鋼板樁圍堰在二七大橋深水基礎施工中的應用

盧小偉，張自榮

(中鐵武漢大橋工程咨詢監理有限公司，武漢 430050)

鋼板樁圍堰是最常用的一種板樁圍堰，具有強度高、防水性能好等優點，并能按需要組成各種外形的圍堰，又可多次重復使用。與鋼圍堰相比，它還具有工期短、施工難度小、經濟性好等優點，在橋梁施工中常用于沉井的圍堰，管柱基礎、樁基礎及明挖基礎的圍堰等。

1 工程概況

武漢二七長江大橋是武漢市二環線東北段的重要組成部分和控制工程。橋位距上游的武漢長江二橋約3.2 km，距下游天興洲長江大橋約6.7 km。橋址區處于平坦狀平原區。高程為+19.0～+24.0 m。江面寬約1 900 m。河床最低點高程約+4.0 m。北側漢口岸邊灘寬約450 m，南側武昌岸邊灘寬約150 m。正橋工程全長2 922 m，其中，主橋為三塔六跨(90 m+160 m+2×616 m+160 m+90 m)鋼—混結合梁斜拉橋，建成后為世界上最大跨度的三塔斜拉橋;北引橋為一聯鋼—混結合連續箱梁(6×90 m)、一聯預應力混凝土現澆箱梁(5×50 m)及一聯連續剛構(2×45 m+70 m+2×45 m);南引橋為一聯預應力混凝土現澆箱梁(45 m+60 m+45 m)。主橋基礎全部采用“鉆孔灌注樁+整體式高樁承臺”形式。

正橋工程I標段為3號主塔墩以北全部區域，除3號主塔墩因渡汛需要采用雙壁鋼吊箱圍堰外，江中深水區2號墩～N4墩及漫灘區N5～N10墩承臺，結合地質情況及工期要求，經過多次方案討論，最終決定全部采用鋼板樁圍堰方案施工。其中，深水區各墩使用24 m及27 m超長鋼板樁。通過方案優化及過程監控，成功地在最大水深13 m、流速2.0 m/s的長江深水區，順利完成了各墩鋼板樁圍堰施工方案，可作為同類型深水基礎施工時的重要參考。

本文主要以深水區內平面尺寸最大、施工水位最深的2號墩為例，介紹深水區承臺鋼板樁圍堰施工技術。主橋結構簡圖見圖1。北引橋結構簡圖見圖2。

2 工程地質

2號墩局部沖刷高程為 +4.89 m(勘察設計資料)，施工期間實測河床高程汛期為 +0.7 m左右，枯水期為+11.8 m左右。河床表層為透水細砂、中砂及粉質黏土層。基巖高程約-18.0 m。

圖1 主橋結構簡圖(單位:m)

根據橋位附近水文站資料，歷年最高水位為+27.62 m，最低水位為+7.98 m。逐月平均水位統計表見表1。

圖2 北引橋結構簡圖

表1 1月—12月水位統計 m

3 鋼板樁圍堰方案設計

2號墩為主橋北邊跨輔助墩，平面輪廓尺寸26.55 m×19.30 m×6.0 m，四角倒圓半徑R=2.4 m，承臺底面高程為+4.5 m。原方案擬采用雙壁鋼吊箱圍堰施工工藝，后根據施工期間河床回淤及施工期水位較低等因素，以及鋼板樁圍堰施工工期及經濟性方面的優勢，經多次方案比選、論證及優化，最終確定采用鋼板樁圍堰方案。2號墩鋼板樁圍堰設計參數如下。

鋼板樁型號:拉森VI(600 mm×210 mm×18 mm)(截 面 面 積 A=225.5cm2、截 面 慣 性 矩 IX=56 700 cm4、截面模量 ZX=2 700 cm3)。

