近岸側水中一體式圍堰結構應用研究

姚文成 楊再沂 羅梅芳

中交第二航務工程局有限公司 湖北 武漢 430014

隨著我國基建的蓬勃發展，我國修建了不少跨越江河湖海的橋梁工程。橋梁水中基礎往往處于水文、地質條件復雜的環境中，其主要施工工藝分為兩種：即“鉆孔平臺+鋼圍堰”施工方法和“筑島”施工方法。其中最常見的是“鉆孔平臺+鋼圍堰”施工法，對于水中基礎遠離岸邊的橋梁工程，該工藝比較適用[1]。由于該工藝需要分別設置鉆孔平臺和鋼圍堰，導致該工藝存在材料成本高、施工周期長等缺點；“筑島”施工方法施工簡單快捷，但大面積的填筑施工，對河道的過水斷面壓縮嚴重，同時后期基礎施工完畢后，對于筑島材料的清除工程量大且清除困難，且該方法對于河道環境污染面較大，施工現場的文明施工方難以保證。

1 結構特點

（1）經濟性好。無需搭設鉆孔鋼平臺，節約大量鋼結構材料。

（2）工效高。能快速形成水中橋梁樁基施工的作業平臺，加快了施工進度，同時筑島支護結構與承臺深基坑支護結構相結合使用，省去了再次單獨施工深基坑支護樁的大部分時間，提高了施工效率。

（3）安全性高。以組合圍堰解決水中鉆孔平臺的問題，結構簡單、安全、方便人員操作[2]。

（4）可操作性強。現場施工設備不受場地影響，靈活方便。

（5）環保實用。相較于普通“筑島”施工法，本工法降低了筑島填筑的工程量，同時減輕了對河道過水斷面的壓縮，此外筑島填料分兩階段挖除，可快速將河道或水域中的筑島填料清除干凈，環保實用[3]。

（6）適用性廣。無論是跨越大江大河還是湖泊水域，橋梁基礎必定會有部分位于岸邊或者河灘處，本工法對于橋梁基礎施工針對性強，適用范圍廣。

2 工藝原理

本工法施工是在合理規劃橋梁基礎施工平面布置的基礎上，在施工區域外圍設置“C”字形筑島支護樁形成封閉空間，便于筑島施工過程中的擋土擋水，封閉空間內選用合適的填料進行筑島施工，形成類似于陸地的作業平臺，便于樁基施工。樁基施工完成后，在已有的“C”字形筑島支護樁基礎上，再施工一排與河流方向平行的基坑支護樁，使得筑島支護樁和基坑支護樁形成封閉空間，即承臺深基坑圍堰。待圍堰施工完成后，進行承臺土體開挖和圍堰內支撐安裝，當基坑內開挖至基底后，進行封底混凝土及承臺施工[4]。待承臺施工完成后，進行墩柱施工，當墩柱施工高度超過筑島支護樁后，將筑島支護樁、基坑支護樁和筑島邊線圍成的空間內的筑島填料挖除，保證筑島填料不會對河道造成污染。圍堰內邊注水邊至下而上拆除基坑內支撐，當封閉空間內外水位平衡后拆除筑島支護樁和基坑支護樁。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

①測量放樣；②插打定位樁、安裝導向架；③插打C字型筑島支護樁；④填土筑島；⑤樁基施工；⑥插打封閉基坑支護樁；⑦基坑開挖及封底砼澆筑；⑧（安裝圍檁、內支撐等）；⑨下部結構施工；⑩鋼板樁拆除。

3.2 操作要點

3.2.1 測量放樣

根據橋梁基礎布置形式及所需要的施工區域大小，結合現場棧橋位置等因素，確定筑島邊線，并做出標識。

3.2.2 插打定位樁、安裝導向架

在導向架長度范圍，打設定位鋼板樁。用機械手夾起鋼板樁至測量放線位置后開始振動，將定位鋼板樁插打至設計標高。鋼板樁插打起始階段，采用雙側導向架，為方便鋼板樁能順利插入導向框架，兩側導向架間的凈間距比鋼板樁尺寸大20mm，即每邊各放大10mm；后續階段則采用單側導向架進行施工[5]。

圖1 雙側導向架示意圖

圖2 單側導向架示意圖

3.2.3 插打C字型筑島支護樁

第一根鋼板樁插打時，在相互垂直的兩個方向用鉛錘進行觀測，以確保鋼板樁插正、插直。施打完成后，測量鋼板樁的平面位置，滿足依次施打其余鋼板樁[6]。

機械手夾起鋼板樁插入前一根板樁鎖扣，施打鋼板樁至設計標高。逐根插打至合攏。考慮圍堰合攏的精確度等因素，前一部分鋼板樁逐根直接插打至設計標高，后一部分（約合攏點附近10根左右）先插打合攏再插打至設計標高[7]。

3.2.4 填方筑島

待C字型筑島支護樁完成后，在其封閉范圍內填砂性土筑島。測量人員隨時觀測鋼板樁的變形，位移情況，尤其是當填土臨近鋼板樁時。此時，可放緩填土速度，同時輔以抽水。填筑筑島填料至超過水面標高，以形成干作業施工平臺。

