伏龍大橋30#主墩圍堰施工關鍵技術

摘要 斜拉橋的施工技術不斷發展，其關鍵技術往往在于深水基礎。在以往的施工經驗中，傾斜復雜巖層深水基礎由于平面面積大、開挖難度大和臨近江河等原因，施工進度、質量等方面均受到制約。文章以臨海市伏龍大橋30#主墩承臺施工為背景，經過對現場地質水文條件分析及深水基礎施工調研，創新地提出了“拉森鋼板樁+OC鋼管錨固樁”的組合圍堰施工方法，克服了傾斜復雜巖層深水基礎施工的諸多問題，縮短施工工期的同時也節約了成本。

關鍵詞 圍堰；傾斜巖層；OC鋼管錨固樁；拉森鋼板樁

中圖分類號 U445.55 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）13-0148-03

0 引言

寬橋面、中小跨度的城市景觀斜拉橋，因其結構造型優美、橋塔造型新穎而頗受青睞。斜拉橋的建造工藝在不斷發展，但其關鍵工藝往往在基礎深厚的深水區。目前，超大型橋梁基礎所涉及的開挖支護方式主要有鋼制圍堰（鋼板樁基鋼套箱）、SMW工法樁和放坡等。深水河段宜采用鋼圍堰，但造價較高；SMW工法樁適用于軟土地質，但耗材量多、工期長，需在大型基坑內加錨索或內支架，以保持基坑穩定；放坡開挖比較經濟，但受制于周邊環境的影響，所需的平面位置較大。綜合施工條件考慮，該文采用“拉森鋼板樁+OC鋼管錨固樁”的組合圍堰施工方法，可有效解決大傾斜堅硬巖層由于入巖深度不足，造成的淺埋區鋼管樁穩定性差、防水性能差等問題。錨固樁+鋼板樁的針對性使用，可確保整體圍堰在大傾斜半裸巖與泥沙覆蓋層的連接處，大大提高了防水性和穩定性，同時也有效加快了施工進度并節約成本。

1 工程背景

臨海市伏龍大橋項目是靈江兩岸重要的連通橋梁，位于靈湖風景區西側，整體線路呈南北走向，北起張洋路口，向南沿臨海大道至小兩山山腳折向西南，跨靈江后折向東南接伏龍地塊規劃路網。臨海伏龍大橋工程位于靈湖風景區西側，全長約1 888 m，寬40 m；主橋跨徑布置為75+156+75=306 m，主橋標準斷面中心線高度為3.8 m，在主墩支點處的局部梁高增加至5 m。布置圖如圖1所示。

伏龍大橋工程主橋P30#承臺地質非常復雜，主墩承臺位于靈江水域中，靈江水域常水位為+4.6 m。北岸地層信息為熔結凝灰巖，平均強度為60 MPa，巖面傾斜角約40 °～45 °，且無覆蓋層，河床標高為?5.024 m。同時，該區域屬于風景區，不能采用爆破等工藝進行開挖；受復雜環境和地質條件等影響，為保障結構合理、工藝可行，該施工項目采用圍堰結構形式、施工工藝進行研究，這在不利的地質、地形環境水域中十分必要。

2 圍堰施工方案

2.1 方案原理

OC鋼管錨固樁采用樁徑為70 cm的鋼筋混凝土錨固樁（抗壓、抗彎和擋水構件）相互咬合。拉森鋼板樁圍堰通過三角形型鋼焊接于OC錨固樁上。因基坑深度不同和構造設計需要，在保障安全前提下盡量節約投資，OC錨固樁分4種設計，即D、E、F、G型樁，樁長8～22 m不等。在平面上，所述拉森鋼板樁圍堰包括近江處長邊和上游方向短邊兩道轉角咬合的連接組合，然后焊接與OC錨固樁上，錨固樁底部應嵌入基巖足夠深度，OC錨固樁與拉森鋼板樁將采用人字形型鋼焊接。在二者之間形成的箱室內填入黏土以達到穩定拉森圍堰的作用，并形成連續性的、以受壓為主的擋土和止水的綜合基坑圍護結構的主體。

