橋梁墩臺(tái)組合式鋼板樁圍堰施工新工藝研究

高承元

(徐州市公路工程總公司，江蘇 徐州 221000)

1 施工技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

1.1 鋼板樁圍堰施工速度快

在實(shí)際施工過(guò)程中，相關(guān)施工人員可以結(jié)合實(shí)際情況應(yīng)用相應(yīng)的技術(shù)方案，例如在打樁時(shí)應(yīng)用振動(dòng)打樁法，通過(guò)這樣的方式就可以快速將鋼板樁打入，一般情況下3～5 min就能夠打入一根鋼板樁，樁頂標(biāo)高為51.7 m、墩臺(tái)標(biāo)高為41.42 m的鋼板樁圍堰施工一般5 d即可完成，拔鋼板樁通常需要六天。在應(yīng)用鋼板樁圍堰技術(shù)后，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)存在浮沉或是浮箱需要至少15～20 d才能完成的鋼套箱圍堰，利用了鋼板樁圍堰施工技術(shù)能夠進(jìn)一步提升施工效率，以達(dá)到節(jié)省施工時(shí)間與成本的目的[1]。

1.2 安全性較高

通過(guò)對(duì)鋼板樁進(jìn)行總結(jié)分析可以得出，其安全性相較于其他施工技術(shù)有所提升，因?yàn)檫@一技術(shù)在我國(guó)廣泛應(yīng)用前，就已經(jīng)成為了國(guó)外應(yīng)用多年的成熟產(chǎn)品，并且鋼板樁的截面強(qiáng)度和剛度較高，其整體強(qiáng)度還可以利用內(nèi)支撐來(lái)加強(qiáng)。傳統(tǒng)的鋼套箱圍堰在應(yīng)用前需要進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，其中包含大量繁瑣的施工流程，并且計(jì)算方式相對(duì)復(fù)雜，一旦施工出現(xiàn)了變化就需要重新設(shè)計(jì)。然而鋼板樁圍堰省去了這些繁瑣的環(huán)節(jié)，同時(shí)設(shè)計(jì)要求也能夠滿足施工需求，進(jìn)而有效提高技術(shù)應(yīng)用的安全性與可靠性。

2 鋼板樁圍堰施工技術(shù)

為了將鋼板樁施工技術(shù)的應(yīng)用合理性展現(xiàn)出來(lái)，本文對(duì)江蘇省邳州市張樓特大橋工程鋼板樁圍堰施工技術(shù)應(yīng)用流程進(jìn)行總結(jié)分析。

2.1 鋼板樁插打

在這一施工環(huán)節(jié)中，施工人員應(yīng)用鋼護(hù)筒焊接支撐牛腿，在進(jìn)行第一道安裝時(shí)應(yīng)用圍檁當(dāng)作鋼板樁插打?qū)蜻M(jìn)行施工，施工設(shè)備應(yīng)用80 t履帶吊以及DZ90振動(dòng)錘。在插打鋼板樁前需要進(jìn)行合理的準(zhǔn)備工作，相關(guān)施工人員在準(zhǔn)備時(shí)會(huì)利用紅油漆在導(dǎo)向架上對(duì)樁間距進(jìn)行劃分，其目的是更好地對(duì)鋼板樁插打尺寸進(jìn)行復(fù)核。隨后施工人員需要將鋼板樁的定位與插打順序進(jìn)行明確，在實(shí)際施工過(guò)程中，施工人員將對(duì)鋼板樁圍堰第一道支撐當(dāng)作鋼板樁的定位系統(tǒng)，這樣在后續(xù)進(jìn)行鋼板樁插打時(shí)就能夠保證其垂直度。隨后施工人員還會(huì)應(yīng)用履帶吊將振動(dòng)錘吊起以?shī)A緊鋼板樁，再利用其自重沿鎖扣進(jìn)行下插，同時(shí)還需要對(duì)鋼板樁的垂直度與平面位置進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)鋼板樁狀態(tài)滿足實(shí)際施工需求后，就可以利用振動(dòng)錘開(kāi)展插打工作，鋼板樁插打工作結(jié)束后就可以利用焊接的方式將其固定形成整體，以免在后續(xù)工作中出現(xiàn)鋼板樁傾斜或下沉的問(wèn)題。為了進(jìn)一步提高施工效率，在剩余插打片數(shù)為10片左右時(shí)，就可以應(yīng)用先插后打的施工方式來(lái)提高施工效率與質(zhì)量[2]。

