橋梁基礎(chǔ)施工鋼板樁圍堰技術(shù)研究

金波

中交第二公路工程局東萌工程有限公司 陜西 西安 710075

引言

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的快速進(jìn)步，橋梁工程作為連接交通網(wǎng)絡(luò)和促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其重要性日益凸顯，而在現(xiàn)代橋梁建設(shè)中，基礎(chǔ)施工不僅是確保結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性的根本，也是實(shí)現(xiàn)工程優(yōu)化和效率提升的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的橋梁基礎(chǔ)施工方法往往面臨著諸多挑戰(zhàn)，如施工環(huán)境復(fù)雜、工期長、成本高和安全風(fēng)險(xiǎn)大等問題[1]。鋼板樁圍堰技術(shù)的應(yīng)用，提供了一種有效的解決方案。

1 圍堰施工概述

圍堰是建設(shè)項(xiàng)目中為建造永久性建筑物而建造的臨時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)。它的主要功能是阻止水和沙子進(jìn)入施工現(xiàn)場，允許從圍堰中排除水分、挖掘基坑并進(jìn)行建筑施工[2]。在主體施工完成后，通常需要拆除主要用于溝渠施工的深基坑。在水中基礎(chǔ)和承臺(tái)施工中，會(huì)面臨水土壓力、滑坡和水土沖刷等問題，為此，可以構(gòu)建圍堰作為一種臨時(shí)的安全保障結(jié)構(gòu)[3]。圍堰即是在施工期間提供有效的擋土和防水作用，且具有可拆除的優(yōu)勢的保障結(jié)構(gòu)，能在一定程度上保證施工結(jié)束后不影響正常水流和航行條件，從而保持水域生態(tài)和航運(yùn)的平衡。

2 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

2.1 鋼板樁圍堰特點(diǎn)

傳統(tǒng)的圍堰施工技術(shù)，包括土圍堰、土袋圍堰和竹（鐵）絲籠，主要適用于水深不超過4m、流速低于2m/s的小型橋梁項(xiàng)目。相比之下，鋼板樁圍堰作為一種更先進(jìn)的技術(shù)，特別適用于流速較快的深水基坑條件，這種圍堰通過工廠預(yù)制，不僅提供了更大的整體剛度和卓越的擋水效果，而且施工完成后可進(jìn)行拔除并重復(fù)使用，從而降低了對(duì)環(huán)境的影響[4]。

2.2 主承臺(tái)鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

在橋梁基礎(chǔ)施工中，主承臺(tái)鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)和施工是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鋼板樁通常采用鎖口設(shè)計(jì)，截面可以是直板型或槽型，這取決于具體的施工需求。圍堰的有效建設(shè)依賴于準(zhǔn)確的定位，這通常由兩個(gè)關(guān)鍵固定樁的位置確定，這些定位樁是通過將兩塊鋼板與工字鋼焊接而成，為施工過程提供指導(dǎo)和支持。在這個(gè)過程中，首先，在鋼板樁的設(shè)計(jì)階段，可以利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件來進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和模擬，幫助技術(shù)人員深入理解鋼板樁的各種參數(shù)，如尺寸、材料種類及其特性，并允許他們進(jìn)行更準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)調(diào)整。同時(shí)，針對(duì)圍堰的穩(wěn)定性和防水效果，可以通過建模軟件進(jìn)行鋼板樁的總長度和入土深度的精確計(jì)算，不僅考慮了物理布置，還包括了鋼板樁承受應(yīng)力的計(jì)算和評(píng)估，確保了整個(gè)圍堰結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性和功能性。在施工現(xiàn)場，可以部署各種傳感器，如振動(dòng)傳感器和壓力傳感器，來監(jiān)測圍堰結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和施工過程的安全性，實(shí)時(shí)傳輸至項(xiàng)目管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整。最后，項(xiàng)目管理軟件幫助項(xiàng)目經(jīng)理有效地監(jiān)控資源分配、進(jìn)度跟蹤和風(fēng)險(xiǎn)管理，從而確保項(xiàng)目按計(jì)劃順利進(jìn)行。

主承臺(tái)鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)和施工對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性至關(guān)重要。設(shè)計(jì)三部分：頂部雙拼工字鋼，位于鋼板樁頂1.95m；第二道工字鋼，下方3.5m；第三道雙拼工字鋼，第二道下3.0m，封頂面上3.7m。內(nèi)部支撐為直徑529mm的鋼管，距6.5m。施工包括建設(shè)第一、二道圍檁和支撐結(jié)構(gòu)，安裝鋼板樁圍堰，清理基坑，挖掘，封底，抽水，安裝第三道圍堰和支撐結(jié)構(gòu)。

