鄰近既有橋墩潮汐水域無覆蓋層鋼板樁圍堰施工工藝研究

穆智軍

中鐵七局集團有限公司，河南 鄭州 450000

當前，一般的河流深水基坑施工大多采用鋼板樁圍堰和鋼套箱圍堰。河床覆蓋層較厚時，可直接將圍堰結構插打到位，機械開挖基坑；河床覆蓋層較淺需入巖時，則需采取預先爆破成孔或機械引孔等輔助措施將圍堰結構安裝到位，基坑開挖采取水下爆破開挖。

1 工程概況

花莞高速公路SG13合同段A、C匝道橋跨越仙村涌V級通航河道，通航凈寬80m，河道屬珠三角水系，受潮汐影響，每天水流方向會改變一次，河流水深4.5～7m。主橋橋跨采用（55+85+55）m預應力混凝土連續剛構，與現有的廣園快速路跨越仙村涌的橋跨相同，并列布置，橋墩對齊，承臺相距僅4m，其中A匝道35#主墩、C匝道29#主墩位于河中間，河床面往下地質為強風化夾中風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖，基本沒有土質覆蓋層。承臺設計為埋入河床底，基坑開挖深度約3.5m。

由于緊鄰既有橋墩，無法采取爆破施工，只能采取機械引孔輔助圍堰安裝，基坑采取人工配合小型鑿巖機開挖。根據項目實際情況，文章對臨近既有橋墩深水無覆蓋層圍堰和基坑開挖施工技術進行研究，得出施工控制要點，為今后類似工程施工提供參考。

2 施工要點

2.1 鋼圍堰設計

圍堰采用單排鋼板樁圍堰，圍堰平面尺寸為長23.3m、寬10.8m，鋼板樁采用長度為15m的拉森Ⅳ型鋼板樁，設置3道圍檁，采用雙拼I45a工字鋼，對撐及斜撐采用?529mm×8mm螺旋鋼管。鋼板樁圍堰平面如圖1所示。

圖1 鋼板樁圍堰平面圖（單位：mm）

2.2 引孔施工

強風化至中風化泥質粉砂巖屬于軟巖，旋挖鉆機配備普通巖石斗即可快速成孔，且旋挖鉆機移動靈活，工效高。鉆機通過跳打咬孔成槽，因拉森Ⅳ型鋼板樁圍堰厚度為340mm，采用?800mm@600mm的咬合樁孔成槽，寬度為530mm。引孔采用無護筒成孔方式，旋挖鉆機直接鉆孔，成孔直徑為1000mm，相鄰孔中心間距為700mm，兩孔之間重合300mm，采用跳打方式進行引孔回填。施工前在平臺上用2根I45工字鋼焊接雙向導向架，導向架間距為1040mm，再用全站儀放出定位框架，定位框架呈正方形，各邊長1040mm。作業人員放出每個樁位，并安裝定位框架[1]。

引孔施工完成后，進行混合材料灌注。根據鋼板樁插打要求，進行了多次試配，綜合各方面因素，最終確定的混合料配比為砂∶黏土∶水泥∶水=306∶306∶76∶566。注漿過程大致與樁基一致，采用水下孔底注入方式。人工下放硬塑管至引孔孔底，下端距孔底10cm，上端與泥漿泵軟管連接，通過泵壓注漿至河床面。

2.3 鋼板樁插打施工

插打鋼板樁前，在鋼板樁的內側設置導框，鋼板樁根據導框位置依次打插鋼板樁。導框以最初插打的第1、2塊鋼板樁作為定位，均需垂直插至設計標高（插打時應反復仔細校正鋼板樁垂直度）。打設位置和方向需反復校正，保證方向和位置的精準度，以此起到樣板的作用。

依據“插樁正直，分散即糾，調整合龍”的施工要點，鋼板樁打設順序從上游開始，依次對稱往下游插打，合龍口設置在下游轉角處。單樁的鎖口內均需涂上具有減少摩阻力并加強防滲性能的黃油混合物油膏，以達到順利插打的目的，保證合龍效果。加強測量工作，保證樁身垂直、合龍密實，以防漏水；控制打樁錘下降的速度，提高止水能力[2]。

鋼圍堰合龍段位置為鋼板樁圍堰下游的轉角，因轉角位置是雙向調整，遂較利于合龍。提前計算至轉角位置能否滿足合龍要求，若距離偏差不大，可小范圍調整（倒鏈或千斤頂）實現合龍；如采用倒鏈或千斤頂亦無法合龍，需根據實際情況制作異形樁以實現合龍。合龍后，再逐根打到設計深度。