2.2 圍堰內(nèi)吸泥

在圍堰合龍后就需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)水下圍堰合龍情況進(jìn)行檢查，在檢查工作完成且檢查結(jié)果無(wú)誤后，就可以結(jié)合實(shí)際情況對(duì)吸泥高度進(jìn)行計(jì)算，吸泥工作一般會(huì)應(yīng)用履帶吊將旋轉(zhuǎn)式吸泥泵吊起的方式進(jìn)行作業(yè)。在工作開(kāi)始前會(huì)在吸泥管上進(jìn)行標(biāo)記，當(dāng)達(dá)到標(biāo)記位置后就需要停止吸泥，以免出現(xiàn)超吸的情況，若是遇到吸泥泵無(wú)法觸及的位置，就需要潛水工通過(guò)水下小型高壓水泵開(kāi)展工作。

2.3 封底混凝土施工

進(jìn)行這一工作前需要對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行總結(jié)分析，隨后對(duì)封底進(jìn)行計(jì)算與復(fù)核，通過(guò)這樣的方式來(lái)確定封底混凝土厚度，當(dāng)厚度確定后就需要搭設(shè)相應(yīng)的澆筑平臺(tái)，在澆筑前需要對(duì)基底平整度進(jìn)行最終復(fù)測(cè)，當(dāng)復(fù)測(cè)結(jié)果滿足施工要求后，就可以安裝相應(yīng)的導(dǎo)管與集料斗并布置澆筑點(diǎn)。在實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程中，若要進(jìn)一步提高施工效率與安全性，還可以在封底混凝土中添加速凝劑與鋼纖維，以保證有效提高封底混凝土強(qiáng)度。

2.4 抽水、第二道圍檁及支撐施工

前期施工結(jié)束后就需要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)檢查封底混凝土強(qiáng)度，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)到基本要求后，就可以開(kāi)展抽水工作，當(dāng)抽水達(dá)到第二道圍檁下50 cm左右即可停止。在抽水工作停止后就需要進(jìn)行第二道圍檁以及內(nèi)支撐施工，隨后還需要進(jìn)行抽水，抽水需要抽到封底部位，同時(shí)利用圍堰來(lái)外封堵水。最后就是對(duì)基底進(jìn)行處理，并進(jìn)行墩臺(tái)與墩柱施工[3]。

3 鋼板樁施工中的問(wèn)題及處理方案

3.1 打樁受阻

這一問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因就是因?yàn)樵诠こ探ㄔO(shè)過(guò)程中遇到砂層或砂礫層，并且將樁停在砂層中，導(dǎo)致鋼板樁連接鎖扣銹蝕或變形，進(jìn)而引發(fā)打樁受阻。為解決這一問(wèn)題，需做以下工作：首先，對(duì)施工環(huán)境進(jìn)行勘查，以制定相應(yīng)的打樁深度；其次，在打樁前對(duì)鋼板樁進(jìn)行檢查，若是發(fā)現(xiàn)連接鎖扣處存在嚴(yán)重的銹蝕情況就不能應(yīng)用在工程建設(shè)中；最后，應(yīng)用合理的方式進(jìn)行輔助沉樁，以提高鋼板樁的穩(wěn)定性。

3.2 偏 斜

因?yàn)樗碌刭|(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，所以在打樁過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)被大石塊或是雜物擠壓的問(wèn)題，這就會(huì)產(chǎn)生偏斜問(wèn)題，所以為了進(jìn)一步提高工程建設(shè)合理性，就需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。若是發(fā)現(xiàn)樁體出現(xiàn)偏斜，就需要將其向上提高1～2 m再向下錘進(jìn)，如果還是存在偏斜，就需要重復(fù)進(jìn)行提升和下錘，以通過(guò)這樣的方式將石塊震碎，進(jìn)而矯正鋼板樁。

3.3 鋼板樁無(wú)法有效合龍

在工程建設(shè)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)鋼板樁無(wú)法有效合龍。所以在實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程中就需要采用合理的方式來(lái)提高工程建設(shè)合理性與有效性，并解決這一問(wèn)題。在實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程中，為了保證鋼板樁能夠有效合龍，就需要在鋼板樁插打過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)其垂直度與尺寸的檢查力度，并在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后及時(shí)調(diào)整，進(jìn)而有效提高鋼板樁合龍效率與質(zhì)量[4]。

