先支后插鋼板樁圍堰施工技術在水中基坑施工中的應用

雷震，歐記鋒，肖前波

（1.中交投資有限公司，北京 100029；2.中交汕頭道路交通投資建設有限公司，廣東 汕頭 515065；3.中交四航局第五工程有限公司，福建 福州 350008）

1 工程概述

汕頭市中山東路蓮陽河特大橋位于汕頭市東部，在入?？诳缭缴応柡樱瑯蛄喝L1 350 m，由南引橋、主橋和北引橋組成。南引橋為4×40 m 預制 T 梁+（42.5+100+74.5）m 鋼箱梁+2×40 m 預制T 梁，主橋為（60+90+60）m 預應力混凝土連續梁，北引橋為 4×（3×40 m）預制 T 梁+（38+50+30）m 鋼箱梁+2×40 m 預制 T 梁。

水上作業采用搭設鋼棧橋和鋼平臺施工工藝。橋梁樁基采用鉆孔灌注樁，樁徑2 m，樁長約100 m。其中6—26 號墩為水中墩，水深約5 m，左、右幅共有42 個水中承臺。

2 水中承臺圍堰選擇

隨著我國大型橋梁建設的跨徑增長，深水基礎的施工技術已成為大型橋梁建設的關鍵技術。常用方法包括土石圍堰、鋼圍堰和鋼筋混凝土圍堰等。

其中鋼圍堰又分為鋼板樁圍堰、鋼管樁圍堰、雙壁鋼套箱圍堰、單壁鋼套箱圍堰和鋼吊箱等。針對蓮陽河大橋地質條件復雜、膠質淤泥多、潮差較大、氣候變化大、大風天氣多、承臺頂面標高控制要求高、開挖深、工期緊等情況，綜合平面布置、承臺平面尺寸及其他相關因素，比較分析后選擇采用截面剛度大的拉森鋼板樁圍堰支護進行承臺施工[1]。

3 傳統鋼板樁圍堰先插后支施工技術

鋼板樁圍堰支撐體系施工方法有兩種方式：1）先支撐后封底。逐層安裝支撐體系，逐層抽水或開挖，到高程后澆筑墊層；2）先封底后支撐。先水下開挖到封底混凝土底面，澆筑封底混凝土，然后逐層安裝支撐體系，逐層抽水。

無論采用哪種方式，均是先插打鋼板樁，然后再進行圍檁支持體系安裝。傳統先插后支鋼板樁圍堰施工工藝流程如圖1 所示。

圖1 傳統先插后支鋼板樁圍堰施工工藝流程圖Fig.1 Flow chart of traditional surrounding at first and supporting behind construction technology of sheet pile cofferdam

傳統鋼板樁施工技術存在以下缺點：采用簡易導向架對水中插打鋼板樁導向，垂直度控制難度大；鋼板樁間咬合不密切，成型后易滲漏；易產生重復拔打，效率較低；工作平臺安裝不易，一般由吊車吊籠作為施工平臺，安全風險高。

4 先支后插鋼板樁圍堰施工技術

4.1 適用范圍

本工法適用基坑開挖比較深、地質比較差、富水條件下的深基坑支護。可以確保施工安全，節約施工成本，加快施工進度，縮短工期。

4.2 工法特點

1）深基坑開挖采用鋼板樁圍堰可有效阻止海水進入基坑，確?；娱_挖的安全。

2）對于21 m 以上的鋼板樁，鋼板樁施工過程中垂直度的要求較高，先安裝的多層圍檁作為鋼板樁的整體導向架，與只做一層導向架的垂直度相比有明顯優勢。

3）鋼圍檁安裝相當于由基坑內轉至基坑外，施工相對簡單，工期明顯縮短。

4）鋼圍檁施工前需提前進行基坑開挖，可有效減小圍堰成型后的清淤難度[2]。

5 工程實例

以汕頭中山東路蓮陽河特大橋的11 號承臺施工為例，該承臺尺寸為11.2 m×11.2 m，選用21 m拉森SPU-Ⅲw 型鋼板樁，鋼板樁入土深度不小于8 m，圍堰尺寸定為15.6 m×15.6 m。

5.1 圍堰設計

圍堰自上而下設置3 道內部支撐，采取先支后插設置原則；內部支撐由圍檁、縱向支撐和八字斜撐組成；第1 道圍檁采用雙拼工40 型鋼，第2 道圍檁采用雙拼工56 型鋼，第3 道圍檁采用雙拼H588×300 型鋼，圍檁與圍檁豎向連接采用工36 型鋼，等間距3 m 布置，每道圍檁設置2 道大小八字斜撐均采用φ529×8 mm 的螺旋鋼管[3]。鋼圍堰布置如圖2、圖3 所示。

