于維飛

摘 要：該文敘述了水中橋墩采用鋼板樁圍堰施工的工藝步序、質(zhì)量、安全、環(huán)?？刂?。其工藝不僅適用于橋梁水中墩臺(tái)施工圍堰，還適用于房建、水利大壩等特殊地基構(gòu)筑物施工。僅供同類工程施工參考。

關(guān)鍵詞：水中墩 鋼板樁 工藝 質(zhì)量安全控制

中圖分類號(hào)：TU753 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（a）-0018-02

1 工程概述

京滬高速鐵路工程，滑將河特大橋位于京滬高速鐵路正線DK569+388.19，R=10000的曲線及0‰坡度上。設(shè)計(jì)為24～32 m雙線簡(jiǎn)支箱梁，全長(zhǎng)790.86 m。采用Ⅱ型板式無(wú)碴軌道，橋墩設(shè)計(jì)為雙線流線形圓端實(shí)體墩和雙線圓端形實(shí)體矮墩，一字形橋臺(tái)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)加固。

本橋水中（10）、（11）、（12）、（13）號(hào)橋墩施工采用鋼板樁圍堰施工工藝。主要工程量：基礎(chǔ)土方挖運(yùn)15281.14 m3；土方回填8359.24 m3；；鉆孔樁4568.78延米；砼澆筑9611.55 m3（其中C30灌注樁砼3039.49 m3）；鋼筋制安619.018 t（（其中灌注樁鋼筋籠制安242.53 t）；Ф630定位鋼管樁7.3 t，鋼板樁125.6 t，筑島圍堰20000 m3。

2 鋼板樁圍堰適用范圍

鋼板樁圍堰施工工藝適用于砂類土、黏性土、碎石土和風(fēng)化巖石等河床的深水中插入鋼板樁修筑圍堰的施工。鋼板樁強(qiáng)度大、防水性能好，打入土、礫、卵石層時(shí)穿透性能強(qiáng)，適合水深10～30 m的橋墩等基礎(chǔ)圍堰。

3 作業(yè)內(nèi)容

鋼板樁圍堰法施工的主要作業(yè)內(nèi)容有：施工準(zhǔn)備、鋼板樁組裝、導(dǎo)梁加工制造、導(dǎo)梁定位、鋼板樁插打、圍堰合攏、人工挖基、內(nèi)支撐、圍堰封底、基底檢查與處理等。本工程鋼板樁施工是在筑島平臺(tái)填筑完成、鉆孔灌注樁施工結(jié)束且質(zhì)量驗(yàn)收合格后進(jìn)行的。

4 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法

（1）鋼板樁樁頂高程符合工藝設(shè)計(jì)要求。打鋼板樁過(guò)程中，當(dāng)導(dǎo)向設(shè)備失效，鋼板樁頂達(dá)到工藝設(shè)計(jì)高程時(shí)，平面位置允許偏差：水中打樁為20 cm，陸地打樁為10 cm。

（2）經(jīng)過(guò)整修或焊接的鋼板樁應(yīng)做鎖口，并通過(guò)試驗(yàn)。

（3）鋼板樁接長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)采用等強(qiáng)度鋼板樁焊接，相鄰鋼板樁接頭上下錯(cuò)開2cm以上。

（4）鋼板樁圍堰寬度應(yīng)根據(jù)水深、流速、土質(zhì)和圍堰長(zhǎng)寬比等因素來(lái)確定，但寬度不應(yīng)小于2.5 m。

（5）鋼板樁因傾斜無(wú)法合攏時(shí)，應(yīng)使用楔形鋼板樁，楔形的上下寬度之差不得超過(guò)樁長(zhǎng)的2%。

（6）同一圍堰內(nèi)，使用不同的鋼板樁時(shí)，應(yīng)將兩種不同類型的鋼板樁的各一半拼接成異型鋼板樁。

5 施工機(jī)械及工藝裝備

各類型打樁機(jī)具，只要適合于打樁的錘擊能量以及其適應(yīng)系數(shù)適合時(shí)，均可用于打鋼板樁。采用單動(dòng)汽錘和墜錘時(shí)，一般錘重宜大于樁重，過(guò)輕的錘效率不高且易打壞樁頭與樁尖（樁尖卷口）。如限于已有打樁機(jī)具，不適合上述條件時(shí)，可另配高壓射水沉樁。