4 組合式圍堰方案

為了將組合式圍堰施工技術(shù)應(yīng)用合理性及其施工細(xì)節(jié)充分展現(xiàn)出來(lái)，以邳州張樓特大橋工程組合式圍堰施工進(jìn)行介紹分析。這一工程的五號(hào)和六號(hào)墩位涉水墩臺(tái)樁基施工處在河中位置，所以在施工過(guò)程中相關(guān)施工人員就需要打入長(zhǎng)鋼護(hù)筒，通過(guò)總結(jié)可以得出，長(zhǎng)鋼護(hù)筒的水下部分不能在澆筑封底前重復(fù)利用。所以就需要將鋼板樁圍堰和長(zhǎng)鋼護(hù)筒利用工字焊接的方式連接成為整體，同時(shí)還需要澆筑樁基混凝土長(zhǎng)鋼護(hù)筒來(lái)提高鋼板樁圍堰穩(wěn)定性，這樣可以在一定程度上彌補(bǔ)嵌固深度不足的問(wèn)題，進(jìn)而形成全新的鋼板樁鋼護(hù)筒組合圍堰形式，其作用優(yōu)勢(shì)就在于施工成本與工期能夠得到合理控制，同時(shí)施工難度也有效降低。在實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程中，施工單位為了進(jìn)一步提高長(zhǎng)鋼護(hù)筒的剛度，并在一定程度上來(lái)提升組合鋼板樁圍堰穩(wěn)定性與傾覆能力，就需要結(jié)合實(shí)際情況在混凝土灌注時(shí)對(duì)五號(hào)和六號(hào)墩臺(tái)的四個(gè)角樁樁頭混凝土進(jìn)行設(shè)計(jì)，以保證混凝土頂部能夠超出樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高2 m[5]。

邳州張樓特大橋的五號(hào)和六號(hào)鋼圍堰應(yīng)用拉森鋼板樁，圍堰設(shè)計(jì)順橋向9.7 m、橫橋向13.15 m，在墩臺(tái)底部還設(shè)有2 m高的封底混凝土。圍堰從上方直到下方設(shè)有兩道鋼支撐圍檁，腰梁則利用雙拼I40b型號(hào)的鋼材，斜支撐以及對(duì)向支撐利用D529×10鋼管。為了進(jìn)一步提高圍堰的抗傾覆能力并提高圍堰穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)過(guò)程中好將五號(hào)墩的四角樁基護(hù)筒插入了承臺(tái)底部4 m深，在四個(gè)樁基澆筑過(guò)程中，樁基樁頭混凝土的頂部一定要超出設(shè)計(jì)標(biāo)高2 m[6]。

在施工設(shè)計(jì)與總結(jié)中確定，鋼圍堰需要利用12 m長(zhǎng)的拉森鋼板樁圍堰進(jìn)行施工，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還在其內(nèi)部配備了兩層內(nèi)支撐，與此同時(shí)，拉森鋼板樁圍堰的第一、二道圍檁和預(yù)留出的四個(gè)鋼護(hù)筒還需要利用雙拼I40b型鋼焊接進(jìn)行連接，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中了解到，鋼護(hù)筒不能與斜支撐進(jìn)行連接。在施工過(guò)程中需要將四個(gè)角處的樁基鋼護(hù)筒插入墩臺(tái)底部4 m的位置，在施工完成后不將其拔出，而是繼續(xù)將其與內(nèi)支撐利用工字的焊接方式進(jìn)行連接，以保證其能夠形成一體，以進(jìn)一步提高圍堰施工穩(wěn)定性。六號(hào)鋼圍堰利用15 m長(zhǎng)的拉森鋼板樁圍堰進(jìn)行施工，為其內(nèi)部設(shè)計(jì)了三層內(nèi)支撐，同時(shí)也將其四個(gè)角的樁基插入墩臺(tái)底部4 m位置。

5 組合式圍堰受力分析

5.1 圍堰穩(wěn)定性分析

鋼圍堰的拉森鋼板樁嵌入深度僅為2 m左右，那么在施工過(guò)程中首先就需要結(jié)合水流與土壓力的作用對(duì)其整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析。本文以五號(hào)圍堰整體穩(wěn)定性為例進(jìn)行分析。首先對(duì)其未加鋼管護(hù)筒護(hù)樁的情況進(jìn)行分析，需要結(jié)合其實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算，需要對(duì)流水壓力、流水壓力對(duì)圍堰傾覆力矩、土壓力力矩進(jìn)行總結(jié)，并計(jì)算出相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)，通過(guò)最終計(jì)算了解到未加鋼管護(hù)筒護(hù)樁無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用與施工需求[7]。隨后對(duì)加鋼管互通護(hù)樁進(jìn)行分析，通過(guò)未加鋼管互通護(hù)樁的計(jì)算，只需要對(duì)其部分信息進(jìn)行調(diào)整即可計(jì)算出最終穩(wěn)定安全系數(shù)，結(jié)果表示增加了鋼護(hù)筒護(hù)樁后，圍堰的抗傾覆能力得到了有效提升。

