鋼板樁圍堰在特大橋承臺施工中的應用

韓衛(wèi)平

中鐵大橋局集團第五工程有限公司，江西 九江 332700

1 工程概況

金海特大橋（3×340）m斜拉橋24#、25#、30#、31#墩選用鋼板樁圍堰，用于承臺施工，鋼板樁圍堰24#、31#墩平面尺寸均為40.7m×13.3m，25#、30#墩平面尺寸均為22.7m×14.8m。圈梁委托具有資質(zhì)的工廠提前制作成型，先拼裝圈梁和內(nèi)支撐，再將成型的鋼板樁插打到位，由此構(gòu)成完整圍堰結(jié)構(gòu)，給承臺施工創(chuàng)設良好的條件。

2 鋼板樁圍堰施工要點

2.1 首根鋼板樁的插打及高程控制

通過起吊設備和振動設備等相關(guān)施工裝置的聯(lián)合應用，逐片將鋼板樁插打到位。在上游右側(cè)布設定位鋼板樁，經(jīng)焊接后與導梁工字鋼形成穩(wěn)定連接，精準控制，確保第一片鋼板樁的垂直度滿足要求，將其作為后續(xù)的作業(yè)基準，依次將鋼板樁打設至指定位置。在鋼板樁插打過程中，人工扶持，以便將待插打的結(jié)構(gòu)準確插入前一片鋼板樁鎖口位置，再啟用振動錘，通過外部振動力的作用，將鋼板樁打設到位。按順時針方向插打，期間加強對各鋼板樁位置的檢測，以所得結(jié)果為準，利用錘球控制各樁。

2.2 鋼板樁的插打次序及合攏

根據(jù)鋼板樁的插打要求，適配85t履帶吊、90振動錘等相關(guān)施工裝置，彼此協(xié)同作業(yè)，從橫橋向中心位置開始，向兩側(cè)有序插打，最后在任一角樁周邊合攏。鋼板樁在插打全過程中均要保持垂直的狀態(tài)，先套好鎖口，通過其自重作用向下插入一定的深度，后續(xù)用振動錘試壓，確保鋼板樁可以精準到達指定位置。

合攏是鋼板樁施工全流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，該處的施工質(zhì)量將對整體效率以及施工效果造成影響，宜將角樁橫橋向附近4～5根鋼板樁處作為合攏口。隨著鋼板樁插打作業(yè)的持續(xù)推進，待還剩十余根至合攏口時，就便要加大對鋼板樁姿態(tài)的檢測與控制力度，例如垂直度、平面位置等均要滿足要求，及時發(fā)現(xiàn)偏差，以正確的方式快速糾正偏差，以保證鋼板樁可以精準插打至合攏口處，軸向及法向傾斜度需在0.2%以下，否則不達標。合攏樁兩側(cè)鋼板樁的高差不宜超過20cm，依次與高處、低處的鋼板樁鎖口套好，順利合攏后方可插打。

2.3 鋼圍檁及支撐安裝

以第一層導向梁為圍檁結(jié)構(gòu)進行使用，在其下方以焊接的方式設置短型鋼牛腿，以便有效承受圍檁的自重，在確保無誤后，拆除與樁基鋼護筒之間所設置的連接，至此則完成第一道內(nèi)支撐的設置工作。此后，圍堰內(nèi)抽水并堵漏，第二道內(nèi)支撐距第一道內(nèi)支撐3.5m。若鋼板樁內(nèi)側(cè)與內(nèi)支撐型鋼間存在空隙，則應根據(jù)實際情況取合適尺寸的鋼板或型鋼支墊，將其緊密設置在內(nèi)支撐和鋼板樁之間，并采取焊接處理措施。

2.4 基坑整平

配備2臺135mm砂石泵，利用該裝置從中間向兩側(cè)有序完成圍堰內(nèi)的清底作業(yè)，期間需確保圍堰內(nèi)外水位相同，可根據(jù)需求及時啟用水泵，用于補水，以免因翻砂而導致清底效果不滿足要求。經(jīng)過清底后，由潛水工吸泥、打撈，再進行全面檢查，確定圍巖底部的深度，根據(jù)所得數(shù)據(jù)繪制底面圖，并進一步確定合適的封底厚度。

2.5 圍堰封底、圍堰內(nèi)抽水

圍堰封底導管類型選擇鉆孔樁導管，嚴格控制導管的位置，其底口與底板的距離以15cm為宜，后續(xù)準備澆筑混凝土時，需再次檢查該高度，確保無誤。將第一根導管拔球澆筑，配套鉆孔樁拔球料斗，該裝置可儲存18m3的混凝土，能夠有效滿足拔球作業(yè)要求。待完成首根導管的拔球作業(yè)后，暫不予以拆除，調(diào)整混凝土輸送泵，使其可對準1#導管，以便繼續(xù)澆筑混凝土，期間加強檢查，待首根導管埋深達到0.5m后，可拆除拔球料斗。按照前述方法有序完成后續(xù)各導管的初灌作業(yè)，導管埋深為0.5～0.8m，每根導管的混凝土澆筑時間間隔不宜超過20min。此外，應按照規(guī)范做好封底測量工作，例如護筒周邊及導管口混凝土澆筑高度均是重點考慮對象，實際成型的封堵結(jié)構(gòu)的厚度不可小于設計值。