3.2.5 樁基施工

待島完成后，開始進行樁基施工。樁基施工產生的泥漿采用專用泥漿車運送至指定場所進行處理，達標排放標準后方可排放，禁止泥漿隨意排放。

圖3 樁基施工平面示意圖

3.2.6 插打封閉基坑支護樁

待樁基施工完成后，施工靠岸側與河流平行的基坑支護樁，使得基坑支護樁和筑島支護樁形成封閉空間，保證承臺施工的干作業環境。插打方法與筑島支護樁相同。

3.2.7 基坑開挖及封底混凝土澆筑

待基坑支護樁施工完成后，采用挖機開挖至每層圍檁下50cm，進行支撐系統的運行和安裝。在掘進過程中，加強對鋼樁變形的控制，發現異常情況，并在繼續挖掘前及時停止查明原因的作業。

開挖至設計標高，用高壓水監測器沖洗混凝土觸手可及范圍內的鋼樁，確保混凝土與鋼樁的有效附著力，及時將混凝土灌入底部。

采用4臺水泵基坑的內水排至坑外。封閉混凝土澆筑時，設置排水溝，并在四角預埋鋼管作為集水井，用于坑內滲水的匯集外排。

3.2.8 下部結構施工

當基坑封底混凝土澆筑完成后，破除樁頭后進行樁基檢測，待樁基檢測合格后進行承臺施工[8]。待承臺施工完成后封閉空間內的筑島填料回填至承臺的頂部，隨后進行承臺頂部的墩柱的施工，直到墩柱施工高度超過筑島支護樁和基坑支護樁，封閉空間內的筑島填料的開挖與承臺施工開挖合二為一。

3.2.9 鋼板樁拆除

待承臺施工完成、墩柱施工高度超過筑島支護樁和基坑支護樁即可將筑島支護樁、基坑支護樁和筑島邊線圍成的空間內的筑島填料挖除，與施工前保持一致，使得筑島填料不會對河道造成污染，封閉空間內邊注水邊至下而上拆除基坑內支撐，當封閉空間內外水位平衡后拆除筑島支護樁和基坑支護樁[9]。

拔除鋼板樁時，先以1至2分鐘的振動壓下鋼樁的榫槽，使其周圍的地面松動，以減少摩擦對它的阻力，然后慢慢向上。注意觀察樁推桿荷載，發現難以拔出，應停止工作，可預先向下打一點，再向上拔出，這樣反復即可拔出樁鋼板。

4 材料與設備

4.1 材料

表1 主要材料計劃表

表2 主要機械設備表

5 質量控制

5.1 質量控制具體指標

鋼板樁的材料、性能和尺寸應符合產品的相應規定。鋼板樁在儲存、搬運和起吊時，應采取措施防止鋼板樁變形和損壞鎖口。修復或焊接后，鋼板樁應與相同類型的短樁鎖定，并通過試驗。只有合格的人才可以繼續使用；

鋼板樁在施打前，其鎖口宜采用止水材料捻縫，防止在使用過程中漏水[10]；

鋼板樁施打前應設置測量觀測點，控制其施打的定位[11]；

利用臨時導向裝置以保證鋼板樁垂直度和平面位置。

表3 沉樁施工質量標準

5.2 質量保證措施

成立以項目經理為主體的質量管理領導小組，采用定期和不定期相結合的工作方法進行質量檢查。項目部質量管理機構每月組織一次質量檢查和評價活動，每月召開一次質量分析會。

項目部依據施工規范，制定詳細的質量控制相關文件，做到各項施工工藝、施工方法的質量保障措施有法可依、有章可循，建立質量保證體系。

嚴格執行計量雙檢制度、復檢簽核制度，并列出質量清單。質量評定、質量復檢、質量事故分析等制度。

按設計圖紙施工。施工過程中應有完整的施工記錄，嚴格按照技術規范進行施工。仔細查看圖紙。圖紙應全面、完整。發現問題時做好記錄。開工后出現技術問題時，應尋求指導。正確、深刻地理解相關專家指導施工的技術方法。

對所有值班人員進行培訓，并根據工種進行考核，確保施工人員的素質。進入現場的機械設備應定期檢修，以確保良好的工作性能鋼板樁施打時，采用多次往復沉樁方法，并注意檢查鋼板樁鎖口變形情況。

倒角處鋼板樁連接應由現場測量放樣確定。該處組合異性鋼板樁應焊接連接成整體，注意轉角處插打角樁轉向。

6 效益分析

6.1 經濟效益分析

與常規的鋼平臺加鋼圍堰、筑島法相比，本施工方法的優點在縮小了筑島的施工范圍，較少了筑島工程量，也減輕了對河道過水斷面的壓縮，在保證施工質量和安全的前提下，加快了施工進度，降低生產成本，具有很強的經濟優越性，其經濟對比分析如表4。

表4 一體式圍堰結構施工與常規鋼平臺加鋼圍堰施工經濟效益對比表

根據經濟效益對比表，采用本工法產生直接經濟效益317.7萬元，在保證施工質量與安全前提下，縮短工期20天。在工期及成本方面有較大優勢。

6.2 社會效益分析

采用圍堰與筑島相結合的施工工法，加快了施工進度，減少河道占用時間、機械使用時間，同時降低了施工成本。對河道不阻流且安全無污染，符合國家倡導的發展低碳經濟及節能環保要求，受到相關部門的好評，取得了良好的社會效益。

7 結束語

橋梁基礎施工時，項目采取了鋼板樁圍堰與填土筑島相結合的技術，僅僅用8天時間完成了圍堰、筑島施工，為樁基礎及下部結構施工提供了極有利的施工條件。同時避免了河道污染，有效保證了在汛期來臨前完成水中下部結構施工的節點目標[12]。通過采用該施工技術，提前了計劃工期，節約了勞動力和機械設備，取得了良好的應用效益。