硬質巖層中深埋式承臺鋼板樁圍堰施工與監測技術

張青松

（四川公路工程咨詢監理有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

在江河深水區域進行橋梁施工，深水區基礎施工方式是項目整體施工中的重難點。采用深埋式承臺鋼板樁圍堰的設計方案，在施工過程中將有更多的便捷條件，例如施工各環節對起重設備的要求較低，取得的施工成果具有良好的防水性，降低施工整體造價。近年來在橋梁的水下基礎施工中，采用深埋式承臺鋼板樁圍堰設計施工方案的頻率非常高。根據實際工程項目需要，研究鋼板樁圍堰施工技術，優化鋼板樁圍堰的結構設計，并在方案實際實施過程中把握施工和監測關鍵技術，對工程質量的把控和建設效果具有重要的實踐意義。本文對硬質巖層中深埋式承臺鋼板樁圍堰施工與監測技術進行探討，希望可以為橋梁深水基礎施工質量的提升提供有價值的參考。

1 工程概況

道路設計等級為一級公路兼城市快速路，主線設計時速80km/h，輔道設計時速40km/h；城市段標準路基寬度64m，非城市標準路基寬度48m。其中跨河特大橋為該項目重要節點工程，主引橋全長963m，主橋為城市景觀橋梁，結構型式采用獨塔雙索面斜拉橋。主墩承臺呈啞鈴型，采用鋼筋混凝土結構，見圖1。

圖1 主墩承臺平面圖

單個承臺平面尺寸為23m×34.6m，高5.5m；兩承臺之間采用系梁相連，系梁寬度8～16m，長度45.4m，高5.5m；系梁中部設置1.5m寬后澆帶；承臺及系梁底設置封底混凝土，設計厚度1.5m，采用C30水下混凝土制作；承臺及系梁采用C35混凝土制作；承臺及系梁同步澆筑，分兩次澆筑成型，共計11103.4m3混凝土，單次最大澆筑方量6056.4m3。

2 深埋式承臺鋼板樁圍堰設計

2.1 施工方案設計

該項目主墩承臺為深埋式，置于河床以下7.5m，圍堰止水效果要求高，采用先圍堰后樁基的施工方案。該項目主墩基礎采用止水鋼板樁圍堰，鋼板樁圍堰總體由鋼板樁、內支撐系統、墊層混凝土及高壓旋噴樁止水加固四部分組成。鋼板樁圍堰平面布置圖見圖2。該方案的優點是：

圖2 鋼板樁圍堰平面布置圖

（1）減少承臺區域內鉆孔平臺的搭設，節省臨時結構材料的使用以及縮短施工工期；

（2）圍堰抽水后吊入旋挖鉆進至圍堰內鉆孔，能減少樁基施工鋼護筒的投入；

（3）圍堰內干環境作業相較于搭設鉆孔平臺，降低了施工風險；

（4）鉆孔過程中鉆渣不與河水接觸，施工更利于環境保護。

2.2 圍堰設計基本參數

（1）根據該項目地勘資料揭示，橋位主墩承臺處以中風化砂質泥巖或中風化粉砂巖作為樁基持力層（經實測，基巖飽和強度值達到38MPa），設計全部按照強風化硬質巖考慮。設計高水位：+394.0m，施工期常水位：+392.3m，該項目地所處沱江上下游各有一處水電站，除汛期外其余時間水位變化不大。

（2）鋼板樁圍堰呈矩形，采用18m長SP-IVw型-600×210鋼板樁，嵌入地層11m。鋼板樁圍堰共設置四層內支撐，其中圍檁均采用2HN700×300mm型鋼；對撐及斜撐采用裝配式Φ609mm×16mm鋼管；系梁區域第三、第四層對撐不拉通設置，支撐于保留土體上。承臺及系梁底設置150cm厚C30封底混凝土。

（3）施工棧橋及鉆孔平臺：全橋共設置2條施工主棧橋（上游、下游側各一條），2個鉆孔平臺（連接上下游兩條施工主棧橋）。上游側施工主棧橋總長度117m，分為32.5m寬段（履帶吊吊裝施工區域進行加寬，其中承臺區域的棧橋承臺施工時進行安裝）和12m寬段，其中32.5m寬段長度96m，12m寬段長度18m；下游側棧橋總長度87m，分為35m寬段（履帶吊吊裝施工區域進行加寬，其中承臺區域的棧橋承臺施工時進行安裝）、15m和20m寬段。鉆孔平臺長度為81.7m和69m，寬度8～21.6m。施工棧橋平面布置圖見圖3。