5.2 圍堰降水方案及抗浮檢算

施工單位若要進(jìn)一步提高施工圍堰穩(wěn)定性，并保證其坑底不會(huì)出現(xiàn)上涌破壞的問(wèn)題，使其坑內(nèi)降水能夠使用分次降水。在封底混凝土施工結(jié)束后，就需要結(jié)合實(shí)際情況在坑內(nèi)墩臺(tái)四角處分別設(shè)計(jì)降水井，以通過(guò)這樣的方式來(lái)保證可以將降水井水位控制在低于封底混凝土地面高程的狀態(tài)。首先，外拉森鋼板樁施工結(jié)束后，相關(guān)工作人員就需要應(yīng)用水泵使圍堰內(nèi)水位能夠保持在第一道圍檁下50 cm處，隨后開(kāi)展第一道圍檁的支撐工作。在第一道圍檁施工結(jié)束后，還需要利用水泵繼續(xù)降低水位，使其能夠保持在第二道圍檁下50 cm處，同時(shí)進(jìn)行第二道圍檁內(nèi)支撐施工。當(dāng)兩道圍檁施工全部結(jié)束后，為了降低底部出現(xiàn)上涌破壞問(wèn)題的概率，還需要開(kāi)展坑底水下開(kāi)挖與封底混凝土施工工作，當(dāng)封底混凝土達(dá)到施工要求后，再進(jìn)行圍堰內(nèi)降水，以通過(guò)這樣的方式來(lái)避免坑底上涌破壞問(wèn)題出現(xiàn)的概率。

5.3 圍堰受力分析

施工單位需要利用現(xiàn)代化的方式進(jìn)行施工分析，例如應(yīng)用MIDAS軟件建立相應(yīng)的模型，并將相應(yīng)的施工單元融入到模型中進(jìn)行計(jì)算，以通過(guò)這樣的方式得出準(zhǔn)確的水壓力、主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力、水流壓力等數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)分析過(guò)程中還需要結(jié)合鋼板樁與內(nèi)支撐在外荷載作用下的影響制作出應(yīng)力云圖，以了解圍堰鋼板樁的最大應(yīng)力和內(nèi)支撐體系最大應(yīng)力，通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)總結(jié)分析可以了解到圍堰鋼板樁最大應(yīng)力為69.85 MPa，內(nèi)支撐體系的最大應(yīng)力為119.2 MPa，均處在相對(duì)安全的狀態(tài)。不僅如此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要制作出圍堰整體結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的變形云圖，通過(guò)變形云圖的總結(jié)可以得知，施工期間圍堰整體最大變形為5.11 mm。同時(shí)在云圖中還了解到，其最大組合盈利為0.584 MPa，數(shù)據(jù)結(jié)果小于抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)最高值，所以滿足施工基本需求。

6 工程建設(shè)技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

工程建設(shè)的技術(shù)應(yīng)用可以為工程建設(shè)效率與質(zhì)量帶來(lái)顯著的作用，所以需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)工程建設(shè)技術(shù)應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行深入總結(jié)分析。通過(guò)對(duì)工程建設(shè)工作的總結(jié)可以得出，在深水淺覆蓋層水域進(jìn)行施工，應(yīng)用常規(guī)圍堰結(jié)構(gòu)無(wú)法很好地提高工程建設(shè)質(zhì)量與效率，同時(shí)工程建設(shè)過(guò)程中圍堰的穩(wěn)定性也會(huì)受到影響，所以就需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化，在實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程中應(yīng)用組合式的施工技術(shù)，既可以提高工程建設(shè)效率，還能夠保證其施工成本支出得到控制。在組合技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，還可以進(jìn)一步提高圍堰結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以保證其能夠滿足工程建設(shè)需求，并降低對(duì)現(xiàn)有基樁的影響。與此同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還可以進(jìn)一步提高施工安全系數(shù)，因?yàn)樵诠こ探ㄔO(shè)過(guò)程中應(yīng)用組合施工技術(shù)，可以使圍堰的抗傾覆能力安全系數(shù)從0.1提升至9.47。在實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程中，施工單位將現(xiàn)代化技術(shù)合理地應(yīng)用，以通過(guò)這樣的方式去計(jì)算相應(yīng)施工環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，并對(duì)其結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行調(diào)整。這樣在后期繼續(xù)進(jìn)行此類工程建設(shè)時(shí)，就能夠根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)制定出相應(yīng)施工思路，進(jìn)而為后續(xù)工作的合理開(kāi)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，橋梁工程建設(shè)技術(shù)優(yōu)化提升能夠?qū)こ探ㄔO(shè)帶來(lái)很大的幫助，橋梁墩臺(tái)組合式鋼板樁圍堰施工技術(shù)的應(yīng)用能保證工程建設(shè)的效率與質(zhì)量。在實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程中，相關(guān)施工單位需要結(jié)合實(shí)際情況制定相應(yīng)施工計(jì)劃，同時(shí)還需要結(jié)合實(shí)際情況對(duì)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化，以通過(guò)這樣的方式來(lái)進(jìn)一步提高工程建設(shè)合理性與有效性。

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