高明成

(中鐵十局集團(tuán)西北工程有限公司，陜西西安 710065)

1 工程概況

平果右江雙線特大橋?yàn)樵颇现翉V西鐵路站前工程Ⅰ標(biāo)控制性工程之一，全長1 496 m，主跨采用(80+144+80)m連續(xù)梁跨越右江，連續(xù)梁主墩為18，19號(hào)墩。全橋共有墩臺(tái)39個(gè)，其中樁基礎(chǔ)承臺(tái)21個(gè)，擴(kuò)大基礎(chǔ)承臺(tái)18個(gè);樁基146根，樁長平均11 m，其中直徑為1.25 m的樁基122根，直徑為2.0 m的樁基24根，墩身結(jié)構(gòu)形式為圓端型實(shí)體橋墩。

2 方案選擇、分析及驗(yàn)算

2.1 施工方案的選擇

最初施工方案擬選用鋼套圍堰進(jìn)行深水承臺(tái)施工，但考慮這種圍堰在水壓力作用下，只產(chǎn)生環(huán)向軸力，雖減少內(nèi)支撐，但采用此方法需要把巨大而沉重的鋼套箱整體沉入水中，工序復(fù)雜，吊運(yùn)困難，鋼板樁重復(fù)利用率低，不經(jīng)濟(jì)，并且承臺(tái)下部地質(zhì)形狀呈鋸齒形，封堵困難。公司考慮既有機(jī)械設(shè)備、地質(zhì)條件以及鋼板樁市場外購及外租價(jià)格，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算、技術(shù)論證，擬采用鋼板樁圍堰施工，鋼板樁不僅施工方便，周轉(zhuǎn)率高，折舊低，而且大大降低了施工成本。

2.2 鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驗(yàn)算

1)鋼板樁尺寸。鋼板樁圍堰長、寬尺寸受承臺(tái)直徑和安裝、拆卸承臺(tái)模板時(shí)的作業(yè)面控制，因承臺(tái)埋置河床下，且施工水位深5 m左右，所以承臺(tái)尺寸為15.8 m×11.6 m×4.0 m，開挖擬設(shè)計(jì)鋼板樁圍堰尺寸為:20.4 m×16.2 m×11 m。

2)參數(shù)取值(見表1)。橋墩中心處地質(zhì)情況，水流速度v= 2.96 m/s，水的容重9.8 kN/m3。

3)鋼板樁檢算:根據(jù)土層特點(diǎn)，僅對鋼板樁圍堰的自身強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性檢算?？紤]鋼板樁插打時(shí)對土層產(chǎn)生的擾動(dòng)，土體容重均按浮容重考慮。根據(jù)綜合情況按挖深至79.6 m，此時(shí)鋼板樁長為10 m;鋼板樁挖深至河床覆蓋層，鋼板樁圍堰外側(cè)承受荷載主要為靜水壓力，平均樁長12 m。利用midas程序?qū)︿摪鍢秶哌M(jìn)行整體建模(見圖1)。

表1 參數(shù)取值

檢算結(jié)果:圍囹計(jì)算。圍囹受到的最大應(yīng)力發(fā)生在最下層圍囹與內(nèi)撐相交處，值為54.8 MPa，小于容許應(yīng)力140 MPa，滿足要求。

4)內(nèi)撐計(jì)算。鋼管截面面積A=(529×529-513×513)× 3.14/4=13 088 mm2，慣性半徑i=1/4×√(5 292+5 132)= 184 mm，λ=12 913/184=70，φ=0.751，所以鋼管考慮穩(wěn)定自身所能受最大壓力:N=φ×A×［f］=0.751×13 088×140= 1 376 kN，內(nèi)撐受到的最大應(yīng)力值為68.1 MPa，小于容許應(yīng)力140 MPa，滿足要求。內(nèi)撐受到的最大軸力值為1 078.8 kN，發(fā)生在最下層斜撐上，小于容許軸力1 376 kN，滿足要求。

圖1 鋼圍堰圖

5)鋼板樁計(jì)算。計(jì)算得到鋼板樁圍堰每延米的繞水平軸的最大彎矩為183 kN·m/m，取一片鋼板樁進(jìn)行驗(yàn)算，鋼板樁的寬帶為0.4 m，查得鋼板樁邊緣斷面的模量為:W=814.8 cm3，計(jì)算得到鋼板樁外緣應(yīng)力為:σ=M/W=0.4×248.2×103/0.000 814 8= 121.8 MPa。鋼板樁彎矩圖見圖2。

圖2 鋼板樁彎矩圖

最大值發(fā)生在順橋向南側(cè)河床覆蓋層與鋼板樁的相交處，鋼板樁容許應(yīng)力為140 MPa，應(yīng)力滿足要求。結(jié)構(gòu)的屈曲模態(tài)計(jì)算結(jié)果如圖3所示，結(jié)構(gòu)的屈曲模態(tài)最小特征值為97.8，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性能滿足要求。

圖3 整體屈曲模態(tài)

3 鋼板樁施工方案

3.1 施工準(zhǔn)備

新購入鋼板樁材料進(jìn)場時(shí)，應(yīng)檢查產(chǎn)品合格證、尺寸以及力學(xué)性能是否符合要求，經(jīng)整修或焊接的鋼板樁，現(xiàn)場進(jìn)行鋼板樁鎖口試驗(yàn)。分類堆放、編號(hào)、登記檢驗(yàn)合格的鋼板樁。采用組樁插打鋼板樁時(shí)，組樁的嵌縫用舊棉絮塞填緊密，組樁及單塊樁兩側(cè)鎖口均在插打前涂黃油，以便降低摩擦力，增加防滲性能。

