深水厚流塑淤泥層超長鋼板樁圍堰逆作法設計及施工關鍵技術

門瑞鵬

（中鐵十四局集團第一工程發展有限公司，山東 日照 276826）

0 引言

鋼板樁圍堰因其強度高，容易插入堅硬土層，易于施工、適應性強、便于組合、工藝成熟等特點，被廣泛用于橋梁施工中。本文就以新建穗莞深城際鐵路橫涌海特大橋5#墩為例對深水厚流塑淤泥層超長鋼板樁圍堰逆作法施工關鍵技術進行詳細介紹。本文主要涉及施工過程的關鍵技術控制，對于鋼板樁圍堰施工的設計僅作設計的關鍵點描述，不對設計過程做詳細描述[1]。

1 工程概況

橫涌海特大橋為穗莞深城際鐵路新塘至洪梅段上的一座跨河橋梁，該橋主橋5#墩為主墩，位于河道中。主墩承臺平面尺寸均為22.0m×16.0m 的矩形，承臺厚度為5.0m，承臺分兩次澆筑。承臺底面標高為-12.3m。施工時最高水位取為3.1m，河床底標高約為-9.2m，最大水深12.3m，水深較深。承臺底面標高位于水下，根據5#主墩地質鉆孔資料可知，承臺底面以下15m 以內河床地質主要為流塑淤泥質黏土，設計采用鋼板樁圍堰的方案。鋼板樁采用拉森（Larseen）Ⅳ型鎖口鋼板樁。鋼板樁頂標高按4.1m 設置，底標高為-19.9m，鋼板樁總長24m，屬超長鋼板樁。

2 鋼板樁圍堰設計及驗算

2.1 鋼板樁圍堰設計

鋼板樁設計采用拉森（Larseen）Ⅳ型鎖口鋼板樁，樁長24m。圍囹設計為5 層圍囹，封底混凝土采用C30水下混凝土封底，封底厚度1.5m。鋼板樁圍堰設計參數如表1 所示。

表1 鋼板樁圍堰設計參數

2.2 鋼板樁圍堰驗算

鋼板樁圍堰驗算分別采用SAP2000 和Midas civil對鋼板樁圍堰施工中各個工況進行驗算，驗算結果全部滿足要求。

3 鋼板樁圍堰施工工藝

3.1 施工工藝流程

工藝流程如下：初測圍堰內河床標高→圍堰內河床標高初降至設計封底標高以下→利用護筒與鉆孔平臺鋼管樁依次拼裝內撐，并整體逐層下放內撐系統至設計標高→鋼板樁施工→對圍堰內河床標高進行二次清理至封底底標高→水下封底→圍堰內抽水→第一層250cm 承臺施工→混凝土待強、拆模、回填砂至混凝土頂面以下20cm→在承臺與鋼板樁之間澆筑20cm 混凝土→拆除第5 層內撐→第二層250cm 承臺施工→混凝土待強、拆模、回填砂至第二層混凝土頂面以下20cm→在承臺與鋼板樁之間澆筑20cm 混凝土→拆除第4 層內撐→施工墩身→圍堰內灌水，拆除第3 層內撐→施工墩身并灌水逐層拆除內撐→拆除鋼板樁。

3.2 具體施工工藝內容

3.2.1 初測圍堰內河床標高

利用船只在水中鋼板樁圍堰河床范圍內對河床標高進行初次測量，確定河床現有標高和河床初步降低深度[2]。

3.2.2 圍堰內河床標高初降至設計封底標高以下

初降河床標高采用挖泥船進行作業，要求初降標高至封底混凝土標高以下，以減少在鋼板樁圍堰施工完成封底之前二次清淤的工程量。

3.2.3 利用護筒與鉆孔平臺鋼管樁依次拼裝內撐，并整體逐層下放內撐系統至設計標高

（1）利用護筒及鉆孔平臺搭建作業平臺。

第一步，對鋼護筒進行切割開口。第二步為利用浮吊船將牛腿插入已切割護筒切口當中。其施工作業主要注意以下4 點：①護筒切口大小應滿足牛腿材料大小。②護筒切割切口應處于同一水平面，以避免進行圍囹拼裝時對標高進行二次調整。③牛腿材料必須具備足夠剛度，避免因圍囹拼裝過程中牛腿剛度不足而導致變形。④護筒切割標高需確保切割切口在日常平均最高水位以上，保證鋼板樁圍堰施工的首層圍囹的正常施工[3]。

