漫水鋼板樁圍堰在臨河深基坑工程施工中的應(yīng)用

趙永強

（中鐵二十四局集團江蘇工程有限公司，江蘇 南京 210000）

1 工程概況

1.1 深基坑概況

新建連云港至徐州鐵路工程新沂特大橋位于新沂市境內(nèi)，采用（48+80+48）m連續(xù)梁于DK105+550.9處跨越沂河，橋位處河道水面寬約150 m，線路與河道交角為78°，其中474#主墩位于河漫灘上，承臺一部分在岸上，一部分在水中。設(shè)二級承臺，其中一級承臺尺寸為18.8×12.4×4.0 m，二級承臺尺寸為11.8×7.4×2.5 m，承臺底高程為13.90 m，原地面高程為24.500。基坑開挖深度12.1 m（含封底墊層厚度50 cm），支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級為一級。

圖1 橋梁474#墩平面位置

1.2 地質(zhì)情況

深基坑位于沂河內(nèi)，由上往下地質(zhì)情況依次為雜填土：r=19 kN/m3，c=10 kPa，ψ=8°，覆土約2.5 m；粉質(zhì)黏土：r=19 kN/m3，c=40.57 kPa，ψ=18.77°，覆土約1.6 m；粉質(zhì)黏土：r=19 kN/m3，c=51.53 kPa，ψ=18.02°，覆土約20 m。

1.3 水文條件

新沂特大橋跨越沂河處河道樁號為30+450，根據(jù)沂河防洪評價報告資料，橋址處50年一遇設(shè)計洪峰流量8 000 m3/s，相應(yīng)水位28.75 m；100年一遇設(shè)計流量為 10 000 m3/s，相應(yīng)設(shè)計洪水位為29.18 m。沂河非汛期常水位23.00 m，設(shè)計施工水位24.50 m，汛期水流流速為3 m/s。

2 深基坑施工支護(hù)選擇

2.1 基坑支護(hù)方式選擇

474#墩基坑圍護(hù)作為承臺施工的防護(hù)防水結(jié)構(gòu)，除承受四周、底部的土體及孔隙水的壓力外，還受到河道流水壓力、水土沖刷等作用，具有現(xiàn)場施工環(huán)境與條件復(fù)雜、圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、施工難度大、危險性高、施工周期長、施工風(fēng)險大、不可控因素多等特點。因此，圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案選擇要求技術(shù)可行、安全可靠、工期可控、經(jīng)濟合理和施工方便。結(jié)合474#墩位處的基坑開挖深度、基坑尺寸、水文地質(zhì)條件及現(xiàn)場條件，其圍護(hù)結(jié)構(gòu)可采用拉森鋼板樁、沉井和鉆孔樁等結(jié)構(gòu)形式。

表1 基坑支護(hù)方案比選

綜合工期、經(jīng)濟及安全性能考慮，深基坑支護(hù)方式采用鋼板樁圍堰。

2.2 阻水鋼板樁與漫水鋼板樁圍堰方案比選

阻水鋼板樁圍堰頂面高程設(shè)計多以施工水位控制從而防止施工期間基坑被洪水淹沒。由于474#墩基坑位于河漫灘上，兩面臨水，施工期間圍堰存在洪水侵襲，臨水側(cè)平臺被河水沖刷有流失情況，基坑內(nèi)土方在開挖狀態(tài)下四周受力不平衡會導(dǎo)致圍堰變形失穩(wěn)，施工風(fēng)險極大。基于施工風(fēng)險、費用及工期等方面考慮，慎重選擇在汛期后施工。本項目工期緊張，汛期后施工需要搶工，給施工管理帶來極大難度和風(fēng)險，同時也會增加施工成本。

漫水鋼板樁圍堰汛期被淹沒，汛期過后保持圍堰頂在正常水位以上，方便度汛后正常施工，同時，為確保汛期鋼圍堰的安全，在臨水面加大填土平臺，在基坑鋼圍堰外圍設(shè)置L形鋼板樁。經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)調(diào)查及方案比選，考慮到沂河汛期可能存在的超高水位可能，綜合工期、技術(shù)、安全、成本等因素，采用漫水鋼板樁圍堰的方式進(jìn)行施工。

