚度為1m，采用C20水下混凝土，內設截面尺寸為0.8m×1.2m，鋼筋采用Φ12mm鋼筋，模板采用大塊鋼模板。在上游圍堰內側設置3根間距為5m、直徑為1m、嵌入河床深度為3m的鋼筋混凝土樁進行錨固，錨固樁澆筑時與內側混凝土基礎一起澆筑。圍堰周圈基礎鋼筋及模板安裝時，需要派水下潛水員對基礎鋼筋及模板進行定位。鋼板樁圍堰外側周圈混凝土基礎采用C20水下混凝土基礎對圍堰外側進行堵漏加固，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，對圍堰內進行抽水，水位小于圍檁底標高50cm時進行圍檁、支撐的安裝。待圍檁、支撐全部安裝完成，按照設計位置在樁內壁上焊接圍檁托架，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，然后進行抽水，待水位到第二道支撐下50cm水位時停止抽水，安裝第二道圍檁并焊接牛腿，最后焊接斜撐和頂撐，經檢查合格后方可進行下層開挖、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需增設加強板并與圍檁和斜撐焊接。圍堰尺寸較大、僅設斜撐不能保證圍檁受力時，還要加設對頂撐。

5.7 抽水和承臺基坑開挖

鋼板樁插打完畢后安裝第一層支撐，用3～4臺大功率水泵在圍堰內同時抽水（如漏水嚴重時，需適度增加抽水泵），當內外水位不在一個水位時立即開始堵漏，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，即可達到堵漏目的，內側采用布條、棉花等塞縫堵漏。水位到下一道支撐中心下50cm處時切斷水泵電源，同時留1～2臺水泵繼續抽水以維持水位。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，采用小型挖機配合破碎錘從中間向四周開挖，挖至距設計底標高20cm處時，采用人工清除剩余20cm，嚴禁超挖。為確保基坑內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。鋼板樁內側與混凝土墊層接觸部分涂隔離層，確保鋼板樁在施工結束后能順利拔出。

5.8 承臺、墩身施工

承臺基坑封底施工完成后，進行鋼筋施工，鋼筋綁扎應在底層混凝土達到設計強度75%后進行。以直徑為5m的圓柱實心墩作為水中墩，墩身分三次澆筑完成。養護時先帶模澆水養生，拆模后墩身外包裹塑料薄膜加覆土工布養護。

5.9 支撐拆除及鋼板樁拔除

在完成承臺和橋墩施工后，首先安裝墩旁托架、管樁等設計要求的臨時結構，然后拆除圍堰。拆除時需進行換撐，具體做法如下：向圍堰內灌水，灌水頂面距底層圍檁頂面40cm，拆除最底層圍檁、支撐，然后繼續向基坑內灌水至第二層圍檁位置，拆除時依次將圍檁、支撐逐層拆除，將整個圍堰內回灌完畢使內外水面一致，再用震動錘按照上游→下游→側面的順序逐個拔出鋼板樁。拆撐過程中需要加強板樁和支撐變形監測，同時做相應的工況驗算，必要時采用逐層換撐法拆除確保安全。

6 結束語

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，同時受鄰近高速鐵路施工時間限制，無法長時間連續作業，導致施工組織困難。對現場進行調查，采用加強的鋼板樁圍堰，施工過程中受到雨季影響，經受住了兩次洪水的沖擊，且最終取得了良好的施工效果。實踐表明采用鋼板樁圍堰法進行水中墩施工可縮短工期，節約成本，保證施工安全。