鋼棧橋延伸法及復合擋土墻結構在擴建船閘圍堰施工的應用

謝志杰，羅錦雄，黃茂興

(廣東省源天工程有限公司，廣東 廣州 511340)

1 工程概況

某水利樞紐二線船閘工程布置在已建一線船閘右側，兩條船閘的中心軸線平行，中心距為90 m，設計最大船舶等級為1 000 t級。二線船閘基坑采用(單排、雙排)地連墻+上部擋水建筑物的形式，即作為船閘施工期間的擋水圍堰結構，也是船閘基坑的支護結構[1]，其中，上游縱向、橫向全年圍堰頂標高為▽17.52m；下游縱向、橫向全年圍堰頂標高為▽13.91 m。

上游縱向圍堰(雙排地連墻+上部擋水結構)軸線大部分位于一線船閘上游航道右側水域，需先在水上修筑好施工平臺后方可進行施工。按原設計方案，采用拋填鋼筋石籠護坡后內側再拋填袋裝土、回填土，從而形成地連墻施工平臺。但該施工方案無法保證施工期間一線船閘不封航、不斷航原則。

為此，針對上游縱向圍堰在一線船閘上游航道右側狹長水域處的施工，在需要保證通航的條件下，提出了采用復合擋土墻作為平臺臨水側支擋結構，以及延伸法搭設鋼棧橋平臺用以施工復合擋土墻結構中的大直徑鋼管樁措施[2]。

2 應對措施探討

2.1 復合擋土墻結構

針對使用期間復合擋土墻的安全驗證，設計單位對被動土壓力(設計高水位)、使用期主動土壓力(設計高水位)、使用期地震被動土壓力(設計高水位)、使用期地震主動土壓力(設計高水位)、地面荷載5種荷載按不同的工況組合(8項)進行分析驗算[9]，得出使用期內復合擋土墻傾覆力矩最大值所對應的的工況組合能滿足結構穩定要求。

上游縱向圍堰施工平臺選用了復合擋土墻的結構類型：由鋼管樁、鋼板樁及預制鋼筋石籠3部分組成[8]。其中，鋼管樁規格為直徑1 000@2 000，δ=20，主平臺段樁長為28 m，副平臺段樁長為33 m。鋼板樁規格為拉森Ⅲ鋼板樁(鋼板樁型號為400×125)，單根鋼板樁長度為9 m。鋼筋石籠需預制，單個石籠規格為1 500 mm×1 000 mm×1 000 mm(長×寬×高)，籠體框架主筋采用φ16，裝填塊石的粒徑應大于200 mm(如圖1所示)。

圖1 復合擋土墻結構及圍堰施工平臺剖面示意(單位：高程m，尺寸mm)

2.2 鋼棧橋平臺結構

鋼棧橋平臺荷載考慮以下5種主要荷載：結構自重；人機荷載；施工堆載荷載；打樁機荷載；履帶吊荷載。根據實際情況，將鋼棧橋平臺分3個部分(即引橋段、主平臺段、副平臺段)，并預設了結構形式，按應力計算、位移計算及支點反力計算3個模塊、14種工況組合分別進行計算，按整體建模作為計算模型，利用 MIDAS CIVIL 2015 計算程序進行驗算。

表1、表2為復合擋土墻結構荷載作用結果和傾覆力矩最大值對應的組合工況分析。表3、表4為延伸鋼棧橋平臺設計參數及結構形式[4-7]。

表1 各荷載作用結果

表2 傾覆力矩最大值對應的組合工況

表3 延伸鋼棧橋平臺設計參數

表4 延伸鋼棧橋結構形式(由下至上)

通過各種工況受力計算，鋼棧橋預設方案中各構件受力均未超材料設計強度值，結構變形位移較小，設計方案可行。

3 工程應用

3.1 延伸法施工鋼棧橋平臺

延伸鋼棧橋平臺施工采用“釣魚法”[3]，即采用KATO HD 2045大型挖掘機配合VH 350型振動錘，激振施打鋼棧橋基礎鋼管樁。先起吊鋼管樁至設計樁位，經測量定位緩慢下放管樁，并在自重情況下入土穩定，觀測其垂直度；滿足要求后開始低檔錘擊下沉，采用吊打以防偏位，待鋼管樁入土一定深度后高檔錘擊下沉，至鋼管樁露出水面長度為1.5～2.0 m時，接高鋼管樁，繼續下沉至設計標高。

鋼棧橋鋼管樁基礎作業方式采用單工作面逐跨推進，每一跨便橋鋼管樁施打沉放完成后即依次由下而上進行下斜撐、樁頂接頭、下橫梁、貝雷梁、橫向分配梁以及[18a槽鋼面板安裝施工，面板鋪好并檢查完畢以后，履帶吊以剛完成施工的這一跨鋼棧橋為施工平臺，前行進行下一跨鋼便橋施工。以此類推，鋼棧橋從岸邊向水域逐跨逐跨地往外延伸，從引橋段到主平臺段，再到副平臺段(以及上游段)，直至所有跨段完成施工，最終形成整個鋼棧橋平臺。

在鋼棧橋平臺搭設過程中，在需要施工φ1 000 mm鋼管樁的位置，平臺上預留相應樁位的樁孔，以便樁機在此處施工φ1 000 mm鋼管樁。

3.2 地連墻施工平臺

地連墻施工平臺的形成是施工上游縱向圍堰(地下連續墻+上部擋水胸墻或門架)的先決條件；而延伸鋼棧橋的形成又是地連墻施工平臺的先決條件，三者的關系環環相扣，缺一不可，其邏輯關系為：鋼棧橋平臺施工→大直徑鋼管樁施工→拆除鋼棧橋平臺→復合擋土墻施工→地連墻施工平臺填筑→地連墻+上部擋水結構施工。

在此階段，大直徑鋼管樁、鋼板樁的施打及鋼筋石籠的吊裝等工序均可利用已完成的鋼棧橋作為(陸上)施工平臺，其施工方法與一般陸上施工無異。

此方案及工藝形成的圍堰施工平臺施工效率高、成本較合理、施工質量符合要求，順利完成了上游縱向圍堰處共40多幅地連墻施工。

4 結語

為保證鄰近航道施工期正常運營，采用復合擋土墻結構作為地連墻施工平臺支擋結構，以及采用延伸法施工鋼棧橋平臺從而實現樁機在水域上的正常施工，產生了較好的經濟效益和社會效益，為今后同類工程施工提供借鑒。