3.2 圍籠安裝

安裝圍籠時(shí)，首先進(jìn)行測量定位，用一層導(dǎo)框做成圍籠，然后打定位樁，在定位樁上掛裝導(dǎo)框，導(dǎo)框在岸邊組成，浮運(yùn)到位以纜索錨碇，在開始插打板樁后，逐步將導(dǎo)框轉(zhuǎn)掛在已打好的板樁上。

3.3 插打鋼板樁至合龍

1)本項(xiàng)目鋼板樁采用開始一部分逐塊插打，后一部分則先插合龍后再打的施工方法。2)施打前，在鎖口內(nèi)涂抹防水混合料，組拼樁時(shí)用棉絮塞縫。3)根據(jù)鋼板樁圍堰計(jì)算尺寸、布樁原則以及輪廓線，并結(jié)合平果右江河流水位、流速等特點(diǎn)，浮吊固定在樁位上游，先施工上游一排樁，并與技術(shù)人員測設(shè)已知點(diǎn)、控制軸線相呼應(yīng)，浮吊就位后，按照施工順序逐根施工。在合龍口插打鋼板樁，然后在合龍口處采用鋼板樁插打一個(gè)半徑約1.5 m的半圓將合龍口圍住，在半圓內(nèi)填筑砂袋，由潛水員下水進(jìn)行仔細(xì)堆碼將合龍口的縫隙封堵，這樣會(huì)有少量的漏水，采用水泵強(qiáng)抽排除。在鋼板樁全部插打完成后，安裝圍囹之前采用振動(dòng)錘將鋼板樁逐根全部進(jìn)行重復(fù)振打一遍。

3.4 封底澆筑

由于外防水封堵方法復(fù)雜，很難進(jìn)行，并且水下封底可能造成鋼板樁不能拔出，根據(jù)必選采用先抽水、加內(nèi)支撐，然后封底。當(dāng)清淤達(dá)到要求時(shí)，按常規(guī)進(jìn)行封底施工，封底時(shí)在鋼板樁圍堰內(nèi)側(cè)支模，采用C25混凝土封底，厚度約1.3 m。

3.5 抽水、防滲及堵漏

抽水前，在鋼板樁與導(dǎo)框之間空隙處用方木或枕木塞緊，確保導(dǎo)框在壓力作用下均勻分布，用大型的泥漿泵和清水泵抽水，在抽水過程中若發(fā)現(xiàn)有滲漏，鎖口不密實(shí)時(shí)，需要積極采取措施，采用板條、棉絮或土工布在板內(nèi)側(cè)塞縫，同時(shí)在外側(cè)水中撒放鋸末或煤渣夾粉土混合物，在流動(dòng)水以及鋼板樁側(cè)壁水壓力作用下沖入縫隙或滲漏處，達(dá)到封閉的目的。若水下滲漏過大，必須采用快硬早強(qiáng)的高標(biāo)號(hào)混凝土水下澆筑封底。

3.6 承臺(tái)和橋墩施工

抽完水后，人工清理基底，避免基底承載力受損，導(dǎo)致漏水，基坑開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，采用空壓機(jī)破除樁頭，樁頭設(shè)計(jì)樁頂以上20 cm用人工破除。樁頭破除后平整基坑底面，澆筑20 cm混凝土墊層。墊層混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，支立鋼模板，并把在陸上綁扎好的承臺(tái)鋼筋主體骨架吊入模板內(nèi)，修正完畢經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后，分層分段斜向澆筑承臺(tái)混凝土，承臺(tái)施工完成后施工墩柱。

3.7 鋼板樁的拔出

施工完承臺(tái)墩身后，按照打樁的逆順序、受力狀態(tài)、拔樁的難易程度以及水位的高低等將鋼板樁拔出，在拔出鋼板樁前，向圍堰內(nèi)灌水，使圍堰內(nèi)水面高出河水面1 m左右，利用靜水壓力將鋼板樁推開，使其水下封底混凝土脫離，必要時(shí)用打樁錘擊打待拔的鋼板樁，使樁底松動(dòng)后再一一拔出。若部分鋼板樁很難拔出，使用外加荷載導(dǎo)致樁身變形、扭曲等現(xiàn)象，材料人員應(yīng)及時(shí)修正變形的樁，同時(shí)進(jìn)行涂抹防銹漆或油類物養(yǎng)護(hù)，確保鋼板樁正常使用。

4 施工注意事項(xiàng)

1)打樁順序選擇上，從上游開始，至下游合龍。2)施工過程中，重錘低擊，均勻施打，同時(shí)做好打入記錄，確保樁入巖以及單樁承載力。3)施打前和施工過程中，應(yīng)隨時(shí)觀察樁是否發(fā)生傾斜、偏移，若發(fā)生偏移，及時(shí)采取措施予以矯正。

5 結(jié)語

通過鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)計(jì)算與應(yīng)用，掌握深水施工鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)、施工方案等，為類似施工提供參考。

［1］ 歐領(lǐng)特.鋼板樁工程手冊［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［2］ 聶慶科，梁金國，韓 立.深基坑雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［3］ GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］ 杜永昌.高速與客運(yùn)專線鐵路施工工藝手冊［M］.北京：科學(xué)技術(shù)文件出版社，2003.