鋼板樁頂高程:+16.0 m。鋼板樁底高程:-8.0 m。

承臺底高程:+4.5 m。承臺高度:6.0 m(分2次澆筑)。

封底混凝土底高程:+2.0 m。封底混凝土厚度:2.5 m。泥面高程:+4.89 m。

最高施工水位:+13.0 m。設計流速:0.82 m/s。封底混凝土強度等級:水下C25。

2號墩鋼板樁圍堰方案總體設計見圖3。

圖3 2號墩鋼板樁圍堰總體設計(單位:mm)

根據鋼板樁圍堰施工工藝，擬定11個計算工況，建模計算所得，鋼板樁最大變形量 δmax=29.5 mm，最大應力σmax=210 MPa，圍檁及內支撐最大應力σmax=80～110 MPa，均能滿足受力要求;圍堰整體抗浮驗算(K=1.28，＞1.10)、護筒黏結力驗算(σ =99.5 kPa，＜120 kPa)、封底混凝土拉應力 (σl=0.02 MPa，＜1.27 MPa)驗算均滿足要求。

4 鋼板樁圍堰施工

1)鋼板樁整修和接長。鋼板樁進場后，進行修整，主要是除銹、清理鎖口內雜物，并保證鋼板樁順直、鎖口相互能良好連接。由于鋼板樁進場時分節長度達不到使用要求，需要現場焊接接長，并對焊接部位進行補強處理。整修、接長完畢后，按規格堆碼整齊，備用。

2)鉆孔平臺拆除和圍檁導向架安裝。樁基施工完畢后，將鉆孔平臺上貝雷梁及鋼主梁拆除，在各鋼護筒外側，安裝豎向導向架，作為圍檁及內支撐整體下放的導向及限位裝置。豎向導向架對應于底層圍檁高程處設有牛腿，以承托底層圍檁。

3)圍檁內支撐整體制作和起吊安裝。圍檁采用3HN700×300型鋼焊接形成，而內支撐為縱向設置φ1 000 mm×14 mm鋼管，四角設同規格八字撐局部加強。底層及中間各層圍檁頂面設豎向鋼管，作為上一層圍檁的臨時承托及定位。逐層圍檁整體起吊、安裝，并臨時定位。

4)插打鋼板樁。各道圍檁起吊安裝完畢后，利用原鉆孔平臺鋼管樁基礎及基樁鋼護筒搭設鋼板樁施工平臺。鋼板樁插打采用“履帶吊+液壓振動錘”方案，利用頂層圍檁外側設置的型鋼作為鋼板樁插打的導向架，先插打上游側中部鋼板樁，后自上游向下游方向順序插打岸側及江側鋼板樁，最后插打下游側鋼板樁，合龍口設置在下游側中部或轉角處。

鋼板樁插打時，采用測量儀器進行垂直度控制，現場利用水平尺進行垂直度校核，鎖口涂抹黃油及灌灑黃砂、鋸末，以利于后期鎖口咬合及止水。為防止插打過程中將相鄰已插打鋼板樁帶下去，需要對已插打到位的鋼板樁進行臨時焊接固定。

轉角及合龍處，根據現場情況現場制作異形鋼板樁或中部加寬鋼板樁，以保證形成完整的封閉周圈，并對轉角位置進行局部加強處理。

5)體系轉換。鋼板樁插打完畢后，進行第一次體系轉換，將鋼板樁與圍檁及內支撐體系進行焊接固結，然后解除圍檁與鋼護筒上的臨時承托牛腿，并用方木將圍檁與鋼板樁之間的各凹槽頂緊，以利于圍檁整體受力。

6)圍堰內吸泥。墩位處封底混凝土底面以上均為粉砂及細砂層，采用射水空氣吸泥機將圍堰內河床面降至封底混凝土面。吸泥過程中，重點對鋼護筒周邊及鋼板樁周邊進行補吸，必要時派潛水員對鋼護筒及鋼板樁壁進行水下清理，以保證水下混凝土黏結力及防止形成滲透通道。吸泥完畢后，采用鋼絲測繩按照不大于2 m間距進行高程探測確認，要求各點均不高于設計高程(亦不宜過低，以免增加封底混凝土厚度，增加結構荷載)。

