東沙大橋主承臺鋼板樁圍堰施工

沙群輝，周 忠

（1.江蘇省南通市通州區交通運輸局，江蘇 南通 226300；2.中鐵武漢大橋工程咨詢監理有限公司，湖北 武漢 430050）

東沙大橋主承臺鋼板樁圍堰施工

沙群輝1，周 忠2

（1.江蘇省南通市通州區交通運輸局，江蘇 南通 226300；2.中鐵武漢大橋工程咨詢監理有限公司，湖北 武漢 430050）

東沙大橋全長1 838.8 mm，其中主橋為41.6 m+78.4 m+270 m+78.4 m+41.6 m斜拉橋，主橋梁寬為27.5 m。主墩承臺為六邊形圓倒角整體式承臺，幾何尺寸為45.369 m×20.1 m×4.5 m，頂面標高為+4.0 m。結合工程實際，介紹主墩承臺鋼板樁圍堰法施工工藝，有關經驗可供相關專業人員參考。

東沙大橋；主墩承臺；鋼板樁；圍堰；施工工藝

1　工程概況及自然條件

1.1工程概況

東沙大橋全長1 838.8 mm，其中主橋為41.6 m+ 78.4 m+270 m+78.4 m+41.6 m斜拉橋，主橋梁寬為27.5 m。

主墩采用D=2.0 m群樁基礎。承臺為六邊形圓倒角整體式承臺，幾何尺寸為45.369 m×20.1 m× 4.5 m，頂面標高為+4.0 m。一個主墩承臺共需C40混凝土3 512.9 m3。共兩個主墩承臺，見圖1。

圖1　東沙大橋主橋橋型示意圖

1.2自然條件

工程所處河道為長江支江，水體主要受上游來水補給，水位受潮汐影響變化明顯，變動幅度較大。根據設計資料和現場勘測及結合施工時間，橋位處在11月至2月的最高水位為+2.5 m，最低水位為+0 m。漲潮最大流速為0.58 m/s，落潮最大流速為1.33 m/s。根據現場觀測，橋位處在汛期的局部沖刷為2 m。

根據地質勘察報告，主墩所處地質資料及土層參數分別見表1。

表1　主墩土層參數表

2　方案比選

根據東沙大橋主墩承臺施工特點、施工季節及水文情況的影響，主墩承臺可選用鋼吊箱圍堰和鋼板樁圍堰。

兩種方案的優缺點見表2。

表2　兩種方案優缺點

綜上，經過施工、監理、指揮部、設計多次商討，根據當時水文條件、工期要求及施工能力，最終確定采用鋼板樁圍堰法施工。

3　鋼板樁結構設計

鋼板樁采用拉森Ⅵ型鋼板樁，材質SY295，單根長度為24 m，圍堰平面尺寸為47.1 m×22.1 m，共設置一道內支撐。圍堰頂高程為+3.0 m，圍堰底高程為-21.0 m。

鋼板樁圍堰具體布置見圖2、圖3。

圖3　鋼板樁圍堰平面布置圖

3.1計算假設及基本參數

3.1.1計算假設

（1）由于主墩的地質條件及施工環境較接近，所以任選一個墩進行鋼板樁圍堰的計算。

（2）計算時取1 m寬單位寬度鋼板樁；

（3）水流力計算

目前主墩處河床面最低標高約為-6.0 m，水位按高水位+2.5計，流速按1.33 m/s，局部沖刷按2 m考慮。則作用在每米寬度鋼板樁上的水流力：

水流力合力的著力點假定在設計最高水位線下1/3倍水深處，即-1.0 m。

（4）取圍堰外河床沖刷深度為2 m進行計算。

3.1.2鋼板樁截面參數

本工程使用鋼板樁截面參數特性值見表3，鋼板樁截面見圖4。

表3　鋼板樁截面參數特性值表

圖4　拉森Ⅵ型鋼板樁截面示意圖（單位：mm）

3.2鋼板樁計算

計算工況按照施工工序分為：

工況一內支撐安裝后，圍堰內抽水至-2.0 m；

工況二第一次承臺澆筑后，拆除側模板，安裝第二道支撐于承臺上，再將圍堰內灌水至+1.0 m，拆除第一道支撐。

3.3結構計算結果

經計算，在“工況一內支撐安裝后，圍堰內抽水至-2.0 m。”樁的總長度為21.45 m，樁的最大變形60 mm，滿足方案要求；在“工況二第一次承臺澆筑后，拆除側模板，安裝第二道支撐于承臺上，再將圍堰內灌水至+1.0 m，拆除第一道支撐。”由于鋼板樁內外水壓只有1 m，經過試算，此時對鋼板樁的受力影響較小，同時將內支撐轉換至承臺后，只是保證鋼板樁的穩定性，滿足要求。

