27 m深水鋼板樁圍堰“逆作法”施工技術

王 東，成宏永

(鐵道戰備舟橋處，山東 齊河 251100)

1 工程概況

常益長鐵路沅江特大橋橋梁全長1 386.1 m，主跨為224 m矮塔加勁剛構斜拉橋。521#-522#墩為主橋邊墩、輔墩，橋墩基礎采用11根呈梅花型布置的?2.0 m的鉆孔樁。521#墩承臺底標高為13.732 m，522#墩承臺底標高為13.207 m，承臺為矩形鋼筋混凝土結構，尺寸為19.1 m×12.8 m×4.0 m。施工水位+30.0 m，最大流速1.2 m/s，河床地質為砂卵石層，采用“先平臺后圍堰”的施工方法進行基礎施工。

521#-522#墩均采用鋼板樁圍堰進行承臺施工，采用進口的27 m長新日鐵NSP-IVw600×210型鋼板樁，設置3道內支撐，內支撐采用型鋼進行加工，3道內支撐通過聯結系連成整體。圍堰長21.6 m、寬14.4 m、高27.0 m，鋼板樁頂標高+30.5 m，樁底標高+3.5 m，封底混凝土厚3.6 m。鋼板樁結構見圖1。

圖1 521#-522#墩鋼板樁圍堰結構(單位：mm)

圍堰設計結構主要包括：內支撐、吊放系統及導向系統。

2 方案比選

各類鋼圍堰的適用條件如表1所示。

由表1可知，從水深和覆蓋層兩個關鍵條件來講，521#-522#墩圍堰采用鋼套箱最為合適，但鋼套箱圍堰整體施工周期長、用鋼量較大、費用高且回收率低。綜合考慮工期壓力和成本因素，決定采用鋼板樁圍堰，但522#墩設計水位至承臺底距離為16.8 m，超出了適用的深水范圍，如按傳統的“先打樁，再逐層降水逐層安裝內支撐”工藝施工，各工況檢算、鋼板樁抗彎強度將嚴重超限；如采用“先安支撐，后打樁”的新工藝，各工況檢算、圍堰結構受力能滿足要求。

表1 各類鋼圍堰的適用條件

3 施工方案

3.1 總體方案[1-2]

一是提前制作圍堰內支撐，進行半成品施焊拼組；二是拆除鉆孔平臺，在鉆孔樁鋼護筒上焊接內支撐拼組牛腿；三是因為鉆孔樁為梅花型布置，需要提前處理下放內支撐時有障礙的鋼護筒及混凝土樁頭；四是接長鋼板樁到設計長度；五是預開挖河床到底層內支撐標高以下；六是內支撐下放到位后進行鋼板樁插打至合攏，進行后續的基坑開挖、混凝土封底；七是封底混凝土達到強度后抽水進行承載圍堰內支撐的牛腿的安裝焊接、鋼護筒割除，承臺施工。

3.2 技術重點和難點

一是內支撐的整體拼裝質量與下放過程中的位置偏差控制；二是與水平撐管位置沖突的鋼護筒及內部混凝土樁頭的清除；三是27 m超長鋼板樁接長的直線度及打設的垂直度控制；四是圍堰使用完畢后內支撐的拆除。

4 施工關鍵技術

主要施工流程為：平整河床→割除內支撐處鋼護筒→安裝內支撐拼裝平臺牛腿→制作并拼裝3層內支撐及聯結系→安裝改造提升的鋼護筒→安裝吊掛下放裝置→提升并下放內支撐→插打鋼板樁→圍堰清淤至封底混凝土底標高→澆筑封底混凝土→抽水、承臺施工→拆除鋼板樁圍堰。

4.1 河床預開挖及整平

因墩位處河床地質屬板結卵石與碎砂石混合型，且河床高于圍堰第3層支撐的設計標高，經反復嘗試探索，采用了空壓機的氣舉法+長臂挖機的組合方式進行河床開挖。長臂挖機主要用于松動局部板結層，空壓機氣舉用于大規模開挖。預開挖為自然塌方放坡式開挖，開挖方量較大，且過程中會不斷回淤，故開挖需要超過第3層內支撐最少0.5 m，才可以滿足內支撐順利的吊放到位。

4.2 沖突部位鋼護筒的處理

圍堰四角的4根鋼護筒與斜撐位置沖突，中心的鋼護筒與平撐位置沖突，均需提前處理。通過振動錘吊掛鋼管樁試打的方式探測到5根鋼護筒內混凝土樁頭均高于第3層內支撐標高。為了加快進度，將原設計的四角斜撐的?1 000 mm×12 mm的鋼管更換為?630 mm×12 mm鋼管+C50混凝土填充的鋼管樁混凝土結構，因管徑變小，避開了四角的臨近鋼護筒。針對中心的鋼護筒，先用泥漿泵及高壓水槍對鋼護筒內鉆孔樁殘余淤泥進行清理，之后在鋼護筒內低于水面6 m的位置安裝三角形支撐，采用人工清除高出的混凝土樁頭部分，最后水下割除鋼護筒。通過上述兩種措施，確保了內支撐的下放能順利到位。

