特大橋主墩承臺(tái)無(wú)底鋼板樁圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)

吳玉賢

(保利長(zhǎng)大工程有限公司，廣東 廣州 528400)

1 工程概況

中山東環(huán)高速公路工程位于中山市，線路全長(zhǎng)54 km，大致呈南北走向。其控制性工程香山大橋跨越橫門水道，為主跨880 m的雙塔雙索面上下雙層8車道鋼桁梁斜拉橋，橋型為倒Y型，主橋長(zhǎng)度為136+312+880+312+136=1 776 m。香山大橋民眾側(cè)主墩承臺(tái)位于橫門水道內(nèi)側(cè)，承臺(tái)區(qū)域河床面標(biāo)高+2.0 m，常水位標(biāo)高+0.52 m，平均高潮位+1.35 m，平均低潮位-0.27 m。

民眾側(cè)主墩承臺(tái)為啞鈴型多邊形承臺(tái)，下設(shè)50根φ3.3～φ3.0 m變截面樁基。承臺(tái)外形尺寸為107.9 m×36.8 m(型寬×型長(zhǎng))，承臺(tái)厚7.0 m，混凝土標(biāo)號(hào)C40，方量多達(dá)2.3萬(wàn)m。承臺(tái)頂面標(biāo)高為+1.2 m，底面標(biāo)高為-5.8 m。承臺(tái)下設(shè)2.5 m厚封底混凝土，混凝土標(biāo)號(hào)C25。承臺(tái)立面和平面布置圖如圖1所示。

該承臺(tái)采用無(wú)底鋼板樁圍堰方案施工，主要面臨以下困難：(1)圍堰內(nèi)開(kāi)挖深度達(dá)10.3 m，開(kāi)挖面積達(dá)4 000 m，開(kāi)挖方量約4萬(wàn)m。超大規(guī)模深基坑的開(kāi)挖施工工序繁雜，安全風(fēng)險(xiǎn)高；(2)承臺(tái)采用“分層開(kāi)挖、分層澆筑”工藝施工，內(nèi)撐和圍檁設(shè)計(jì)復(fù)雜，加工制作與安裝精度要求高；(3)，承臺(tái)與系梁分開(kāi)施工，過(guò)程中體系轉(zhuǎn)換工藝復(fù)雜，鋼板樁圍堰止水難度大；(4)承臺(tái)分兩層澆筑成型，單次最大澆筑方量5 280 m，大體積混凝土的溫控難度大。

2 總體施工工藝

民眾側(cè)主墩承臺(tái)采用鋼板樁圍堰工藝施工，鋼板樁長(zhǎng)度24 m，拉森IV型。承臺(tái)與系梁分開(kāi)施工，即：先施工承臺(tái)，經(jīng)體系轉(zhuǎn)換后再施工系梁。施工區(qū)域劃分為左幅圍堰區(qū)域、右幅圍堰區(qū)域和系梁圍堰區(qū)域。左右幅承臺(tái)圍堰區(qū)域相互獨(dú)立，互不干擾；承臺(tái)施工完成后，利用鋼板樁圍堰與承臺(tái)側(cè)面的擋墻形成無(wú)水作業(yè)環(huán)境，用于系梁施工。

鋼板樁圍堰開(kāi)挖深度10.3 m，采用“逐層開(kāi)挖、逐步下放并安裝內(nèi)撐系統(tǒng)”工藝施工；采用干、濕封底結(jié)合工藝澆筑封底混凝土，即：第一次澆筑2.2 m厚水下封底混凝土，等強(qiáng)后抽水，然后澆筑30 cm干封底混凝土進(jìn)行找平；分兩層澆筑承臺(tái)、系梁混凝土，分層厚度3.2 m+3.8 m。

3 施工工藝流程

施工工藝流程見(jiàn)圖2。

圖1 主墩啞鈴型承臺(tái)立面和平面布置圖

圖2 施工工藝流程

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 鋼板樁圍堰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工

(1)鋼板樁圍堰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

承臺(tái)圍堰平面尺寸為41.5 m×40.5 m系梁圍檁平面尺寸為34.3 m×19 m。圍堰至承臺(tái)邊的施工作業(yè)空間約2 m。承臺(tái)圍堰采用拉森IV鋼板樁，單根長(zhǎng)度24 m。鋼板樁頂面標(biāo)高+4.0 m，底標(biāo)高-20.0 m。鋼板樁圍堰縱向共設(shè)置2道內(nèi)撐系統(tǒng)。

