鋼板樁圍堰聯合氣舉清淤施工關鍵技術應用分析

唐 武 陳 龍 李 廣

中國電建市政建設集團有限公司 天津 310000

霍山縣生態新城路網工程雙灣大橋，全長924m，為連續跨布置，其中6# ～21# 橋墩位于東淠河中，地質多為中強風化卵石層，深度達4.8～7.8m，為兼顧淠河景觀生態保護、環境保護、正常通航目的，結合現場與傳統施工方法對比分析采用鋼板樁圍堰施工。通過深入研究鋼板樁圍堰在山區河流砂卵石堅硬河床的深水基坑開挖支護中的施工，確保其安全穩定。考慮鋼板樁打入地質受限制、空間狹窄、基坑開挖較深等影響因素，堰內塔柱埋入河床較深，需進行深基坑開挖與清淤，堰內加設型鋼支撐以確保其穩定性，但內撐密集造成堰內空間狹窄，堰內淤泥清理無法清淤船作業。通過聯合氣舉裝置空氣壓縮機的軟管連接鋼管向管道內流入高壓氣體與泥沙混淆使管內外產生壓力差，泥沙通過鋼管“舉”出圍堰外。在鋼板樁圍堰施工過程中，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題，達到預期目標。

1 解決問題的工作思路與工序流程操作要點

通過實施解決了如何進行鋼板樁狹窄空間內的淤泥清理，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，同時兼顧渠道景觀、生態保護，達到鋼板樁穩定、環境保護、正常通航目的。施工工藝得到業主、監理及專家的肯定，實現了業主方所要求的霍山項目雙灣大橋通車節點目標，實現了零事故安全施工目標。成功實踐了鋼板樁狹窄空間內氣舉清淤的施工工藝，擴展了在砂卵石層鋼板樁施工領域，對企業的核心競爭能力具有重要意義。

施工工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 施工工藝流程

1.1 施工準備

依據設計圖紙相關資料編制雙灣大橋鋼板樁圍堰專項施工方案，調查清楚周邊的各類管線及建筑物，對施工人員的技術、安全交底。

遵循現場施工情況合理配置現場管理人員及作業人員，并選擇合適功率、數量的施工設備，以滿足施工需求。

熟悉工程的地理環境，結合鋼板樁的性能參數與工藝方法，選擇用拉森Ⅳ型400×170mm 鋼板樁，單根鋼板樁長為18m，單位重76.1kg/ m，四周采用特制角樁，角樁單位重114.15kg/ m。所有到場的鋼板樁、圍囹及內支撐等相關材料應檢驗合格方可使用。

1.2 鋼板樁圍堰設計

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20 年一遇水面標高為67.0m，鋼板樁插打時設定頂標高為67.5m，對下塔柱鋼構模板支架設置在鋼板樁圍堰內，布設平樁416 根，角樁16 根，內撐采用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 長度布設施工控制網，確定樁的平面位置，精確安裝定位與限位裝置，以確?？刂破淦矫嫖恢眉按怪倍确弦幏兑蟆?/p>

1.4 鋼板樁插打

1.4.1 插打前的準備工作

在插打時應排查所有影響設施，檢查鋼板樁形體及鎖口是否有變形，并對變形嚴重的進行校正，不合格的不得使用。振動錘在打拔鋼板樁夾板正常，電壓要達到380～420V，在鎖口內涂刷黃油混合物油膏減輕插打時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

首先選擇合適設備逐根精準施打定位，焊接牛腿導向架支撐點，安裝導向架梁。然后確定首樁位置，以樁寬在導向架上依次畫出每根鋼板樁邊線，同時在導向架上設置限位框架，比鋼板樁每邊放大1cm。使鋼板樁呈垂直狀態下從限位框架內插入，要樁背緊靠導向架，同時觀測垂直方向，施打時錘心與鋼板樁的中點重合。樁位固定后，準確復測樁的位置與垂直度，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。用楔形塊頂賽調整空隙并使鋼板樁穩定，間斷實施振動錘樁體下沉，并復核垂直度，直至沉入土大于3m，可以持續不間斷施打下沉至設計標高。最后以首樁為基準，沿導向架依次向兩邊對稱插打，用工人手扶鋼板樁沿前一根的鎖口下插，當遇到孤石或較大卵石下插困難時，可采用弧形樁頭，實現插打困難條件下鋼板樁施工。施打過程使用楔形塞固定，并使用振動錘分次打設至設計標高，始終控制每根樁的垂直度，當發生偏斜時及時糾偏。

鋼板樁打入由上游側的中點位置向兩邊對稱開始打設，在下游任何點位合攏。在即將合攏時，測量出剩余直線段距離，結合鋼板樁的寬度，以插打方式，并合理計算所需根數。為便于調整合攏時的鋼板樁的方向，在施打兩相鄰鋼板樁應一高一低布設，盡量將鋼板樁的兩鎖口保持平行，并將兩根樁同處在一個平面內，以便將鎖口縫隙咬緊密實。