3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工

3.1 鋼板樁圍堰的結(jié)構(gòu)形式

（1）鋼圍堰平面設(shè)計。474#墩一級承臺平面尺寸為18.8×12.4 m，考慮承臺施工空間要求，具體設(shè)計為：水中操作平臺填筑完成后在距離設(shè)計內(nèi)層鋼板樁圍堰外7 m上游迎水側(cè)（東側(cè)及北側(cè)）打入一排止水鋼板樁，樁長9 m，尺寸為34.8×28.4 m，河道邊（西側(cè)及南側(cè)）采用素土填筑作業(yè)平臺，平臺按1：1坡度挖深4 m至標(biāo)高20.5 m后施工鋼板樁圍堰，樁長12 m，圍堰尺寸14.4×20.8 m。

圖2 474#墩基坑平面布置圖

圖3 474#墩基坑立面布置圖

（2）內(nèi)支撐體系設(shè)計。考慮到基坑尺寸過大、圍堰的受力性能、型鋼的長細(xì)比及內(nèi)撐穩(wěn)定性等綜合因素，鋼板樁的內(nèi)撐采用Φ406×10 mm的螺旋焊接鋼管作為支撐。內(nèi)支撐水平向設(shè)置2道，形成閉合穩(wěn)定的平面桁架。第一道圍檁采用雙拼HW300×300 mm型鋼，第二道圍檁采用雙拼HW400×400 mm型鋼，上下設(shè)置I32a反力牛腿保證圍檁與鋼板樁連接成穩(wěn)定體系，同時起到分點限制圍檁自由度，增強穩(wěn)定性。內(nèi)支撐鋼管現(xiàn)場采用法蘭對接，采用專門設(shè)計的十字形卡箍連接。鋼管內(nèi)支撐與內(nèi)圍檁之間采用可調(diào)節(jié)伸縮裝置，保證內(nèi)支撐安裝后提供一定的預(yù)推力，防止圍堰抽水吸泥后由于支撐之間的間隙造成圍堰變形過大。每層鋼管內(nèi)支撐在短邊方向豎向設(shè)置為桁架，保證兩層內(nèi)支撐體系豎向形成穩(wěn)定支撐體系。

3.2 鋼板樁圍堰施工

鋼板樁施工完成后，圍堰內(nèi)開挖0.5 m，安裝第一道圍檁支撐，支撐標(biāo)高為20.50 m。

第一道內(nèi)支撐安裝完成后，基坑繼續(xù)下挖，開挖至第二層支撐以下1.0 m時，停止挖土，安裝第二道圍檁支撐，支撐標(biāo)高18.0 m。

繼續(xù)挖土直至圍堰底部設(shè)計標(biāo)高13.40 m并及時澆筑50 cm厚混凝土封底后，進(jìn)行一級承臺施工，混凝土澆筑結(jié)束待強度滿足要求后拆除模板，將圍堰底部以上4 m范圍雜物清理徹底，分層回填素土并夯實以減小鋼板樁和支撐的作用力，拆除第二層內(nèi)支撐，繼續(xù)施工二級承臺，拆模后回填承臺高度范圍內(nèi)基坑，拆除第一層內(nèi)支撐及鋼板樁圍堰，然后進(jìn)行墩身施工，最后進(jìn)行外圍鋼板樁拆除、基坑回填及河道恢復(fù)等工作。

4 結(jié)語

新沂特大橋跨沂河連續(xù)梁主墩鋼板樁圍堰尺寸較大、水文條件復(fù)雜，施工期間受沂河汛期影響大，施工風(fēng)險高。本次進(jìn)行漫水鋼板樁圍堰的方案設(shè)計與施工，歷時3個月順利完成深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑開挖、基礎(chǔ)、下部結(jié)構(gòu)和河道恢復(fù)施工，探索了一套可以讓洪水漫過鋼板樁圍堰安全度汛的施工方案。與常規(guī)的阻水鋼板樁圍堰方案要求在洪水來臨之前完成承臺墩身施工和鋼板樁圍堰拆除相比，增加施工靈活性、減少搶工成本。此外，相比阻水鋼板樁圍堰，采用外圍止水鋼板樁，可以避免河水沖刷，減少內(nèi)部鋼板樁長度，降低其土層壓力，降低施工難度（根據(jù)相鄰管段同類深基坑施工情況，鋼板樁較長時需要引孔輔助沉樁，且施工周期長，施工質(zhì)量難以保證），大大降低由此帶來的安全、工期和費用風(fēng)險。