（2）利用護筒與鉆孔平臺鋼管樁依次拼裝內撐，并整體逐層下放內撐系統至設計標高。

施工主要步驟：利用既有搭建平臺對對鋼板樁圍堰四周進行標高和平面位置定位測量→拼裝第三、四、五層圍囹內支撐→復測圍囹平面位置和標高→安裝圍囹吊裝下放系統→下放第三、四、五層圍囹→圍囹固定→安裝第二、第一層圍囹→再次復測圍囹標高和平面位置→整體下放圍囹至設計標高→圍囹固定→施工完成。

各施工步驟具體內容及注意事項：①利用既有搭建平臺對對鋼板樁圍堰四周進行標高和平面位置定位測量。其主要為：a.對圍囹內支撐進行平面位置定位，確保圍囹位置施工準確。b.對搭設平臺標高進行初步了解，給后續圍囹下放提供標高參考。②拼裝第三、四、五層圍囹內支撐。施工內容主要為按照設計進行第三、四、五層圍囹內支撐拼裝。其施工主要注意事項：a.嚴格按照設計材料和下料長度進行施工，不可隨意更換圍囹內支撐材料。b.嚴格控制圍囹的焊接質量，圍囹接縫處，上下均需焊接滿焊。c.對于因下料問題導致的圍囹內支撐接縫較大無法連接的，當接縫超過3cm 以內可利用同標號鋼材進行加塞補焊，超過3cm 的建議重新下料。③復測圍囹平面位置和標高。注意事項如下：a.確保圍囹下放時，標高處于同一水平面。b.確保圍囹的水平位置滿足設計要求。④安裝圍囹吊裝下放系統。此為逆作法施工的關鍵。下放系統主要利用的設備材料有12m 長32 精軋螺紋鋼12 條、千斤頂6 臺、油泵1 臺、工字鋼及鋼板若干。施工關鍵及注意事項：a.頂部吊裝系統安裝及千斤頂安裝。對既有鋼護筒頂部進行切割，安裝千斤頂下頂推平臺。頂推平臺平面位置按照井字形布置，平臺頂橫向縱向設置通長雙拼56 工字鋼并在下穿經軋鋼位置進行預留經軋鋼穿孔。雙拼56 工字鋼頂部安裝千斤頂和吊放系統精軋螺紋鋼。單個千斤頂帶2 個吊點2 條精軋螺紋鋼，頂部吊裝系統安裝如圖1 所示。b.底部吊裝系統安裝。底部吊裝系統利用既有圍囹，在圍囹第五層下部利用工字鋼頂住圍囹下部斜撐，利用圍囹自身斜撐作為受力點。精軋螺紋鋼穿過工字鋼，在工字鋼底部設置鋼板和雙螺母，且精軋螺紋鋼底部外漏場地不得小于10cm。c.千斤頂及油泵安裝。6 臺千斤頂連接到同一臺油泵當中。安裝完成后進行試啟動，確保千斤頂和油泵在下一步圍囹下放過程萬無一失。⑤下放第三、四、五層圍囹。圍囹下放之前需先將圍囹整體進行整體提升，然后對下部圍囹施工平臺進行拆除。拆除完成后方可進行圍囹的整體下放。圍囹下放過程按照15cm 一個行程進行下放，且下放過程必須保證6 個吊點下放過程同步，下放過程安排專人對圍囹進行觀察，遇到異常立即停止下放并檢查。下放位置以完成第一、第二層圍囹施工方便為參考。⑥圍囹固定。圍囹下放到指定位置后，對圍囹進行固定。固定的措施為在千斤頂底部與工字鋼接觸位置預留了精軋螺紋鋼螺母和墊板，在圍囹下放到位后只需將螺母擰緊鎖定即可。⑦安裝第二、第一層圍囹。其施工步驟及注意事項同第②。⑧再次復測圍囹標高和平面位置。此次復測為圍囹最后一次下放前復測，其目的就是為圍囹最終下放到設計位置提供標高和平面位置依據。⑨整體圍囹下放至設計標高。此次圍囹下放測量人員全程在現場進行控制。確保最后一次圍囹下放到位。⑩圍囹固定。圍囹整體下放到位后，對圍囹進行整體鎖定，鎖定措施與第⑥相同，同時利用鋼材將護筒與圍囹進行焊接，將圍囹與護筒形成一個整體，增加圍囹的整體穩定性。同時拆除千斤頂和油泵。至此圍囹拼裝及下放全部完成[4]。

圖1 頂部吊裝系統安裝

3.2.4 鋼板樁施工

鋼板樁施工注意事項如下：①鋼板樁接長采用不低于鋼板樁鋼板型號的鋼材進行駁接，鋼板樁對接滿焊后，還需在鋼板樁兩側加鋼板進行加強焊接。②鋼板樁插打順序需先從河道上游開始進行插打，并在河道下游進行閉合。③鋼板樁插打過程需定位，特別是首條鋼板樁的插打務必保證插打到位。④倒角鋼板樁的制作和陸地鋼板樁倒角鋼板樁類似，此處不做特別說明。⑤相鄰鋼板樁的駁接接縫必須錯開不得少于2m，其鋼板樁接長接縫更不可位于同一斷面。