鋼板樁圍堰施工中的難點是鎖口之間的連接是否緊密，這關系到圍堰是否能成功抽水進行下道工序。因此，施工前、插打時、抽水后等每道工序均需嚴格控制。

2.4 圍檁支撐安裝

鋼板樁圍檁的支撐包括圍檁及內撐，圍檁固定于鋼板樁內壁，圍檁采用雙拼45a工字鋼，內撐采用?529mm×8mm鋼管。由于圍檁自重較大，在圍檁底部每隔5m設置一道牛腿托架支撐圍檁，牛腿托架焊接固定在鋼板樁上。

（1）鋼板樁加固原則。在確保安全的前提下，基坑支撐的施工與基坑內水位或泥面的下降按“先支撐后降水或吸泥”的原則進行。

（2）鋼圍檁及鋼支撐采用逆作法安裝。利用鋼護筒作為拼裝平臺，在鋼護筒上端割孔，穿入工字鋼伸縮牛腿，在牛腿上將鋼圍檁和鋼支撐拼裝為一體，然后在鋼板樁頂部、鋼護筒頂部和圍檁上設掛點，一是掛倒鏈用于下放圍檁，二是掛鋼絲繩用于固定圍檁。然后通過倒鏈將圍檁及支撐整體提升脫離伸縮牛腿，縮進牛腿，倒鏈下放圍檁及支撐，至設計高程后，拉緊鋼絲繩并將端部掛在鋼板樁頂部[3]。

（3）待圍堰內抽水至支撐下方1m時，在圍檁下方、鋼板樁內側焊接牛腿，用于替代鋼絲繩。

（4）斜支撐端頭設可靠防滑措施，由于斜撐與圍檁結構存在夾角，直接安裝支撐并施加預應力存在風險，故不宜使用。安裝斜撐前需將斜撐墊板連成整體，對斜撐支座墊板及鋼圍檁進行焊接，焊縫要滿焊牢固，要求焊縫高度≥8mm，在保證端頭板面與支撐垂直后，進行斜撐安裝作業。

2.5 圍堰監測

變形監測的基準點和工作基點宜選用靠近觀測區的現有水準點；選用具有強制歸心標盤的混凝土標墩作為平面控制基準點和工作基點；垂直位移的基準點應埋設不銹鋼或銅質水準標心，至少布設1組，每組不少于3個固定點。

水位觀測點的布設需遵循“牢固適用，便于觀察”的原則。針對圍堰內外水位，需實時觀察河道水位變化，掌握河道水位在施工階段與圍堰內抽水階段的水位情況，現場觀測員要按照相應監測頻率監測水位，并按照要求填寫相關表格。

鋼板樁圍堰結構變形需監測的內容為兩側樁頂沉降量、圍堰內土方沉降量，另外，變形監測所得的位移是前后觀測的坐標、高程的變化值，因此必須確保控制點是穩定的，減少因控制點誤差對監測點位移值產生的影響。

監測頻率取決于實測數據和圍堰施工周期，可根據數據與實際情況適當調整。若遇特殊、緊急情況，需及時安排人員加強監測，特殊、緊急情況解除后恢復正常檢測頻率。監測報警值應以監測項目的累積變化量和變化速率兩個變量來確定，若監測的數據達到初級警報值，項目部領導及相關人員應組織分析異常原因，及時采取針對性的挽救措施；若遇事態升級，需立即啟動應急措施，確保人身安全。

3 實施效益

該工法在花莞高速SG13合同段水中墩圍堰施工中得到了充分應用。在臨近既有橋梁，存在潮汐水流且河床無覆蓋層的不利條件下，優化鋼板樁圍堰施工工藝，采用人工配合小型鑿巖機進行水下巖基開挖，保證了圍堰結構的穩定性，施工效率高。采用砂+黏土+水泥+水試配引孔槽內回灌材料，既滿足了止水強度要求，又利于后期拔除圍堰結構。該工藝對比傳統工藝的優點在于，新型回填材料在極大程度上增強了鋼圍堰的穩定性，且對潮汐水流等不良水域、無覆蓋層等不良河床地質均適用。該項目實施成果得到了業主、監理單位的一致好評，并組織各標段進行學習，在相鄰標段得到應用，效果顯著，為花莞項目總工期節約了時間，保證了質量安全，取得了良好的社會效益。

4 結束語

綜上所述，綜合考慮現場的實際情況，結合專家對地質環境的分析和建議，在鄰近既有橋墩潮汐水域無覆蓋層的不利環境下，采取引孔+全新的回灌材料的方式進行鋼板樁圍堰施工對保障施工的安全和質量起到決定性作用。因此，針對不同的、復雜的河道，宜分析河道的實際情況，針對性地選擇鋼板樁圍堰技術，為下一步施工奠定良好的基礎。這樣既能實現工程質量目標，又能消除施工中存在的安全風險，同時能提高企業的經濟效益和社會效益。