3 鋼板樁圍堰插打施工問題原因分析及解決措施

3.1 插打困難

（1）原因分析。從土層液化原理的角度來看，在土壤含水量、孔隙率、密實度的多重影響下，土體的液化能力容易發(fā)生改變。通過對土層地質(zhì)的分析可知，該區(qū)段里程范圍DK24+800～DK27+500內(nèi)線路跨越磨刀河，磨刀河寬約6000m，為珠江入海口，線路以橋梁形式通過。上部為海陸相沉積的淤泥質(zhì)黏土、黏土夾砂，厚20～45m，下伏基巖為二長花崗巖、云母花崗巖等侵入巖，全～弱風化。線路CK26+300～CK26+350附近穿越西江斷裂，斷裂帶寬30～50m，斷裂帶內(nèi)海陸相沉積的淤泥質(zhì)黏土、黏土夾砂厚度可達101m。海陸相沉積的淤泥質(zhì)黏土、黏土夾砂等工程性質(zhì)較差，巖土工程施工分級一般為Ⅰ～Ⅱ級，地基承載力σ0為40～200kPa。花崗巖全風化層巖土工程施工分級一般為Ⅲ級，地基承載力σ0為200～250kPa；強至弱風化巖體巖土工程施工分級一般為Ⅴ級，地基承載力σ0為500～1000kPa。受土層液化特性的影響，鋼板樁插打難度明顯加大。

（2）解決措施。較適宜的是采用旋挖鉆機引孔法，將插打受阻的鋼板樁拔出，向其中打設長度為5m的φ1.25m鋼護筒，與此同時適配φ1.0m旋挖鉆，隨著鉆進作業(yè)的持續(xù)推進，待其到達鋼板樁設計樁底標高位置后，方可組織回填鉆孔作業(yè)，此方法可以較好地減小土體的密實度，實現(xiàn)對土層力學性質(zhì)的深度優(yōu)化，進而高效插打鋼板樁。沿著鋼板樁圍堰方向，按照30cm的間距依次打設鋼護筒，期間利用旋挖鉆及時掏孔回填。綜合考慮現(xiàn)場土質(zhì)條件、鋼板樁型號及長度，采用“長臂挖掘機+37kW振動錘”相結(jié)合的方案，以完成鋼板樁的插拔作業(yè)。在振動打樁機的作用下，將錘頭垂直振動傳導至樁體，受外力的作用，迫使樁端土體出現(xiàn)剪切破壞現(xiàn)象，周邊土體在振動作用下其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，土體開始液化，阻力較原始狀態(tài)而言有所減小，可以提高插打作業(yè)的順暢性。在振動插樁的施工模式中，可以有效提高施工效率、保護樁體尤其是樁頂結(jié)構(gòu)的完整性，因此是一種解決鋼板樁圍堰插打困難問題的關(guān)鍵方法。

3.2 鋼板樁傾斜

（1）原因分析。鋼板樁插打采取的是從一端開始逐步向另一端推進的方法，或是從中間開始向兩側(cè)推進的方法，此時在插打作用力之下，易出現(xiàn)傾斜偏差。在該工程施工過程中，最長直線板樁數(shù)量共計80根，其插打難度較大，必須高度重視該問題。

（2）解決措施。對于軸線向傾斜，在現(xiàn)場適配2臺經(jīng)緯儀，由專員操作，以便檢查垂直方向的實際情況。隨著施工進程的推進，待軸線向傾斜積累后，將明顯加大其控制難度，因此應從源頭上消除誤差。對此，宜采取先分段打插、再合攏的方法，以便將鋼板樁精準插打至指定位置。各段鋼板樁數(shù)量以20根較為合適，此時可以實現(xiàn)對傾斜積累的“化整為零”，將其分解至各施工小段中，由此規(guī)避大范圍的樁傾斜誤差。提前確定每根鋼板樁的安裝位置，并將其在導梁上標識，為后續(xù)的插打作業(yè)提供參照基準。在施打鋼板樁時，首先應將兩端的鋼板樁打設至指定深度，目的在于將其作為中間鋼板樁的定位樁使用，再逐步向中間開始施打。整個施打過程可以平均分為2次，單次施打量為總高度的1/2，至導梁上部0.3m的位置時，不可碰撞導架。此后，經(jīng)過導架的拆除作業(yè)后，需組織二次振插，直至其達到設計標高處。

4 施工效果

4.1 圍堰擋水效果

經(jīng)基坑開挖作業(yè)后，部分鋼板樁底部尚未完全穿越砂層，此條件下易誘發(fā)涌水、翻砂事故。對此，項目部從實際情況出發(fā)，提前編制水下施工封底混凝土預案，從而在事前采取控制措施。經(jīng)1臺15m3/h的小水泵抽水后，便可全面完成基坑的抽水作業(yè)，全程均無明顯的異常狀況（鋼板樁圍堰未漏水、鎖口穩(wěn)定連接），盡管存在部分輕微的漏水，但對整體的影響甚微，可忽略不計，且基坑的施工狀況也較為良好，無滲漏、管涌等問題。由此可見，該鋼板樁圍堰施工工藝所取得的效果較好。

4.2 變形觀測

全面圍繞樁頂位移展開觀測，經(jīng)數(shù)據(jù)采集以及匯總后發(fā)現(xiàn)，樁頂雖然有向基坑頂偏移的情況，但該值可控制在2cm以下，鋼板樁圍堰整體依然具有穩(wěn)定性，支撐等相關(guān)裝置可正常使用，不會引發(fā)質(zhì)量及安全層面的問題。

5 結(jié)束語

綜上所述，在水中墩承臺施工期間，通過應用鋼板樁圍堰施工工藝可有效規(guī)避基坑底與基巖面嵌合效果差、涌水、涌砂等問題，施工全程安全性較好，能夠在鋼板樁圍堰的支持下高效完成承臺的施工作業(yè)。在后續(xù)的工程施工中，可從中借鑒經(jīng)驗，并結(jié)合項目實際情況進行優(yōu)化調(diào)整，切實發(fā)揮出鋼板樁圍堰的應用優(yōu)勢。