圖2 11 號主墩承臺鋼圍堰立面圖Fig.2 Elevation of No.11 main pier cap steel cofferdam

圖3 11 號主墩承臺鋼圍堰平面圖（cm）Fig.3 Plan of No.11 main pier cap steel cofferdam（cm）

5.2 吊掛系統

吊掛系統由8 根φ25 精軋螺紋鋼和4 個100 t千斤頂組成，橫梁采用雙拼工50a 布置。吊掛系統安裝流程如圖4 所示。

圖4 11 號主墩承臺鋼圍堰吊掛系統安裝流程圖Fig.4 Installation flowchart of No.11 main pier cap steel cofferdam suspension system

5.3 結構驗算

結構驗算包括圍堰結構驗算、支撐結構驗算、基坑抗隆起計算、吊掛系統下放計算，在各工況荷載作用下，圍堰抗隆起，鋼板樁入土深度、強度、剛度滿足要求，圍檁內支撐布置間距、形式合理，強度、穩定性滿足要求。

5.4 工藝流程

工藝流程如下：1）沿著鋼板樁圍檁四周開挖至第3 道圍檁的標高；2）焊接牛腿，安裝焊接第2、3 道圍檁；3）架設扁擔橫梁，安裝吊掛系統及千斤頂；4）割牛腿，下放第2、3 道圍檁；5）焊接第1 道圍檁；6）插打鋼板樁；7）圍堰內清淤至封底（-8.516 m），澆筑 1.8 m 厚的封底混凝土；8）割護筒/鑿樁頭，澆筑30 cm 封底找平層；9）圍堰內抽水至封底頂（-7.016 m），施工承臺及墩身至出水；10）基坑內逐層回水逐步拆除圍檁內支撐；11）拔除鋼板樁[4]。

5.5 施工操作要點

1）鋼板樁合龍。每根鋼板樁與圍檁焊接1 個卡扣，與合龍口相鄰的5～10 片鋼板樁先插打至樁的穩定標高，利用鋼板樁調整樁的位置，而且合龍口兩側鋼板樁具有高差，便于插打，待合龍后，再將鋼板樁打至設計標高。

2）安裝第2、3 道圍檁八字撐。鋼板樁安裝完成后焊接第1、2 道大八字撐，抽水觀察監控數據，穩定無異常后安裝第2、3 道圍檁的八字撐。

3）拆除吊掛系統。為便于開挖需將扁擔梁移走，故需解除吊掛系統，根據兩種不同的開挖工藝采用2 種解除吊掛系統方案，方案一：通過焊接牛腿將吊掛系統移至牛腿上，可采用長臂挖掘機進行開挖（吊掛系統暫時不影響開挖），后續封底后待第3 道圍檁牛腿焊接完成可拆除吊掛系統的精軋螺紋鋼；方案二：利用護筒做支撐，搭設施工平臺，采用伸縮臂挖掘機帶水進行開挖，開挖至設計底標高后進行封底，封底后抽水進行內八字撐和牛腿焊接，待第3 道圍檁的牛腿焊接完成后再進行吊掛系統的拆除工作（橫梁及精軋螺紋鋼）。

4）鋼板樁止水?；娱_挖時，由于鋼板樁的咬合不緊密會出現漏水現象，現場采用棉絮、再生棉等物品進行堵塞。

5）第1 次封底。開挖后復測每個鋼板樁槽的標高再進行鋼圍堰第1 次封底。

6）基底清理。采用氣舉反循環方式清理水下圍檁邊角，PC60 挖掘機+長臂挖掘機配合二次清理基底。

7）承臺鋼筋施工。在進行承臺鋼筋綁扎時提前將承臺模板下放到相應位置[5-8]。

5.6 機械設備

通過對11 號墩承臺圍堰施工投入機械設備進行統計分析，得到施工一個承臺圍堰需要投入的機械設備如表1 所示。

表1 主要機械設備配置表Table 1 Main mechanical equipment configuration table

5.7 工效對比

通過對11 號承臺圍堰按照2 種施工方式進行比較分析，先支后插比先插后支施工效率提前8.5 d，工期優勢明顯。主要工效對比如表2 所示。

表2 2 種工藝工效對比表Table 2 Comparison table of ergonomics of two processes

6 結語

與傳統的先打鋼板樁再做圍檁施工方式相比，采用先做內支撐后插鋼板樁具有以下優勢：

1）安全性高。先加工成型的頂層圍檁與樁基鋼護筒連接成為施工平臺，作業安全性高。

2）施工速度快。加工成環并準確焊接在鋼護筒上的圍檁作為導向架，定位準確，減少重復插拔。

3）圍堰整體性好。通過有效控制施打精度，圍堰整體性好。

4）經濟效益優。綜合比較，一個承臺圍堰施工可以節約8.5 d，綜合測算經濟效益明顯。

海上水中深基坑支護使用鋼板樁圍堰方式施工，與先圍后支的傳統方式相比，先支后插的施工方式安全風險低，施工速度快，施工質量好，施工技術更先進，有著更好的社會效益和經濟效益。