圖3 施工棧橋平面布置圖

3 深埋式承臺鋼板樁圍堰施工

3.1 主要工況下的施工

根據鋼板樁圍堰的施工工序流程，對整個施工過程進行分析，水平荷載主要考慮內外水土壓力、水流力、波浪力作用等。主要包括以下6類工況的施工：

（1）抽水達到內外水位高差1m時施工第一層圍檁，對撐、斜撐；

（2）在第一層圍檁施工完成后再次進行抽水至河床面，吊運旋挖設備進入坑內進行樁基施工；

（3）樁基施工完畢后，開挖承臺基坑并同步實施第二、三層圍檁后施工封底混凝土及承臺基礎；

（4）圍堰內施工完畢后，拆除第三、四層圍檁，回灌水至第二層圍檁底口處；

（5）拆除第一、二層圍檁以及對撐、斜撐，回灌水至內外高差一致；

（6）拔出鋼板樁[1]。

3.2 施工工藝流程

深埋式承臺鋼板樁圍堰施工工藝流程如圖4所示。

圖4 深埋式承臺鋼板樁圍堰施工工藝流程圖

（1）導向架采用I25a型鋼制作。在導向架安裝之前，先用全站儀在棧橋及鉆孔平臺上測放出圍堰的廓線控制點，用于安裝導向架。

（2）由于該項目主墩承臺所處地質以中風化砂質泥巖或中風化粉砂巖為主，采用常規振樁錘插打工藝無法實現鋼板樁的貫入，同時考慮到引孔與回填土的相互影響，擬定采用ZR220A型旋挖鉆機，設備自帶護筒（即套管機）；并配1.3m直徑的鈦合金鉆頭。引孔樁類似于咬合樁的結構。引孔樁設計直徑1.3m，樁長11m；引孔樁設計間距0.9m，咬合0.4m。圍堰引孔施工要點是保證鉆孔的連通性，讓拉森鋼板樁能順利插入，同時考慮引孔孔位內回填與引孔施工的相互影響，故引孔施工分段進行，并跳段施工。單段內引孔施工時跳樁進行引孔。標準段劃分長度12m，共計22段。

（3）引孔孔位內回填砂后利用XE400DP型打樁機施沉鋼板樁。鋼板樁施沉在插打鋼板樁過程中，采取從側面開始，由上游向下游插打，在另一側合龍的次序。合龍口選擇在與流向垂直且流速較小的一側，而第一組鋼板樁的位置則設在合龍口對面的一側[2]。施打前在鋼板樁鎖扣內涂抹黃油，施打時控制好垂直度，不得強行施打，損壞鎖扣。

（4）圍檁及內支撐安裝，圍堰內側止水加固完成，起吊設備配合圍檁安裝人員在圍檁鋼板樁上焊接牛腿三角托座，每隔2m設置一處。單個節段圍檁使用起吊設備整體吊裝，直接吊裝放置在圍檁牛腿三角托座上，圍檁與鋼板樁之間抄墊、緊密，并每隔1.2m將鋼板樁與圍檁用鋼板焊接加固[3]。

（5）圍堰合龍完成且第一層圍檁及內支撐安裝完成后，即可進行圍堰內排水。圍堰內排水通過在鉆孔平臺上安裝4臺400m3/h的抽水泵進行排水。圍堰內排水分級進行，每級降水至當層圍檁以下50cm處，便于圍檁及內支撐安裝。

（6）樁基施工期間，主墩上下游側承臺樁基各配備一臺420旋挖鉆進行鉆孔作業，相鄰兩樁孔不得同時施工，應間隔交錯進行作業[4]。由于樁基施工期間第一層內支撐安裝，施工四角的樁基時鉆機設備存在干擾，需臨時轉換內支撐。

（7）承臺施工及內支撐轉換。第一層承臺混凝土澆筑完成且達到設計強度后，拆除第三、第四層內支撐，進行第二層承臺施工。待第二層承臺及系梁混凝土強度達到要求后在承臺與圍堰間夾壁回填砂，夾壁頂面澆筑20cm厚C20混凝土。

（8）承臺、塔座施工完成、混凝土達到設計強度后，可將鋼板樁拔出再利用。

4 圍堰施工的監測

4.1 監測項目

根據施工階段，需在主墩圍堰承臺及塔座基礎施工過程中，對主墩承臺圍堰進行監測，監測項目包括：鋼板樁的應力；圍檁、支撐結構的應力；圍堰頂部的水平位移[5]。具體監測內容見表1。

表1 圍堰監測內容

4.2 監測方法

鋼板樁的應變計在鋼結構進行接長焊接時安裝，圍檁和內支撐的應變計在現場鋼結構拼裝吊裝前安裝，水平位移測點在鋼板樁施沉結束后設置[6]。

鋼結構的應力監控需要在測點處埋設表面式應變計，振弦式表面應變計內置的熱敏電阻溫度計可以提供結構應變和溫度效應的相關信息。

圍堰水平位移監測在鋼板樁施沉結束后，在鋼板樁頂部整個圍堰四邊中線、四角及承臺中點對應位置處布設測點，采用全站儀和固定式棱鏡采集。

4.3 監測標準

監測標準及頻率根據監測標準《建筑基坑工程監測技術規范》和設計要求執行，當出現下列情況之一時，應提高監測頻率：

（1）監測數據臨近報警值，監測數據變化較大或者速率加快；

（2）基坑附近荷載突然增大或超過設計限值；

（3）鋼圍堰突發較大位移；

（4）出現其他影響基坑及周邊環境安全的異常情況。

5 結束語

隨著大跨徑跨江、跨河橋梁工程建設項目增多，硬質巖層中深埋式承臺鋼板樁圍堰在該項目的成功實施，引孔后插板樁結合高壓旋噴止水施工工藝得到驗證，在施工成本、工期、安全、環保等方面都得到有效提升和保證，可為后續同類型工程施工提供參考和借鑒。