7)封底混凝土水下灌注。圍堰內吸泥完畢后，利用鋼護筒搭設澆筑平臺，布設集料斗及水下混凝土灌注用導管。導管布置時，應考慮水下混凝土自流平半徑及鋼護筒、鋼板樁圍堰邊角等部位，實際共布設23個澆筑點，保證各位置均能得到有效覆蓋。導管最大間距不超過8 m，導管底口距離泥面0.2～0.3 m。因圍堰內泥面很難保證平齊，需要對每根導管底口進行檢查確認。首批混凝土方量后，導管埋深根據導管最大間距選取為1.3～1.6 m。圍堰封底水下混凝土灌注必須連續澆筑，一次完成;按照不大于1 m的間距進行混凝土頂面高程探測，應超出設計高度約15 cm，待抽干后鑿除該軟弱層。

8)圍堰抽水、護筒割除、樁頭及墊層清理。水下封底混凝土強度達到100%后，開始圍堰抽水。抽水期間，對鋼板樁及圍檁、內支撐鋼管進行變形和應力監測。隨著圍堰內水位降低，鋼板樁圍堰逐步進入最大受力狀態，因此，應注意抽水速度不宜過快，控制在24 h以上為宜，且前期慢，后期逐步加快，以利鋼板樁圍堰鎖口咬合及內力調整。

9)承臺施工。承臺分兩次施工，第一層承臺鋼筋、模板及混凝土工序施工完畢后，進行第二次體系轉換，將底層內支撐內力轉移到第一層承臺上(填砂+頂面環形混凝土梁)，然后拆除承臺范圍內的底層內支撐，進行第二層承臺施工。

10)第1節至第2節墩柱施工。承臺施工完成后，進行第三次體系轉換，將頂層內支撐內力轉移到第二層承臺上(填砂+頂面環形混凝土梁)，進行第1、第2節墩柱施工。

11)鋼板樁圍堰拆除。墩柱施工出水后，即可進行鋼板樁圍堰拆除。圍堰內圍檁型鋼割除、吊運完畢后，回水至圍堰內外水位持平，逐一拔除鋼板樁，然后整修和堆碼。

5 結語

除2號墩外，深水區1號墩及 N1～N4墩承臺均采用鋼板樁圍堰施工工藝，并全部安全、順利實施完成，岸灘區N5～N10墩承臺也在枯水期采用“鋼板樁支護+放坡開挖”的方案順利實施完成。2號墩鋼板樁圍堰第三次體系轉換后，因墩身施工拖延，汛期水位曾一度達到+15.8 m，超出設計水位(+13.0 m)2.8 m之多，且流速超過2 m/s，但圍堰整體結構仍安然無恙，更證明了鋼板樁圍堰的可靠性。

1)武漢二七長江大橋深水區2號墩～N4墩承臺均采用鋼板樁圍堰施工方案并取得成功，證明在水深13 m、流速2 m/s的深水、急流條件下，鋼板樁圍堰方案是可行的。

2)通過“先圍檁、后鋼板樁”的改進鋼板樁施工工藝，圍檁整體制作及吊裝方案能夠提高圍檁及內支撐的整體性和質量，能夠保證安裝質量，且可以作為鋼板樁插打的豎向導向。

3)鋼板樁圍堰在橋梁深水基礎施工中的適當選用，能夠縮短工期，并收到較好的社會和經濟效益。今后，可進一步探討鋼板樁圍堰在水位更深、流速更大的條件下的可行性。

［1］中華人民共和國交通部.公路施工手冊—橋涵［M］.北京:人民交通出版社.2000.

［2］羅萬錄.深水基礎用鋼板樁圍堰計算分析［J］.鐵道標準設計，2009(4):74-77.

［3］劉東羽.深水大承臺鋼板樁圍堰施工方法［J］.山西建筑，2010(20):320-321.

［4］魏愛君.鋼板樁圍堰施工技術［J］.北方交通，2008(1):101-103.