一處硬巖河床流水中橋墩綜合施工技術

伍凌波

水中樁基橋墩施工，圍堰和筑島是兩種常用的施工方法，而鋼板樁圍堰更是常用的施工方法。鋼板樁圍堰的好處在于施工便捷，用時短，鋼板樁可以從市場上租用，重復利用適用水深也比筑島深。缺點是鋼材容易變形，重量不足，需要增加支撐結構，組成受力體系，來抵抗水的側壓力和浮力，同時受河床地質影響較大。

一、工程概況

某鐵路橋有4座橋墩跨越河流，設計采用圓端形實體橋墩，鉆孔樁基礎，預制簡支箱梁。所在河面寬150m，水中共有四座橋墩，采用橋墩所在地的水深7.5～9.5m。水文特點為：水位常年穩定，不通航，上、下游均有水庫，河水流速極緩，堤岸為粉質粘土。

二、施工方案的選定

1.橋墩施工方案

河水中橋墩施工方案的確定，要綜合各種因素，全面分析。首先，筑島方案需要在河水中大量填土，由于當地的環保要求，不能使用筑島方案；其次河水不具備通航能力，不能采用浮船方案，因此采用技術相對成熟的鋼圍堰方案。

采用鋼圍堰方案，遇到的困難就是如何在這種硬質巖表面覆蓋砂層的河床上打樁，軟砂層持力不足，無法保證鋼板樁的穩定，下層又是硬巖，鋼板樁難以打入，造成鋼板樁的入土深度不足，受力計算不能通過。

2.鋼圍堰方案

在決定采用那種鋼圍堰方案，又全面考慮整個工程的相關情況。

（1）從整個標段施工任務考慮，本橋工點附近沒有方便通行的橋梁，需要建造一座便橋，才能保證后續施工的順利進行。既然需要便橋，就把便橋設置在本橋橋址處，這樣就可以使圍堰和施工便橋結構結合。

（2）由于本橋四座水中墩都是樁基礎，縱觀整個工程，橋梁全部為樁基礎，由于地質均為強風化、弱風化巖層，循環鉆機不適用，選定的鉆機為旋挖鉆機和少量沖擊鉆機，這就決定了從經濟的角度確定4座水中橋墩也采用旋挖鉆機。

（3）如何在環保要求較高的地段進行河水中的鉆孔樁施工？經比選決定采用長鋼護筒法。采用長度超過水深的鋼護筒，直達河床，定位后即可在筒內施鉆。

3.加固措施

確定了以上兩種方案后，再考慮圍堰方案，可采用以下加固措施：

（1）充分利用棧橋連接平臺來固定圍堰，從而分散水壓力。

（2）可以利用鋼護筒加強水深處圍堰的抵抗力。

（3）在不影響工序操作的情況下合理加強圍檁和橫撐鋼結構。

三、施工技術要點

1.先施工棧橋和作業平臺

棧橋的基礎采用的是鋼管樁，直接打到硬巖層。鋼管采用φ529×10mm鋼管，鋼管穿過覆蓋層達到硬巖層面，加以縱橫型鋼分配梁和貝雷梁片，保證6m的橋寬，從而形成自重較大的穩固結構，滿足下沉變形和抗沖刷的需求，能安全承載自重120t的旋挖鉆機。

以同樣的結構橫向朝線路側擴展到四座水中墩位，形成作業平臺。作業平臺的寬度要滿足承臺的尺寸加旋挖鉆機和吊車、混凝土罐車的作業停放要求。

2.長鋼護筒法施工樁基礎

根據預先測定的河床底距作業平臺的高差，確定使用的護筒長度。在墩位處將作業平臺按樁位準確開孔，放入長鋼護筒，用打拔機夾持護筒頂部，調整保證垂直度，放入水中，底部直達河床。鋼護筒憑自重即可壓入淤泥砂。待鋼護筒豎向自穩后，檢查中心偏位，然后時加力打入風化巖層。采用的打拔機為V-300C振動錘，具有夾持功能，并方便調整垂直度。

一般位置的鋼護筒打入深度不宜過深，一般打入1～2m，達到穩定即可。過深則難以拔出，過淺則容易出現后續偏位。上沿和鋼作業平臺焊死。

鋼護筒固定后，旋挖鉆機或沖擊鉆機就位，進行鉆孔作業。鉆孔灌注后，不保留的樁位，應及時拔出鋼護筒。

3.加強用鋼護筒的打入

由于本方案利用綜合鋼結構系統穩定圍堰，計劃將每座承臺的四角樁所用鋼護筒用于固定受力，因此每座承臺的四角樁應持續打入，打入深度在3～5m，至無法繼續打入為止，并在灌樁后保留不拔。