如圖2所示，在OC錨固樁角點位置設置抗力樁及加固樁：基坑咬合樁的維護結構為矩形，根據力學原理由四段直線錨固樁咬合而形成維護結構，四個角點上尚有徑向推力分量。因此在四個角點上，設置抗力樁和加固樁，其中每個角點分別設置一根抗力樁和2根加固樁，利用抗力樁和加固樁自身的抗壓強度及抗彎剛度，以及樁后基坑外側巖土體被動土壓力，以抵抗弧形基坑咬合樁圍護結構傳遞來的、基坑對角線向外的投影合成推力，根據力學原理在對角線垂直方向上的分力因對稱而自相平衡。因基坑下游邊較上游邊低13.2 m，抗力錨固樁分為A型及B型樁設置，樁徑皆為80 cm，A型樁樁長25 m，布置于上游角點；B型樁樁長9 m，布置于下游角點；錨固樁樁型為C型，樁徑70 cm，樁長10～24 m，樁底嵌入中風化基巖的深度不小于1.5 m。

2.2 方案特點

鋼板樁+OC鋼管錨固樁組合圍堰具有以下特點：

2.2.1 結構高效、節省材料

拉森鋼板樁圍堰通過三角形型鋼焊接于OC鋼管錨固樁上，OC錨固樁提供穩定結構與支撐；在拉森鋼板樁圍堰和OC圍堰之間形成的箱室內填入高黏土以克服水壓力，從而起到防水和受力作用。該方法突破了止水難、開挖風險大的難題，盡可能降低材料用量。

2.2.2 實現高陡坡深基坑富水地層的垂直開挖

該方法可根據河流流速及傾斜巖面范圍進行合理分區，鋼板樁組合方式靈活，可應用于高陡坡復雜巖層，錨固樁支護后可實現垂直開挖，以減少占地面積。

2.2.3 較傳統基坑施工方法工作的安全風險小

該方法相較于傳統深基坑圍堰關鍵在于OC錨固樁與拉森鋼板樁的組合，填入高黏土克服水壓力，顯著降低了施工難度，且安全風險更小。

3 施工工藝及操作要點

3.1 施工工藝流程

拉森鋼板樁+OC鋼管樁施工工藝流程如圖3所示。

3.2 OC鋼管錨固樁

施工前對施工場地進行平整。OC鋼管樁插打確定圍堰，以臨水側橋軸線上的鎖口鋼管樁為根，先進行輔助導向樁的插打施工[1]。

先將輔助導向樁按根鎖口鋼管樁位置放樣，使用履帶將電動振動樁錘吊起，再通過電動振動樁錘夾具將輔助導向樁吊起，將兩根輔助導向樁按放樣位置打入地下。在完成輔助導向樁的插入后設置導向架，然后用履帶將電動振動樁錘吊起，通過電動振動樁錘的夾具將吊根鎖口鋼管樁提起，插入導向架，最后啟動電動振動樁錘將其打入地下，從而完成鎖口鋼管樁的插入施工[2]。

鋼管樁錨固采用旋挖鉆成孔、下放鋼筋籠、澆筑水下混凝土的施工工藝，其施工要點如下：

（1）樁機安裝穩定，機身成水平，保證設計樁心與鉆孔樁心位置重合。鉆桿垂直度、鉆孔深度等由全電腦控制儀控制。

（2）運用鉆機本身的三向垂控系統，對施工過程中的成孔垂直度進行反復檢查，以保證成孔質量。

（3）鉆孔應連續進行，注意保持孔內泥漿比例。為防止孔壁因某種原因坍塌而停止鉆孔，應經常檢查樁孔周圍地面土層的變化情況。鉆孔完成后，應盡快進行混凝土澆筑，以防因孔空時間過長，引起塌方等意外。

（4）清孔原則采用二次清孔的方法，即第一次清孔應在成孔檢查合格后馬上進行，并將泥皮從護筒上清除干凈；鋼筋籠下好后，應在澆注前再檢查一遍沉淀層厚度，確保樁底的沉淀層厚度符合設計和驗標要求（不大于5 cm），若超出規定數值則必須二次清孔，二次清孔后馬上進行灌注。

（5）鋼筋籠下放。第一節鋼筋籠放入孔內，通過加勁箍將鋼筋籠掛在護筒頂部的工字鋼下面，保證工字鋼的水平和鋼筋籠的豎直。吊裝鋼筋籠第二節與第一節對齊進行機械套筒的連接，后面節段如此循環；下放時鋼筋籠應緩而均勻，并根據下籠深淺隨時調整鋼筋籠入孔的垂直度，盡量避免其傾斜擺動。