4　鋼板樁圍堰施工

4.1鋼板樁圍堰施工順序

（1）鉆孔樁施工前或施工時，在定位樁處焊接牛腿，安裝鋼板樁插打導向；

（2）依次插打鋼板樁至合攏；

（3）圍堰內抽水至+1.5 m（或選擇低水位時），在+2.185 m處安裝預制好的內支撐；

（4）內支撐安裝到位后，繼續抽水，抽水至-2.0 m，并保持在該水位；

（5）承臺第一層混凝土施工；

（6）達到設計強度后拆除承臺模板后，在+1.445處焊接圍囹，將支撐轉換至承臺，向圍堰內注水至+1 m，拆除第一道內支撐，進行第二次承臺澆筑，澆筑高度為2.5 m；

（7）承臺施工完成后，依次拔出鋼板樁。

4.2鋼板樁材料準備

拉森鋼板樁運到工地后，對其進行整理。清除鎖口內雜物（如電焊瘤渣、廢填充物等），對缺陷部位加以整修。對于樁身殘缺、殘跡、不整潔、銹皮、卷曲等都要做全面檢查，并采取相應措施，以確保正常使用。對于檢查合格的拉森鋼板樁，為保證拉森鋼板樁在施工過程中能順利插拔，并增加拉森鋼板樁在使用時防滲性能。每根板樁鎖口都須均勻涂以混合油，其體積配合比為黃油：干鋸沫=5：3。

4.3機械設備及現場準備

選用DZ90振動錘，施工前對靜壓機、振動錘檢查，確保線路暢通，功能正常。

施工現場撤走鉆機并拆除所需要拆除的鉆孔平臺，同時清理場地以便鋼板樁在主棧橋上運輸及臨時堆放。

4.4鋼板樁插打

鋼板樁插打選擇從圍堰橫橋向中心處開始，然后依次向兩邊進行，最后在下游角樁附近進行合攏。

4.4.1鋼板樁起吊控制

鋼板樁運至現場后，將鋼板樁整齊排列在易于起吊的位置，使用氣割在鋼板樁軸線上從離端部10 cm左右的位置穿好直徑5 cm大小的吊孔，再使用鉤環結結實實的聯結，吊裝過程中需系好適當的繩索以防止左右擺動。

鋼板樁起吊示意見圖5。

圖5　鋼板樁起吊示意圖

4.4.2導向架設置

鋼板樁插打前利用鉆孔平臺，在定位樁上焊接工字鋼作為鋼板樁導向架。在插打前幾根鋼板樁前，先按鋼板樁寬度在導向架上畫出每根鋼板樁的邊線，然后再焊接長約4 m的導向桁架，在導向架上、下邊上設置限位裝制，大小比鋼板樁每邊放大1 cm。鋼板樁插打導向架示意見圖6。

圖6　鋼板樁插打導向架示意圖

4.4.3插打施工

鋼板樁先利用自重下插，當自重不能下插時，利用液壓振動錘進行加壓直至設計標高，第一片鋼板樁插打到位后，通過檢測確定合格，后續鋼板樁以其為基準，再向兩邊對稱插打鋼板樁。插入樁位的鋼板樁需緊靠導梁。插打一根或幾根后，將已插好的鋼板樁點焊固定于導梁上。

4.4.4鋼板樁圍堰合攏施工

鋼板樁最后的合攏點選擇在任一角樁附近4～5根鋼板樁處。距合攏口兩側剩約10根鋼板樁時，測量每根插打鋼板樁的軸向及法向傾斜度，控制在0.2%以內。

為了使合攏鋼板樁能順利與相鄰樁的鎖口相互咬合，插打前應使合攏鋼板樁兩側樁高度不同，高差控制在100～200 mm。

插打合攏樁時，使與相鄰樁套好鎖口的合攏樁自由落入，并將振動錘垂直降落，使其重量全部壓在合攏樁上，開啟振動錘，隨著樁進入土體的深度增加，阻力逐漸增大，通過電流表中電流值的大小，調整施打方式，電流值升高時，將樁上提，電流值下降恢復正常時，向下插打，如此反復，將樁打至預定高程。

