鋼板樁圍堰聯(lián)合氣舉清淤施工關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用分析

唐 武 陳 龍 李 廣

中國(guó)電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司 天津 310000

霍山縣生態(tài)新城路網(wǎng)工程雙灣大橋，全長(zhǎng)924m，為連續(xù)跨布置，其中6# ～21# 橋墩位于東淠河中，地質(zhì)多為中強(qiáng)風(fēng)化卵石層，深度達(dá)4.8～7.8m，為兼顧淠河景觀生態(tài)保護(hù)、環(huán)境保護(hù)、正常通航目的，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)與傳統(tǒng)施工方法對(duì)比分析采用鋼板樁圍堰施工。通過(guò)深入研究鋼板樁圍堰在山區(qū)河流砂卵石堅(jiān)硬河床的深水基坑開(kāi)挖支護(hù)中的施工，確保其安全穩(wěn)定。考慮鋼板樁打入地質(zhì)受限制、空間狹窄、基坑開(kāi)挖較深等影響因素，堰內(nèi)塔柱埋入河床較深，需進(jìn)行深基坑開(kāi)挖與清淤，堰內(nèi)加設(shè)型鋼支撐以確保其穩(wěn)定性，但內(nèi)撐密集造成堰內(nèi)空間狹窄，堰內(nèi)淤泥清理無(wú)法清淤船作業(yè)。通過(guò)聯(lián)合氣舉裝置空氣壓縮機(jī)的軟管連接鋼管向管道內(nèi)流入高壓氣體與泥沙混淆使管內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，泥沙通過(guò)鋼管“舉”出圍堰外。在鋼板樁圍堰施工過(guò)程中，解決了孤石打入困難、深水鋼板樁狹窄空間淤泥清理難等問(wèn)題，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

1 解決問(wèn)題的工作思路與工序流程操作要點(diǎn)

通過(guò)實(shí)施解決了如何進(jìn)行鋼板樁狹窄空間內(nèi)的淤泥清理，使之滿足工程封底及安全的需要，還要盡可能降低工程投資，便于就地取材，同時(shí)兼顧渠道景觀、生態(tài)保護(hù)，達(dá)到鋼板樁穩(wěn)定、環(huán)境保護(hù)、正常通航目的。施工工藝得到業(yè)主、監(jiān)理及專家的肯定，實(shí)現(xiàn)了業(yè)主方所要求的霍山項(xiàng)目雙灣大橋通車節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了零事故安全施工目標(biāo)。成功實(shí)踐了鋼板樁狹窄空間內(nèi)氣舉清淤的施工工藝，擴(kuò)展了在砂卵石層鋼板樁施工領(lǐng)域，對(duì)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)能力具有重要意義。

施工工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程

1.1 施工準(zhǔn)備

依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙相關(guān)資料編制雙灣大橋鋼板樁圍堰專項(xiàng)施工方案，調(diào)查清楚周邊的各類管線及建筑物，對(duì)施工人員的技術(shù)、安全交底。

遵循現(xiàn)場(chǎng)施工情況合理配置現(xiàn)場(chǎng)管理人員及作業(yè)人員，并選擇合適功率、數(shù)量的施工設(shè)備，以滿足施工需求。

熟悉工程的地理環(huán)境，結(jié)合鋼板樁的性能參數(shù)與工藝方法，選擇用拉森Ⅳ型400×170mm 鋼板樁，單根鋼板樁長(zhǎng)為18m，單位重76.1kg/ m，四周采用特制角樁，角樁單位重114.15kg/ m。所有到場(chǎng)的鋼板樁、圍囹及內(nèi)支撐等相關(guān)材料應(yīng)檢驗(yàn)合格方可使用。

1.2 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

雙灣大橋塔柱鋼板樁圍堰平面尺寸為（8.8m×20m+15.2×5.68）×2，依據(jù)20 年一遇水面標(biāo)高為67.0m，鋼板樁插打時(shí)設(shè)定頂標(biāo)高為67.5m，對(duì)下塔柱鋼構(gòu)模板支架設(shè)置在鋼板樁圍堰內(nèi)，布設(shè)平樁416 根，角樁16 根，內(nèi)撐采用H500×200 型鋼及I32 型鋼。

1.3 鋼板樁圍堰放樣

依施工圖紙施打放樣，并以5～10m 長(zhǎng)度布設(shè)施工控制網(wǎng)，確定樁的平面位置，精確安裝定位與限位裝置，以確保控制其平面位置及垂直度符合規(guī)范要求。

1.4 鋼板樁插打

1.4.1 插打前的準(zhǔn)備工作

在插打時(shí)應(yīng)排查所有影響設(shè)施，檢查鋼板樁形體及鎖口是否有變形，并對(duì)變形嚴(yán)重的進(jìn)行校正，不合格的不得使用。振動(dòng)錘在打拔鋼板樁夾板正常，電壓要達(dá)到380～420V，在鎖口內(nèi)涂刷黃油混合物油膏減輕插打時(shí)鎖口間摩擦力和圍堰間隙的滲漏。