4.3 平臺搭設及內支撐拼裝

在外圍鉆孔樁的鋼護筒外側焊接牛腿，因枯水期水位穩定，牛腿底部高出河水面30 cm即可。內支撐由圍檁和撐桿構成，在后場加工各類構件，對隱蔽性焊縫及關鍵部位焊縫進行跟蹤查看，做好記錄。因圍堰3層內支撐為整體結構，制作時先將長、短邊圍檁焊接為整體，然后將3層的各類撐桿用豎向連接桿件焊接為整體，再將各層圍檁與撐桿拼焊成整體。

4.4 提升系統安裝和內支撐吊放

采用千斤頂和精軋螺紋鋼做內支撐的提升下放系統，拼組完內支撐后在四角鋼護筒上高出第2層內支撐1 m以上部位安裝提升墊梁、千斤頂等提升系統；在第2層內支撐的圍檁底部四角各安裝一根托梁，用于固定螺紋鋼的底部(如圖2所示)。在內支撐上安裝導向限位裝置，吊放入水過程中，實時復測內支撐的平面位置，及時調整，確保偏差符合要求。

圖2 提升系統結構

4.5 鋼板樁接長及插打

制作鋼板樁接長胎具，放樣制作鋼板樁對接模具，嚴格控制直線度，對變形鋼板樁進行校正，對接頭處進行打磨，確保鋼板樁順直度。在打設時，采取雙向控制垂直度，同時嚴格控制每片樁的平面位置，確保順利合攏。對于27 m的超長鋼板樁，初始下沉速度要緩慢，入土10 m后方可加快下沉速度。針對河床局部有硬層易導致鋼板樁打脫槽的情況，可在樁底的鎖槽附近焊接1根長約20 cm的?16 mm圓鋼作為限位防脫裝置，可有效防止脫槽現象的發生。

為了確保插打位置準確，第1片鋼板樁定位準確是保證插打質量的關鍵。在內支撐上按照設計位置設置一個用型鋼制作的鋼板樁限位框架，框架內部大小比鋼板樁每邊放大1 cm，吊裝插入鋼板樁，讓鋼板樁背靠內支撐豎直，調整好鋼板樁的垂直度后用振動錘打入。把第1根鋼板樁和內支撐焊接固定，然后以第1根鋼板樁為基準，再分別向兩邊對稱插打鋼板樁直至合攏。

4.6 清淤及封底

鋼板樁打設合攏后，二次基坑開挖吸泥至設計標高，用鋼護筒水下清洗器、高壓水槍對封底混凝土厚度以內的鋼護筒外壁、鋼板樁腹板及根部進行清洗，最后進行水下混凝土封底，砼強度達標后抽水、割除鋼護筒、破除樁頭，進行承臺作業。

4.7 內支撐拆除

承臺完成后進行內支撐體系轉換，墩身施工完成后常規割除第3層內支撐。但第1、2層支撐因受力較大，無法采用傳統的“干割法”進行割除，設計方案為圍堰完全回灌水后用潛水員水下割除，但因成本較高、不易割透，且構件割斷后在應力釋放時會出現回彈現象給潛水員的人身安全帶來很高的風險，經研究論證后，采用了“先割離，后回水，再吊除”的創新工藝。即在圍堰內注水至內支撐下50 cm，先將圍檁用“L”形縫割斷(如圖3所示)，割斷后長、短邊圍檁由原全焊固結變為互相嵌套支撐的鉸接方式；然后將四角斜撐鋼管在靠近長邊圍檁處割開一寬2 cm的縫隙，縫隙割除過程中兩端會再次擠壓受力，在割斷的四大塊內支撐構件上設置吊裝鋼絲繩提前牽引至樁頂拴系好，同法處理第1層內支撐。圍堰內注水與河面持平，先拔除部分鋼板樁對內支撐進行應力釋放，再依次吊除第1層、第2層內支撐預先割斷的大塊構件。

圖3 內支撐割除

5 結束語

常益長沅江特大橋水中墩27 m鋼板樁圍堰“逆作法”施工中進行了多項技術創新和工藝改進，成功探索出了一種深水基坑超長鋼板樁的施工工藝，同時取得了良好的經濟和社會效益。工效高、經濟成本低，為類似工況的橋梁基礎施工提供了成熟的經驗借鑒。