（6）澆筑水下混凝土。水下混凝土灌注工藝的導管埋設深度，應控制在2～6 m為宜，以便于及時測量和拆卸導管，并在灌注時為確定樁的灌注質量，對導管進行上下活動。

（7）降低灌注速度，確保灌注頂面距鋼筋骨架底部1 m左右，以防止鋼筋骨架浮起。將導管提起，使其底口高于骨架底口2 m以上，當混合物升至骨架底口4 m以上時，再恢復正常的灌注速度，這樣就可以起到很好的效果[3]。開始灌注后應緊湊連續，中途嚴禁停止澆注。

（8）澆筑接近尾聲時，因導管內柱高度降低、壓力減小，而導管外泥漿和所含渣土稠度增大、相對密度增大，導致在澆筑過程中產生較大壓力。在遇到這種情況難以頂升時，可在孔洞內加水稀釋泥漿，抽出一部分沉淀，這樣就能順利進行灌注工作。

（9）為確保樁頂混凝土質量，導槽頂（底）面的高程設計應與樁基頂面高程相同，在澆筑樁基混凝土時，使樁底劣質的混凝土溢流出來，并妥善收集處置，直到流出合格的混凝土為止。

3.3 拉森鋼板樁插打要點

與施工止水、安全有關的拉森鋼板樁施工，是工程施工中最關鍵的工序之一，應注意以下施工要求：

（1）拉森鋼板樁采用液壓自動式振動一體機配合振動施工，應在打樁前認真放好樁中線的精密支架，熟悉地下管線及構筑物情況[4]。

（2）打樁前應逐根檢查鋼板樁，將連接鎖扣處銹蝕變形嚴重的鋼板樁剔除，待修整合格后方可使用，經整修后不合格的鐵板樁禁止使用。

（3）打樁前可在鋼筋樁鎖口涂上油脂，以方便鋼筋樁的打入和拔出。

（4）在鋼板樁插打過程中，隨時測量監控每塊樁的斜度，當偏斜過大不能用拉齊方法調整時，必須拔起重打。

3.4 拉森鋼板樁與OC錨固樁結合

拉森鋼板樁+OC錨固樁圍堰是將拉森鋼板樁通過三角形型鋼焊接于OC錨固樁上，OC錨固樁提供穩定結構與支撐，并在拉森圍堰和OC圍堰之間形成的箱室內填入黏土以達到防水、解決受力和穩定拉森圍堰的作用。這充分利用OC鋼管樁強度大、變形小，能對毗鄰構筑物具有較好支撐限位的優點，通過型鋼焊接與拉森鋼板樁的有機結合，使得OC鋼管樁圍堰能為拉森鋼板樁圍堰提供支撐力，既提高了組合式圍堰的強度，強化了對毗鄰構筑物的保護效果，同時鋼板樁和鋼管樁組合使用也節約了施工成本。

4 結語

拉森鋼板樁+OC錨固樁圍堰在臨海市伏龍大橋中成功應用，取得了良好的效益。作為一種基礎圍護結構，其充分利用了混凝土結構抗壓強度大的特點，減少了機械使用，避免了破山開山，施工非常便利，結構更為安全可靠，能夠達到縮小開挖范圍、降低施工成本、縮短施工工期的目的，可為類似深水基礎施工提供借鑒。

參考文獻

[1]李凡， 翟慶龍， 任威， 等. 鎖口鋼管樁圍堰施工與工藝控制[J]. 公路， 2005（10）： 33-37.

[2]鄒福清. 淺淡陽澄湖隧道湖中段圍堰施工技術[J]. 城市建設理論研究（電子版）， 2014（19）： 130-132.

[3]彭寅. 復雜地質深水大直徑樁基施工技術[J]. 黑龍江交通科技， 2019（8）： 124-125+127.

[4]齊永強. 某工程基坑組合支護技術施工探討[J]. 建筑工程技術與設計， 2015（31）： 592.

收稿日期：2024-02-05

作者簡介：王小祎（1990—），男，碩士研究生，工程師，從事大跨度橋梁施工技術研究及管理工作。