1.4.2 鋼板樁圍堰的插打

首先選擇合適設(shè)備逐根精準(zhǔn)施打定位，焊接牛腿導(dǎo)向架支撐點(diǎn)，安裝導(dǎo)向架梁。然后確定首樁位置，以樁寬在導(dǎo)向架上依次畫(huà)出每根鋼板樁邊線，同時(shí)在導(dǎo)向架上設(shè)置限位框架，比鋼板樁每邊放大1cm。使鋼板樁呈垂直狀態(tài)下從限位框架內(nèi)插入，要樁背緊靠導(dǎo)向架，同時(shí)觀測(cè)垂直方向，施打時(shí)錘心與鋼板樁的中點(diǎn)重合。樁位固定后，準(zhǔn)確復(fù)測(cè)樁的位置與垂直度，將垂直度偏差控制在1%，不滿足要求拔出再次施打，直至合格為止。用楔形塊頂賽調(diào)整空隙并使鋼板樁穩(wěn)定，間斷實(shí)施振動(dòng)錘樁體下沉，并復(fù)核垂直度，直至沉入土大于3m，可以持續(xù)不間斷施打下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。最后以首樁為基準(zhǔn)，沿導(dǎo)向架依次向兩邊對(duì)稱插打，用工人手扶鋼板樁沿前一根的鎖口下插，當(dāng)遇到孤石或較大卵石下插困難時(shí)，可采用弧形樁頭，實(shí)現(xiàn)插打困難條件下鋼板樁施工。施打過(guò)程使用楔形塞固定，并使用振動(dòng)錘分次打設(shè)至設(shè)計(jì)標(biāo)高，始終控制每根樁的垂直度，當(dāng)發(fā)生偏斜時(shí)及時(shí)糾偏。

鋼板樁打入由上游側(cè)的中點(diǎn)位置向兩邊對(duì)稱開(kāi)始打設(shè)，在下游任何點(diǎn)位合攏。在即將合攏時(shí)，測(cè)量出剩余直線段距離，結(jié)合鋼板樁的寬度，以插打方式，并合理計(jì)算所需根數(shù)。為便于調(diào)整合攏時(shí)的鋼板樁的方向，在施打兩相鄰鋼板樁應(yīng)一高一低布設(shè)，盡量將鋼板樁的兩鎖口保持平行，并將兩根樁同處在一個(gè)平面內(nèi)，以便將鎖口縫隙咬緊密實(shí)。

1.5 鋼板樁堰內(nèi)基坑抽排水開(kāi)挖、內(nèi)支撐及基底清理

1.5.1 堰內(nèi)基坑抽排水

在圍封完成后，堰內(nèi)采用5 臺(tái)8 寸水泵抽排，隨著水位下降并在堰內(nèi)安裝H500×200 型鋼及I32 牛腿支撐，并加塞之間縫隙。圍堰設(shè)置五道內(nèi)支撐，每抽至一道支撐底標(biāo)高下0.5m 處，則安裝一道內(nèi)支撐。在水抽干后，后續(xù)采用聯(lián)合氣舉裝置配合長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行以下泥沙層清理開(kāi)挖。過(guò)程中及時(shí)用粗砂、木屑、粘土等拌和物堵漏，并將塑料薄膜用竹竿送入縫隙內(nèi)止水。

1.5.2 鋼板樁堰內(nèi)支撐及基底清理

堰內(nèi)河底泥砂固結(jié)，支撐較密集，施工條件受限制，圍堰內(nèi)清理無(wú)法大型水下機(jī)械作業(yè)。人工清除效能較低，安全風(fēng)險(xiǎn)較高。為安全快速清出堰內(nèi)泥沙，通過(guò)聯(lián)合氣舉裝置空氣壓縮機(jī)的軟管連接鋼管向管道內(nèi)流入高壓氣體與泥沙混淆使管內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，將泥沙“舉”出圍堰外。

將清淤裝置排泥管放入圍堰內(nèi)，把排泥管固定在圍堰上，防止過(guò)程擺動(dòng)。排泥管上安裝的高壓潛水泵出水口使用φ50mm 鋼管引至排泥管下口兩側(cè)φ50×20 的異徑管噴嘴，通過(guò)高壓泵噴射流擾動(dòng)固結(jié)泥沙，連同排泥管下口處兩側(cè)攪拌裝置，用以擾動(dòng)固結(jié)砂石層，在高壓水射流產(chǎn)生介質(zhì)比重大的湍流，使用排泥管排至平臺(tái)泥沙沉淀池中沉淀后排除余水，將沉淀后泥沙運(yùn)至棄土區(qū)。在泥沙排除后內(nèi)部含有大量的大塊卵石、礫石，未配置砂石泵，為避免了卵石、礫石等大塊固體阻塞泵體，選用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)對(duì)基底大塊的卵石、礫石進(jìn)行清理開(kāi)挖、直接裝入8t 自卸車運(yùn)至料場(chǎng)備用。鋼板樁圍堰在氣舉裝置配合長(zhǎng)臂挖掘機(jī)泥沙層清理開(kāi)挖時(shí)同時(shí)進(jìn)行內(nèi)支撐安裝，直至第五道內(nèi)支撐全部安裝到位后，繼續(xù)向下開(kāi)挖至設(shè)計(jì)高程。

