深水裸巖地質條件下鋼板樁施工技術研究

楊寶生

(廣西南玉鐵路有限公司，廣西 南寧 530025)

0 引言

目前我國正處于高速鐵路快速發展的階段，各類復雜地質條件下的橋梁基礎施工越來越多，施工難度相對較大，對后續工序起著制約作用。鋼板樁圍堰作為水域基礎施工中的一種常規方法，適用于各類土層，具有工藝簡單、防水性能好、可周轉性強、成本低等特點，被廣泛地用于水域基礎施工中[1-3]。但在深水裸巖地質條件下使用鋼板樁圍堰，由于插打困難、錨固長度不足、整體穩定性差、封底控制難等，給施工帶來了各種不確定性因素，直接關系著工程建設周期的推進。本文以新建南玉鐵路六景郁江特大橋基礎施工為案例，參照同類型鋼板樁圍堰施工經驗[4-7]，對裸巖地質情況下深水鋼板樁圍堰的設計和施工技術進行專項研究，有效地解決了裸巖地質條件下鋼板樁圍堰插打難、封底效果差等難題，確保工程質量與安全，為以后類似橋梁的施工建設提供了寶貴的經驗。

1 工程概況

新建南玉鐵路六景郁江特大橋243#～246#墩，采用(65+120+65)m連續梁跨越甘棠河，線路與河道夾角為50°。為最大限度地保證橋梁基礎不侵占河道，不影響河道通航及過水要求，連續梁244#、245#主墩下構設計為順河道方向，墩梁之間存在50°夾角，施工控制水位+62 m。兩個主墩均位于水中，墩處水深為10 m，河床無覆蓋層，為裸巖地質。承臺設計為低樁承臺，承臺位于河床面以下，承臺尺寸為17.3 m×12.5 m，高3.6 m，承臺底標高為+55.08 m。

2 圍堰方案設計

2.1 鋼板樁圍堰結構布置

承臺基礎采取先搭設鋼棧橋平臺進行樁基施工，后采用拉森Ⅳ鋼板樁圍堰施工承臺的方案[8-9]。搭設平臺之前在河床進行水下爆破作業，需保證承臺范圍內爆破后標高≤+54.28 m，確保滿足最小封底厚度80 cm?？紤]到定位施工誤差，圍堰平面尺寸采用21.14 m×17.14 m，詳見圖1。圍堰鋼板樁長度為12 m，圍堰頂標高為+64.08 m、底標高為+52.08 m。為了保證鋼板樁的錨固長度，采用旋挖鉆引孔后插打鋼板樁合龍，在引孔內灌注混凝土，確保圍堰錨固的整體穩定性及不透水性。圍堰設置兩道內支撐體系，第一層和第二層圈梁分別為雙拼40a工字鋼和雙拼56a工字鋼，內支撐為φ630 mm×8 mm鋼管，詳見圖2。

圖1 鋼板樁圍堰平面尺寸圖(cm)

圖2 鋼板樁圍堰平面結構圖(cm)

2.2 鋼板樁圍堰結構設計

圍堰抽水完成，此時第二層圈梁及內支撐均已安裝，最大水頭為7.72 m，此工況受力最不利[6-7]，鋼板樁最大彎矩為101.9 kN·m，詳見圖3。單米鋼管樁圍堰抗彎模量為2.27×106mm3，最大彎曲應力為45 MPa，小于允許彎曲應力215 MPa，滿足要求[10-11]。

圖3 鋼板樁彎矩云圖(kN·m)

封底后抽水至第二層內支撐安裝前，此工況受力最大，最大彎矩為106 kN·m，詳見圖4。單米鋼管樁圍堰抗彎模量為2.17×105mm3，最大彎曲應力為49 MPa，小于允許彎曲應力215 MPa，滿足要求。

圖4 圈梁彎矩云圖(kN·m)

內支撐最大軸力為758.7 kN，詳見圖5，推算最大應力為48.5 MPa，滿足要求。

圖5 內支撐軸力云圖(kN)