其中，第一道內(nèi)撐系統(tǒng)中線標(biāo)高+2.0m，圍檁采用3HM588型鋼，內(nèi)撐采用φ820×10 mm鋼管，材質(zhì)Q235B。為防止內(nèi)撐與主塔預(yù)埋鋼筋沖突，第一道內(nèi)撐以斜撐為主。

第二道內(nèi)撐系統(tǒng)中線標(biāo)高-2.0 m，圍檁采用3HN700型鋼，內(nèi)撐采用φ1 000×12 mm鋼管，鋼材材質(zhì)Q355B。因第二道內(nèi)撐在河床面以下4 m位置，采用“井”字撐與斜撐相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。第二道內(nèi)撐外邊緣距離鋼板樁內(nèi)側(cè)凈距5 cm，以便順利下放。

(2)圍堰系統(tǒng)的施工

首先抄平樁基鋼護(hù)筒，安裝內(nèi)撐系統(tǒng)下放吊架。安裝下層內(nèi)撐系統(tǒng)至臨時(shí)設(shè)計(jì)標(biāo)高，并與下放吊架連接。然后直接安裝上層內(nèi)撐系統(tǒng)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。內(nèi)撐系統(tǒng)安裝完成后，插打鋼板樁。從上游側(cè)中間開(kāi)始向兩側(cè)插打，至下游側(cè)中間點(diǎn)合龍。

鋼板樁插打前在鎖口處涂抹專用油脂，減少插打阻力，并能增加防滲功能。采用震動(dòng)打樁機(jī)沿鋼板樁定位線插打鋼板樁。每插打五根鋼板樁復(fù)測(cè)其垂直度，如偏差過(guò)大及時(shí)糾正，確保將垂直度控制在1%以內(nèi)。合龍鋼板樁采用異形鋼板樁，異形鋼板樁寬度根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定。

為了使封底前圍堰內(nèi)外水壓力一致，在每個(gè)圍堰上四周設(shè)置4個(gè)聯(lián)通水管，連通管采用φ325鋼管。水管標(biāo)高同常水位標(biāo)高，并在圍堰內(nèi)側(cè)設(shè)置水閥。

鋼板樁插打完畢后將第一層內(nèi)撐系統(tǒng)與鋼板樁連接，形成一個(gè)整體。第二層內(nèi)撐系統(tǒng)隨著基坑開(kāi)挖而逐步下放，每次下放深度0.5 m，直至下放至設(shè)計(jì)位置為止。

4.2 超大規(guī)模深基坑分層開(kāi)挖與防護(hù)

為便于開(kāi)挖，在鋼護(hù)筒頂部搭設(shè)開(kāi)挖作業(yè)平臺(tái)。主要采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)進(jìn)行基坑開(kāi)挖，從基坑中間開(kāi)始，向四周擴(kuò)展。內(nèi)撐下、鋼護(hù)筒及鋼板樁圍堰附近采用小型挖掘機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖，機(jī)械難以開(kāi)挖到位的邊角部位采用人工清理。在開(kāi)挖過(guò)程中保證開(kāi)挖面土體高差不大于1.0 m。

基坑開(kāi)挖至-3.0 m時(shí)，逐步下放第二層內(nèi)撐系統(tǒng)至設(shè)計(jì)標(biāo)高-2.0 m位置。派遣潛水員將圍堰與內(nèi)撐系統(tǒng)之間空隙用鋼板塞墊密實(shí)，確保第二層內(nèi)撐系統(tǒng)與鋼板樁牢固連接后方可繼續(xù)進(jìn)行基坑開(kāi)挖施工。開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)實(shí)時(shí)掌握鋼板樁樁頂偏位、深層位移、變形等數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

4.3 水下封底施工

水下封底的成功與否是整個(gè)主墩承臺(tái)施工成敗的關(guān)鍵所在。水下封底施工面臨澆筑方量大、澆筑范圍廣、澆筑時(shí)間長(zhǎng)，水下封底質(zhì)量難保障等困難，主要從以下幾方面著手確保封底質(zhì)量：

(1)準(zhǔn)備工作

①封底施工前派遣潛水員滿鋪土工格柵，土工格柵設(shè)置橫、縱兩層，并固定在鋼護(hù)筒上，防止上浮；

②清理鋼護(hù)筒周圍以及鋼板樁圍堰四周封底混凝土范圍內(nèi)的附著物，確保封底混凝土與鋼護(hù)筒及鋼板樁圍堰的粘結(jié)質(zhì)量。

③開(kāi)展封底混凝土流動(dòng)性能相關(guān)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果合理布置封底澆筑點(diǎn)。單側(cè)承臺(tái)布置60個(gè)澆筑點(diǎn)，系梁區(qū)布置20個(gè)澆筑點(diǎn)。