3.2.5 對圍堰內河床標高進行二次清理至封底底標高

鋼板樁施工完成后，對河床標高進行二次測量，確認河床現有標高，若不滿足要求將對河床標高進行二次清理直至封底混凝土標高以下，二次清理采用大功率抽水泵即可。

3.2.6 水下封底

水下封底施工原理與水中樁基灌注類似。其利用料斗和導管插入至水下封底混凝土標高后上提50cm，然后開始進行水下封底混凝土澆筑。在封底混凝土澆前需要根據圍堰內情況平均分為16 個下料點。下料點的選擇主要為確保封底混凝土的澆筑全部平均覆蓋整個圍堰底部，且澆筑的平均厚度不得低于1.5m。封底混凝土需確保混凝土的流動性，以確保封底質量。封底過程中，安排人員進行實時測量，確保整體封底厚度滿足要求[5]。

3.2.7 圍堰內抽水

封底混凝土澆筑完成且具備一定強度后，開始進行圍堰內抽水作業，抽水采取大功率水泵進行作業抽水，在抽水過程中時刻關注鋼板樁圍堰情況，并在各層圍囹露出水面后檢查圍囹情況并對鋼板樁圍堰漏水處進行封堵，封堵材料為長條狀棉絮。

3.2.8 承臺及墩身施工

承臺和墩身施工同陸地承臺墩身施工類似，因混凝土方量較大，需特別注意混凝土水化熱問題。

3.2.9 承臺及圍堰回填

在第一層及第二層承臺施工完成且混凝土強度達到要求后，需對承臺與鋼板樁之間進行回填處理。回填材料為沙，回填高度分別至承臺接縫處及承臺頂以下20cm 處。為滿足第二層承臺和墩身施工模板支立和腳手架搭設要求，需在預留的20cm 位置處澆筑混凝土，形成模板支立面和腳手架底部支撐面。

3.2.10 圍囹拆除

本鋼板樁圍堰圍囹的拆除共分4 次進行：①在承臺首層混凝土澆筑完成且回填完畢后開始進行第五層圍囹的拆除。②在承臺施工且回填完畢后進行第四層圍囹拆除。③在墩身第一層施工完成且圍堰內灌水后進行第三層圍囹拆除。④在墩身施工完畢圍堰內灌水后進行第二和第一層圍囹拆除。

圍囹拆除需注意事項：①圍囹拆除先拆受力較小支撐后拆受力較大支撐。②圍囹拆除應避開河道最大水位時間。③圍囹支撐的吊裝需安排專人指揮，防止在圍囹吊裝過程碰撞其他圍囹內支撐，對圍囹的整體結構產生影響。④圍囹拆除全程安排測量人員進行觀測，若拆除過程導致圍堰變形異常，立即停止拆除進行觀察，確認無問題后方可繼續進行拆除。⑤第四次拆除過程需進行第二、第一層圍囹內支撐的拆除，在拆除完第二層圍囹后圍堰需灌水后方可進行第一層圍囹拆除。

3.2.11 鋼板樁拆除

鋼板樁拆除順序與打設順序相反，應從河道下游開始進行拆除，由下游至上游進行拆除。拆除過程安排專人進行輔助作業。

4 鋼板樁圍堰變形及沉降觀測

鋼板樁圍堰的變形觀測從圍堰開始抽水時就要進行，其圍堰變形觀測點的布置需按照其受力特點進行設置。具體布置點設置如下：首層及第二層布點4 個，布點位置位于圍堰最外層圍囹4 個角；第三、四、五層圍囹因其為主要受力支撐，其布點設置共計16 個點，位置分別為最外層圍囹4 個角及外層圍囹每邊布置平均布置3 個點。

鋼板樁圍堰變形計沉降觀測的頻率為每層圍囹一天一次，同時繪制位移變形量曲線圖，對鋼板樁圍堰的觀測做到動態管理和監控。

5 結語

本文以新建穗莞深城際鐵路橫涌海特大橋5#墩為例，對深水厚流塑淤泥層超長鋼板樁圍堰逆作法設計及施工關鍵技術進行了介紹，并對各施工步驟的注意事項進行了詳細的敘述。其施工工藝水平在鋼板樁圍堰施工中較為少見，其施工操作性較強，可為類似工程提供施工借鑒。