4.4.5內支撐安裝

鋼板樁插打施工完后即進行內支撐的安裝施工。

主墩內支撐在鋼結構加工廠按設計下料、預制后在墩位處拼裝、焊接，待檢驗合格后，圍堰內抽水至+1.5 m（正常情況下常水位低于+1.5 m），按設計位置在鋼板樁上焊接牛腿后，在+2.185 m處安裝預制好的內支撐，內支撐采用直徑530 mm厚8 mm的鋼管。圍囹斷面見圖7。

圖7　圍囹結構圖（單位：mm）

4.2.4圍堰拆除

（1）支撐拆除

主墩澆筑承臺第一次2 m高的混凝土，混凝土達到設計強度后進行體系轉換，在+1.445處焊接圍囹，將支撐轉換至承臺，同時向圍堰內注水至+1.0 m處，拆除第一道內支撐，進行第二次承臺澆筑，澆筑高度為2.5 m。

（2）拉森鋼板樁拔除承臺澆筑完成，保持圍堰內外水位差為零時，拆除圍堰支撐后即可進行鋼板樁的拔除。拔除工作由下游方向開始，對稱施工至上游方向，拔樁起點應離開角樁5根以上，可根據沉樁時的情況確定拔樁起點。鋼板樁拔出采用履帶吊配合振動錘進行拔除。

5　河床沖刷觀測及處理措施

5.1河床沖刷觀測

根據在樁基施工時觀測，工程橋址所處河道每日兩次漲落潮，水流流速較快，漲潮時水流流速約為：0.58 m/s；落潮時水流流速約為：1.33 m/s，同時河道表面覆蓋層為流塑狀淤泥質粉質粘土，且土層較厚，該土層在水流的作用下極易啟動形成沖刷，再由于圍堰形成后導致過水面減小，水流在結構物處沖擊形成較大漩渦，增加對河床土層的沖刷，因此在主墩承臺施工中防止沖刷對圍堰結構的影響是施工中必須考慮的重要因素。

鋼板樁插打合攏后，安排專人對圍堰外河床面進行監測，通過監測反饋河床沖刷情況，每承臺布置河床標高觀測點14個，每次觀測時間為漲落潮前后共兩次。根據現場觀測數據及時的進行反饋，用于指導圍堰防沖刷的及時進行與防沖刷的質量。觀測點布置見圖8。

圖8　觀測點布置

5.2河床沖刷采取的措施

通過觀測數據，當局部沖刷深度大于2 m時，采取對圍堰四周進行拋填砂袋防止沖刷。砂袋坡面按1:3控制，靠近鋼板樁砂袋頂標高不超過圍堰結構設計計算采用的河床面標高。圍堰拋填防護斷面形式見圖9。

圖9　圍堰拋填防護斷面形式圖

6　施工中注意事項

（1）確定首根鋼板樁插打合格后，以此樁為基準，再向兩側插打每一根鋼板樁到設計位置。整個施工過程中，要用錘球始終控制每片樁的垂直度，及時調整。

（2）在鋼板樁的插打時注意鋼板樁的拼接縫不能在圍堰的同一斷面上，應上下交替錯開。

（3）每一片鋼板樁先利用自重下插，當自重不能下插時，才進行加壓；鋼板樁插打至設計標高后，立即與導向架進行焊接，以抵抗水流沖擊。

（4）定期沖刷觀測，當局部沖刷深度大于方案計算的架設深度時，必須采用以上方法進行防護，確保主體結構安全。

（5）施工前用同型號的短拉森鋼板樁做鎖口滲漏試驗，檢查鋼板樁鎖口松緊程度，過松或過緊都可能導致拉森鋼板樁施工后滲漏；施打前在拉森鋼板樁鎖口內抹黃油混合物油膏以防止鋼板樁的漏水；施打時控制好垂直度，防止相互傾斜的鋼板樁之間索口無法密貼，不得強行施打，損壞鎖口。

7　結　語

實踐證明，東沙大橋主墩承臺采用鋼板樁圍堰法施工是成功的，既節約了工期，又減小了施工安全的風險。鋼板樁插打質量是圍堰施工成敗的關鍵，而后期對鋼板樁圍堰沖刷觀測及防護措施又是鋼板樁圍堰結構安全的重中之重。

U445

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1009-7716（2016）01-0115-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.033

2015-10-08

沙群輝（1981-），男，江蘇南通人，工程師，從事工程管理工作。