若出現鋼護筒長度不足，則需要在作業平臺上接長鋼護筒。

4.打入鋼板樁，加強橫撐和圍檁

（1）鋼板樁打入

鋼板樁采用國產Ⅳ型拉森鋼板樁，便于采購或租賃，止水性好。一般打樁前先定位導軌，本方案有作業平臺可用。在鉆孔樁施工完成后，拆除承臺范圍的作業平臺鋼板，露出承臺作業面，即依據作業面四周焊接固定設計的第一道圍檁，然后在圍檁與其余作業平臺之間打入鋼板樁。采用打樁機械手打入鋼板樁。插打方法為從上游開始，至下游合龍。打最后一面時，先插合攏后再加力打入。單根樁先利用自重下沉，遇到阻力后再用震動錘加壓至樁能穩定，然后打入相鄰樁。必須嚴格控制好第一根鋼板樁的垂直度，測量班現場監控，從兩個相互垂直方向同時控制。鋼板樁打入前，在鎖口內填嵌黃油混合料，用于止水。插樁過程中，應做到“插樁正直、分散偏差、有偏即糾、調整合攏”的要點。

（2）抽水和安裝圍檁

抽水和安裝支撐同步進行。鋼板樁合龍后，即開始安排潛水泵進行圍堰內降水。按照第一道圍檁標高進行抽水降低鋼板樁圍堰內的水位。之后水位下降到露出各道圍檁標高下0.5m時，即停止抽水，目的是盡量減少圍堰內外的水位高差。搭設臨時平臺進行焊接，安裝圍檁和支撐。一般圍檁采用雙拼工40工字鋼，支撐采用D529＊10鋼管。工字鋼對應支撐的位置，內外翼緣均需要加焊襟板。橫撐鋼管的端頭和接頭，均需制作法蘭盤。工字鋼雙拼、斜撐接頭、翼緣板加強肋的焊接遵循《鋼結構焊接規范》嚴格要求焊接質量。

支撐可受力后再繼續降水，每道圍檁均保證水位低于本層圍檁0.5m時停止降水，進行圍檁安裝。以確保水位在下降的過程中，由圍檁接替抵消圍堰外的水壓力。

最終的降水高度要根據計算結果，看是否允許河底抽干。由于河床地質為硬巖，不存在底部隆起風險。降水到最低位后，立即安裝底部圍檁。

5.加固圍堰

降水到最低位后，制作水平兩個垂直方向的雙拼工字鋼，在最低位將圍檁與角部鋼護筒焊連。連接點上部的護筒予以割除，示意圖如圖1所示。

圖1 加固圍堰示意圖

6.開挖和封底

根據鋼板樁的力平衡計算，確定圍堰內可能達到的最低水位。其中岸邊的兩個墩位實現了干作業開挖。河中兩處墩位采用了水下作業，用長臂挖掘機掏渣。開挖過程中都需要用水泵控制水位和及時處理漏水。挖至封底底標高，基坑進行混凝土封底。本方案承臺厚度為3m，計算得到的封底混凝土厚度為1m。因此開挖深度要超過承臺底。

7.圍堰的分步拆除

（1）封底混凝土達到一定強度后后即可割除角部的護筒和連接支撐后，再處理樁頭進行承臺施工。

（2）承臺混凝土完成，拆模后，即拆除承臺頂面標高以下的圍檁和支撐，向圍堰內充水至承臺頂標高。

（3）進行移動橫撐的工作，將占據墩位的橫撐拆除，在橋墩兩側設置橫撐以避開橋墩。

（4）橋墩拆模后，即可向圍堰內充水至剩余圍檁與橫撐底標高，然后拆除剩余圍檁與橫撐。拆除使用氣割即可。最后使用打拔機依次拔除鋼板樁。

（5）圍堰的拆除過程就是伴隨施工的進展，依次提高水位，平衡內外水壓力的過程，遵循先注水、后撤支撐的原則進行。

四、結語

本四座水中橋墩順利竣工，說明這種利用鋼板樁埋深之上的鋼結構相互自穩的做法是有效的。本方案綜合利用了鋼護筒埋設和水中作業平臺的剛度和水壓力，在流速緩慢的水深中可以實現鋼板樁圍堰的穩定。實際觀測數據也顯示本四座圍堰的鋼板樁無較大的位移和變形。