1.5 鋼板樁堰內基坑抽排水開挖、內支撐及基底清理

1.5.1 堰內基坑抽排水

在圍封完成后，堰內采用5 臺8 寸水泵抽排，隨著水位下降并在堰內安裝H500×200 型鋼及I32 牛腿支撐，并加塞之間縫隙。圍堰設置五道內支撐，每抽至一道支撐底標高下0.5m 處，則安裝一道內支撐。在水抽干后，后續采用聯合氣舉裝置配合長臂挖掘機進行以下泥沙層清理開挖。過程中及時用粗砂、木屑、粘土等拌和物堵漏，并將塑料薄膜用竹竿送入縫隙內止水。

1.5.2 鋼板樁堰內支撐及基底清理

堰內河底泥砂固結，支撐較密集，施工條件受限制，圍堰內清理無法大型水下機械作業。人工清除效能較低，安全風險較高。為安全快速清出堰內泥沙，通過聯合氣舉裝置空氣壓縮機的軟管連接鋼管向管道內流入高壓氣體與泥沙混淆使管內外產生壓力差，將泥沙“舉”出圍堰外。

將清淤裝置排泥管放入圍堰內，把排泥管固定在圍堰上，防止過程擺動。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φ50×20 的異徑管噴嘴，通過高壓泵噴射流擾動固結泥沙，連同排泥管下口處兩側攪拌裝置，用以擾動固結砂石層，在高壓水射流產生介質比重大的湍流，使用排泥管排至平臺泥沙沉淀池中沉淀后排除余水，將沉淀后泥沙運至棄土區。在泥沙排除后內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，選用長臂挖掘機對基底大塊的卵石、礫石進行清理開挖、直接裝入8t 自卸車運至料場備用。鋼板樁圍堰在氣舉裝置配合長臂挖掘機泥沙層清理開挖時同時進行內支撐安裝，直至第五道內支撐全部安裝到位后，繼續向下開挖至設計高程。

1.6 封底混凝土

為提高封底效果，對圍堰整平測量，依據標高、水壓力及抗浮力等系數等參數，通過試驗與計算。在基坑開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底標高存在高差，施工時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滲水情況，若存在以上情況，對鋼板樁脫槽處焊接鋼板封堵并填充棉絮，防止滲透。封底混凝土連續澆筑，并加強邊角處的振搗，做好頂面設排水坡，四周設集水槽（坑）、安裝水泵排水，防止滲漏水影響橋梁系梁、下塔柱承臺等施工。

1.7 鋼板樁圍堰拆除

封底前切斷所有設備電源，檢查平臺上空壓機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。撥出時避免設備碰撞，并將排泥管與裝置拆分沖洗干凈放倉庫儲存。

待封底混凝土達到強度要求后，從底部開始先拆除第五道內八字撐，進行承臺施工；后對圍堰內土方回填直至橋梁聯系梁，拆除第五道內支撐。以后每填筑到支撐面0.5m 時完成建筑物混凝土施工，同步拆除澆筑。待施工至水面以上，圍堰內加水至與水面平齊，拆除鋼板樁圍堰。

拔樁時振動錘要略松吊鉤，用卡頭卡緊樁頭，起拔線與樁中點線重合，先使用振動錘振動1～1.5min，隨振波的加大逐漸拉緊吊鉤，并緩緩提升。起吊點因選在樁長三分之一以上部位，起吊時隨時注意防止傾覆。拔樁時順序最好與打樁時相反，先用振動錘將樁振下100～300mm，再與振動錘交替振打、振拔。為及時回填土孔，將鋼板樁拔出一部分，但不應拔出底部的基礎面，使用振動錘振動幾分鐘讓土孔填實一部分。對引拔阻力困難的鋼板樁采取間斷式振動的方式，振動15min/ 次，但振動錘持續不大于1.5h。

2 關鍵技術分析

2.1 關鍵技術

為提高鋼板樁圍堰穩定性內部加設型鋼支撐，造成使空間狹小，基底泥沙無法清理。從安全、成本及效率考慮，研發“聯合氣舉清淤裝置”，通過裝置空氣壓縮機的軟管連接鋼管向管道內流入高壓氣體與泥沙混淆使管內外產生壓力差，泥沙通過鋼管“舉”出堰外，解決圍堰支撐密集狹小空間內淤泥清理難的問題。

2.2 關鍵技術創新點

通過項目成功應用，對聯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題，取得主要成效：

（1）研發聯合氣舉清淤裝置，配合長臂挖掘機進行鋼圍堰狹小水下空間清淤，效率高、操作維護簡單、利于環保。

（2）研發轉角樁或弧形樁樁頭，實現插打困難條件下施工。聯合氣舉清淤裝置在鋼板樁研究分析，研究成果總體達到國內領先水平。

3 結語

本裝置體積較小，大大增加了對不同質地的適應范圍，抽吸深度不受限制、工作效率高、運行費用低、操作簡便，維修簡單，滿足工程進度要求。成功應用加快施工速度，并提高其施工質量，確保了水下建筑施工安全，創造了良好的經濟效益和社會效益。