3 鋼板樁圍堰施工工藝

3.1 鋼板樁引孔

樁基施工完成后拆除鉆孔平臺，保留三側的支棧橋，作為鋼板樁圍堰的引孔操作平臺。對鋼板樁圍堰的軸線位置進行放樣，采用旋挖鉆配φ80 cm鉆頭沿圍堰四周重疊鉆孔，相鄰孔位咬接20 cm，成槽深度為1.7 m。

3.2 鋼板樁插打

在鋼板樁插打前，先安裝第一層內圈梁，后利用履帶式打板機插打，選定遠離岸邊側的一個鄰近角樁的位置作為起步控制樁，采用限位卡板嚴格控制垂直度，每根樁插打后及時與安裝的第一道內圈梁進行鎖定固定，確保平面位置，每完成2 m測量校正1次，在過程中實現精準控制。鋼板樁選擇在距離角樁4～5根的位置進行合龍，便于合龍偏差的調整。

3.3 圍堰清基

在鋼板樁圍堰插打合龍后，對基底的淤泥及爆破碎塊重新進行清理。清基采用抓斗和空氣吸泥機配合使用，抓斗用于清理基坑中的較大石塊，吸泥機清理基坑中及孔槽內的淤泥等雜物。同時，采用高壓風管沖洗鋼板樁的內壁、鋼護筒的外側壁，并安排潛水員進行水下專項檢查摸排，確保清基質量[12]。

3.4 圍堰封底

圍堰采用水下封底法，在圍堰4個角點布置4套導管進行主灌，兩套導管布置在中間位置進行補充灌注。先采用4套導管在圍堰四周外側進行錨固槽的灌注，灌注高度為1.7 m，先保證圍堰內、外部隔離且不貫通，確保圍堰內的封底質量。待圍堰外側四周錨固槽封底到位后，將4套導管移至圍堰內側的錨固槽中，進行內側封閉灌注，灌注高度為1.7 m。

待內外錨固槽均灌注完成后，進行圍堰內側封底，水下灌注80 cm厚度的混凝土。正常灌注時，每隔15 min進行一次混凝土面測量，要嚴格控制導管埋深?；炷磷罱K灌注要求比設計封底混凝土標高低5 cm，在封底混凝土強度達到設計強度后進行抽水，完成后再灌注找平。

3.5 抽水及內支撐安裝

封底完成后，按設計要求焊接好內支撐，內支撐由斜撐和直撐組成，采用φ630 mm×8 mm的鋼管。為確保內支撐與圈梁整體受力，對內支撐與圈梁連接處設置限位加勁板，起到增加受力的作用。對圈梁與鋼板樁間存在間隙的，為避免局部應力集中，在圈梁與鋼板樁縫隙處塞木楔和支墊鋼板，確保均勻受力。

封底混凝土達到設計強度后利用水泵進行抽水作業。在抽水過程中由于水位不斷降低，鋼板樁圍堰的受力狀態將持續向最不利的情況變化，因此在抽水過程中應及時對鋼板樁圍堰進行監測，如鋼圍堰出現局部漏水，應邊抽水邊堵漏，直至圍堰內水位降至第二道內支撐位置。然后安裝第二道圈梁及內支撐。

4 結語

六景郁江特大橋跨甘棠河連續梁主墩基礎位于裸巖地層，施工地質條件復雜，經過圍堰受力檢算及專家論證，選取的圍堰結構形式為拉森Ⅳ型鋼板樁圍堰，采用兩層內支撐體系，從理論分析確保了結構的安全。施工中經過研究探索，先采用旋挖鉆進行疊孔洗槽引孔，確保了鋼板樁的錨固長度。插打時采用邊插打邊固定的施工方案，確保了鋼板樁的垂直度及平面位置，插打過程中實現“2 m一復核”，提升了過程的精度控制。封底采用三工序法，即“先鋼板樁外側錨固槽外封閉，再鋼板樁內側錨固槽封底，最后整體封底”的施工工藝，從工藝上保證鋼板樁的錨固受力和內外隔離不漏水，從根本上確保了封底質量，解決了裸巖地層錨固和封底的技術難題，為后續類似復雜地質條件下圍堰施工提供了寶貴的經驗。