1.6 封底混凝土

為提高封底效果，對(duì)圍堰整平測(cè)量，依據(jù)標(biāo)高、水壓力及抗浮力等系數(shù)等參數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)與計(jì)算。在基坑開(kāi)挖至封底高程后澆筑1.5m 厚的C25 混凝土封底，坍落度不小于20cm。因系梁底與下塔柱承臺(tái)底標(biāo)高存在高差，施工時(shí)在系梁底部填充砂作為墊層，消除高差。

澆筑封底混凝土前，檢查鋼板樁是否有脫槽與圍堰內(nèi)滲水情況，若存在以上情況，對(duì)鋼板樁脫槽處焊接鋼板封堵并填充棉絮，防止?jié)B透。封底混凝土連續(xù)澆筑，并加強(qiáng)邊角處的振搗，做好頂面設(shè)排水坡，四周設(shè)集水槽（坑）、安裝水泵排水，防止?jié)B漏水影響橋梁系梁、下塔柱承臺(tái)等施工。

1.7 鋼板樁圍堰拆除

封底前切斷所有設(shè)備電源，檢查平臺(tái)上空壓機(jī)與潛入水下部分的裝置完全脫離，將氣舉清淤裝置吊出圍堰。撥出時(shí)避免設(shè)備碰撞，并將排泥管與裝置拆分沖洗干凈放倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存。

待封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求后，從底部開(kāi)始先拆除第五道內(nèi)八字撐，進(jìn)行承臺(tái)施工；后對(duì)圍堰內(nèi)土方回填直至橋梁聯(lián)系梁，拆除第五道內(nèi)支撐。以后每填筑到支撐面0.5m 時(shí)完成建筑物混凝土施工，同步拆除澆筑。待施工至水面以上，圍堰內(nèi)加水至與水面平齊，拆除鋼板樁圍堰。

拔樁時(shí)振動(dòng)錘要略松吊鉤，用卡頭卡緊樁頭，起拔線與樁中點(diǎn)線重合，先使用振動(dòng)錘振動(dòng)1～1.5min，隨振波的加大逐漸拉緊吊鉤，并緩緩提升。起吊點(diǎn)因選在樁長(zhǎng)三分之一以上部位，起吊時(shí)隨時(shí)注意防止傾覆。拔樁時(shí)順序最好與打樁時(shí)相反，先用振動(dòng)錘將樁振下100～300mm，再與振動(dòng)錘交替振打、振拔。為及時(shí)回填土孔，將鋼板樁拔出一部分，但不應(yīng)拔出底部的基礎(chǔ)面，使用振動(dòng)錘振動(dòng)幾分鐘讓土孔填實(shí)一部分。對(duì)引拔阻力困難的鋼板樁采取間斷式振動(dòng)的方式，振動(dòng)15min/ 次，但振動(dòng)錘持續(xù)不大于1.5h。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

為提高鋼板樁圍堰穩(wěn)定性內(nèi)部加設(shè)型鋼支撐，造成使空間狹小，基底泥沙無(wú)法清理。從安全、成本及效率考慮，研發(fā)“聯(lián)合氣舉清淤裝置”，通過(guò)裝置空氣壓縮機(jī)的軟管連接鋼管向管道內(nèi)流入高壓氣體與泥沙混淆使管內(nèi)外產(chǎn)生壓力差，泥沙通過(guò)鋼管“舉”出堰外，解決圍堰支撐密集狹小空間內(nèi)淤泥清理難的問(wèn)題。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

通過(guò)項(xiàng)目成功應(yīng)用，對(duì)聯(lián)合氣舉清淤裝置在鋼板樁研究分析，解決孤石打入困難、深水鋼板樁狹窄空間淤泥清理難的問(wèn)題，取得主要成效：

（1）研發(fā)聯(lián)合氣舉清淤裝置，配合長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行鋼圍堰狹小水下空間清淤，效率高、操作維護(hù)簡(jiǎn)單、利于環(huán)保。

（2）研發(fā)轉(zhuǎn)角樁或弧形樁樁頭，實(shí)現(xiàn)插打困難條件下施工。聯(lián)合氣舉清淤裝置在鋼板樁研究分析，研究成果總體達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

3 結(jié)語(yǔ)

本裝置體積較小，大大增加了對(duì)不同質(zhì)地的適應(yīng)范圍，抽吸深度不受限制、工作效率高、運(yùn)行費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)便，維修簡(jiǎn)單，滿足工程進(jìn)度要求。成功應(yīng)用加快施工速度，并提高其施工質(zhì)量，確保了水下建筑施工安全，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。