④另外，澆筑點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置底部鋪設(shè)4 mm薄鋼板，以免封底混凝土陷入圍堰底部淤泥中，影響封底質(zhì)量。

(2)水下封底混凝土施工

采用拔球法澆筑封底混凝土。總封底總體順序?yàn)閺某信_(tái)最外側(cè)開(kāi)始向橋軸線方向逐步推進(jìn)。即：先利用料斗澆筑最外側(cè)一排澆筑點(diǎn)，至設(shè)計(jì)標(biāo)高或混凝土不再下落后，再轉(zhuǎn)移料斗至第二排澆筑點(diǎn)，依次循環(huán)直至封底施工完畢。澆筑時(shí)應(yīng)控制導(dǎo)管口距離基坑底20 cm，且應(yīng)保證首批混凝土埋管深度不小于60 cm。

封底混凝土頂面標(biāo)高控制標(biāo)準(zhǔn)：0～+10 cm。封底混凝土澆注過(guò)程中，應(yīng)對(duì)混凝土面進(jìn)行“勤測(cè)、勤量”。封底施工結(jié)束前，全面量測(cè)封底混凝土頂面高程，重點(diǎn)量測(cè)導(dǎo)管作用半徑相交處、鋼護(hù)筒周圍、鋼板樁周圍。根據(jù)量測(cè)結(jié)果對(duì)高程不足處的附近導(dǎo)管進(jìn)行補(bǔ)澆筑，確保封底頂面平整、厚度均勻。

4.4 干封底施工

水下封底混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，低潮位時(shí)關(guān)閉聯(lián)通水管，進(jìn)行圍堰內(nèi)抽水施工。過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)漏水應(yīng)及時(shí)堵漏。堵漏采用快速堵漏劑封堵鎖口位置或在鋼板樁圍堰滲漏外側(cè)散裝細(xì)顆粒堵漏物。內(nèi)側(cè)用板條、棉絮、麻絨等嵌塞。抽水完成后割除多余樁基鋼護(hù)筒，然后采用汽車泵澆筑30 cm干封底混凝土進(jìn)行找平。

4.5 承臺(tái)、系梁圍堰體系轉(zhuǎn)換

每層承臺(tái)混凝土澆筑完成后回填之前，安裝擋墻鋼筋，澆筑擋墻混凝土。左右幅承臺(tái)全部施工完畢并回填后，插打系梁區(qū)鋼板樁圍堰，采用類似工藝安裝系梁區(qū)內(nèi)撐系統(tǒng)。拆除影響系梁施工的部分鋼板樁圍堰，此時(shí)擋墻、系梁區(qū)鋼板樁與擋墻之間的承臺(tái)混凝土三者形成新的圍堰系統(tǒng)。分層開(kāi)挖系梁區(qū)基坑，并逐步下放第二層內(nèi)撐系統(tǒng)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。基坑開(kāi)挖到位后采取相同工藝澆筑封底混凝土、分層澆筑系梁區(qū)混凝土。

4.6 施工過(guò)程中的監(jiān)控量測(cè)

綜合考慮本工程的地質(zhì)條件、水文條件、圍堰結(jié)構(gòu)形式、周圍環(huán)境、施工工藝及工序等因素，施工過(guò)程中對(duì)鋼板樁圍堰頂部水平位移、豎向位移、深層水平位移、圍堰周邊土體地下水位、河提位移與沉降等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控量測(cè)，確保承臺(tái)施工安全順利進(jìn)行。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)鋼板樁圍堰系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工、超大規(guī)模深基坑分層開(kāi)挖與防護(hù)、水下封底與干封底施工、承臺(tái)系梁圍堰體系轉(zhuǎn)換等主墩承臺(tái)無(wú)底鋼板樁圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用，項(xiàng)目較好的克服了香山大橋民眾側(cè)主墩承臺(tái)施工中面臨的種種困難。主墩承臺(tái)于2021年11月1日開(kāi)始進(jìn)行圍堰施工，至2022年4月30日承臺(tái)系梁全部施工完成，前后歷時(shí)180 d，圓滿完成民眾側(cè)主墩承臺(tái)施工任務(wù)。