2.3 雙排鋼板樁受力分析

在現(xiàn)代橋梁基礎(chǔ)施工的深水區(qū)域，鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)與實(shí)施是確保工程穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為了有效應(yīng)對(duì)大規(guī)模的水土壓力，采用雙排結(jié)構(gòu)的鋼板樁能夠提供更高的剛度和穩(wěn)定性。此外，兩排鋼板樁之間通過拉桿或型鋼聯(lián)結(jié)，進(jìn)一步增強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。設(shè)計(jì)階段，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和工程模擬軟件（如有限元分析軟件）精確設(shè)計(jì)鋼板樁結(jié)構(gòu)，模擬不同施工階段受力，預(yù)測問題，優(yōu)化方案。施工第一階段，打入鋼板樁并安裝支撐，部署實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)控穩(wěn)定性和水位，通過傳感器收集數(shù)據(jù)。在深水橋梁基礎(chǔ)施工的第二階段，將進(jìn)行雙排鋼板樁之間水域的抽水和防滲處理，這一過程采用地理信息系統(tǒng)（GIS）和遠(yuǎn)程傳感技術(shù)進(jìn)行水位監(jiān)控，確保精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集；同時(shí)配備智能防滲系統(tǒng)，根據(jù)水位變化自動(dòng)調(diào)節(jié)從而保障施工區(qū)域的干燥和穩(wěn)定。最后階段，抽除圍堰內(nèi)側(cè)水域，監(jiān)測和調(diào)整鋼板樁壓力分布，確保抽水過程中圍堰穩(wěn)定，防止結(jié)構(gòu)損害。在這個(gè)階段，鋼板樁內(nèi)側(cè)不再受力，而外側(cè)則繼續(xù)承受壓力，如圖1所示。

圖1 第三階段受力圖

圖2 第二階段受力圖

雙排結(jié)構(gòu)的鋼板樁圍堰通過分階段施工和受力調(diào)整，在深水條件下為橋梁基礎(chǔ)提供穩(wěn)定、安全的工作環(huán)境，保障項(xiàng)目成功。施工遵循由近及遠(yuǎn)原則，先施工靠近平臺(tái)側(cè)鋼板樁，后施工遠(yuǎn)離平臺(tái)側(cè)鋼板樁，最后合龍。使用履帶起重機(jī)和振動(dòng)錘進(jìn)行施工，嚴(yán)格控制樁垂直度，定位和雙向垂直度檢查，確保準(zhǔn)確位置，避免位置偏差導(dǎo)致鋼板樁豎直下沉。平面設(shè)計(jì)為矩形，注意圍堰縱向與橫向轉(zhuǎn)角，不穩(wěn)定轉(zhuǎn)角需角樁控制。

3 鋼板樁圍堰施工要點(diǎn)

3.1 鋼板樁施工

在橋梁基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵步驟中，打入鋼板樁是確保后續(xù)工作順利進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)。為確保板樁墻的平整性和沉樁的垂直度，施工前必須精確搭建由導(dǎo)梁和導(dǎo)向柱構(gòu)成的導(dǎo)向架，其作用主要是為了保障打樁工作的高質(zhì)量，因此需要具備充分的硬度和強(qiáng)度。在安裝導(dǎo)向架時(shí)，應(yīng)精心調(diào)整導(dǎo)梁的位置，以避免與鋼板樁發(fā)生干涉，同時(shí)，導(dǎo)梁的高度應(yīng)調(diào)整到合適的水平，以便有效控制鋼板樁的施工高度。為達(dá)到最佳施工效果，建議運(yùn)用水平儀或全站儀進(jìn)行導(dǎo)梁位置的精確測量和調(diào)整，確保鋼板樁沿預(yù)定的軌跡準(zhǔn)確、平穩(wěn)地打入，從而為接下來的圍堰施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 安裝內(nèi)支撐

在橋梁基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵步驟中，插打鋼板樁是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。施工前，應(yīng)先準(zhǔn)確地標(biāo)記出每個(gè)鋼板樁需要打入的具體位置。為確保中間的鋼板樁能夠垂直打入，兩側(cè)鋼板樁應(yīng)以焊接的角鋼為導(dǎo)向，這一措施有助于避免在沉樁過程中發(fā)生偏移。插打鋼板樁的過程需要嚴(yán)格遵循一系列施工要點(diǎn)，包括正確調(diào)整和合攏鋼板樁、確保插樁過程中的垂直性，以及在必要時(shí)進(jìn)行分散和校正。這些細(xì)致的施工步驟確保了鋼板樁能夠按照預(yù)定的布局準(zhǔn)確、有效地打入，為接下來的施工工序打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。鋼板樁圍堰的結(jié)構(gòu)布局在下圖中有詳細(xì)展示，為施工人員提供了明確的指導(dǎo)和參考。

3.3 圍堰抽水與防滲

在執(zhí)行鋼板樁施工前，進(jìn)行細(xì)致的滲漏檢測是必不可少的步驟，特別是針對(duì)樁體鎖口部分，為確保樁體的密實(shí)性，每隔1到2米還應(yīng)對(duì)鋼板樁進(jìn)行松緊度測試，從而保障整體施工的質(zhì)量和安全。若發(fā)生輕微滲漏，可等待降水后處理，而鎖口滲漏可使用黏土封堵。對(duì)于嚴(yán)重滲漏且水位較深的情況，可考慮使用堵漏劑或沙袋封堵。在將鋼板樁圍堰釘入前，涂抹黃油和鋸末以減小阻力并提高防滲漏性能。如果鎖口仍有漏水，需使用棉絨堵塞以降低水壓對(duì)鋼板樁的影響。在抽水時(shí)，要噴灑木屑和礦渣混合物到外部漏水口，以有效處理漏水問題。這些步驟和措施將確保施工的質(zhì)量和安全性，最小化滲漏風(fēng)險(xiǎn)。

3.4 水下封底控制

處理鋼板樁偏移時(shí)，縱向偏移通過樁端楔形設(shè)計(jì)和調(diào)整土壓力校正。輕微傾斜用卷揚(yáng)機(jī)拉伸后繼續(xù)插打糾正。橫向支撐利用鋼圍堰與鉆孔樁護(hù)筒，工字鋼作主承重梁，橫向梁上鋪設(shè)10mm木板作封底平臺(tái)。封底混凝土為C30水下混凝土，厚150cm，分塊澆筑。混凝土澆筑控制導(dǎo)管接頭質(zhì)量，周邊向中間逐次開球封口，控制混凝土流向和高差，確保均勻上升。澆筑區(qū)域混凝土填滿前不移動(dòng)導(dǎo)管，水下混凝土高度控制在承臺(tái)下20cm，混凝土強(qiáng)度測試后，抽水作業(yè)完成時(shí)，支立模板，20cm混凝土作找平層。檢查圍堰底座，完成封底后進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢查，達(dá)80%強(qiáng)度后開始抽水，到承臺(tái)頂50cm時(shí)安裝第三道圍檁，檢查連接牢固性。

4 鋼板樁圍堰施工要點(diǎn)

鋼板樁圍堰施工中，首先要確保鋼板樁的質(zhì)量符合工程要求，包括材質(zhì)的強(qiáng)度和耐腐蝕性。其次，要精確計(jì)算并設(shè)計(jì)圍堰的尺寸和深度，以適應(yīng)特定工地的地質(zhì)和水文條件。在施工過程中，重視鋼板樁的正確對(duì)接和鎖口密封，同時(shí)合理安排鋼板樁的打入順序和施工節(jié)奏，避免因施工不當(dāng)造成周圍土體或已有結(jié)構(gòu)的損害。最后，還要對(duì)圍堰進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，保證圍堰在施工期間的穩(wěn)定性和安全性。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著道路橋梁施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，水中鋼板樁圍堰技術(shù)因其在大型橋梁建設(shè)中提升施工效率、環(huán)保特性、成本效益以及養(yǎng)護(hù)周期短和穩(wěn)定性的優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用，同時(shí)其施工質(zhì)量和安全性也成為重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。因能有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜的城市施工環(huán)境，因此，水中鋼板樁圍堰特別適用于城市橋梁的深基坑支護(hù)工程，已成為主流的施工方法。研究顯示，鋼板樁圍堰是橋梁基礎(chǔ)施工的有效方法，應(yīng)用前景十分廣闊，隨著技術(shù)不斷發(fā)展和完善，預(yù)計(jì)鋼板樁圍堰將在更多橋梁項(xiàng)目中應(yīng)用，為工程提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)支撐。