5.1 施工機(jī)械的選擇

鋼板樁施工能否順利進(jìn)行，關(guān)鍵決定于施工機(jī)械的選擇，選擇需考慮以下幾個(gè)因素。

（1）工程規(guī)模：打拔鋼板樁的數(shù)量、尺寸、形狀，尤其要考慮鋼板樁的重量與長(zhǎng)度；

（2）地質(zhì)情況：應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況，以利于鋼板樁的打入和拔出；

（3）作業(yè)能力：應(yīng)符合工程進(jìn)度的要求；

（4）作業(yè)環(huán)境：應(yīng)滿足噪聲、振動(dòng)等公害控制的要求。

結(jié)合本工程實(shí)際，選用液壓式QUY50型打樁機(jī)，振動(dòng)錘為DZ90型（666～402 kN，拔樁力225 kN）。該設(shè)備特點(diǎn)是：適用于粉土、黏土、砂層，優(yōu)點(diǎn)為打拔都可以，缺點(diǎn)為只適用于直線段作業(yè)。

5.2 鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)形式

鋼板樁圍堰按平面形式有圓形、矩形、圓端形、多邊形，其圍堰結(jié)構(gòu)有單層和雙層兩種。單層結(jié)構(gòu)形式由定位樁、導(dǎo)梁（或稱導(dǎo)框、圍籠）及鋼板樁組成。定位樁可用木樁或鋼筋混凝土管柱，導(dǎo)框由多用型鋼組成。本工程鋼板樁圍堰的平面形式為矩形。

鋼板樁按橫斷面分為平型、槽型、Z型、工字型或槽鋼，鎖口形式有陰陽(yáng)、環(huán)形、套形三種類型。鋼板樁在鎖口連接處能轉(zhuǎn)一定角度，且均有圓形最小半徑的規(guī)定。在同一圍堰內(nèi)宜采用同類型同鎖口的鋼板樁，否則需要加制異形鋼板樁聯(lián)結(jié)。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求和水中墩的構(gòu)造特點(diǎn)，承臺(tái)施工采用施打鋼板樁圍堰作業(yè)法。根據(jù)承臺(tái)的大小設(shè)計(jì)鋼板樁圍堰的尺寸：13.6 m×8 m，采用德國(guó)拉森Ⅳ型15 m長(zhǎng)鋼板樁，單個(gè)圍堰共投入普樁104片，角樁4片，鋼板樁入承臺(tái)建基面以下6 m左右；鋼板樁頂面比最高水位高出1 m。圍堰內(nèi)設(shè)三道內(nèi)支撐，第一道內(nèi)支撐布置在最高水位線處，在施工時(shí)，第一道內(nèi)支撐先起導(dǎo)向框架作用，當(dāng)鋼板樁圍堰合攏后，焊接牛腿，拔出鋼管樁，使框架起支撐作用；三道內(nèi)支撐布置形式相同，一、二道支撐邊梁為兩片Ⅰ140Ba工字鋼臥放，第三道支撐邊梁為三片Ⅰ140Ba工字鋼臥放，斜撐為兩片Ⅰ140Ba工字鋼臥放（四角斜支撐也可用φ630 mm鋼管與橫支撐梁焊接），斜支撐與邊梁焊接應(yīng)牢固。

6 施工技術(shù)文件和培訓(xùn)

施工技術(shù)文件按質(zhì)量控制要求辦理。施工技術(shù)及安全培訓(xùn)在開工前及時(shí)認(rèn)真培訓(xùn)落實(shí)。

7 工藝及質(zhì)量控制流程

插打鋼板樁圍堰施工工藝流程：插打定位管樁→布設(shè)圍堰定位框架→逐片插打鋼板樁至圍堰合攏→水循環(huán)抽排泥砂及堵漏（挖基）→安裝內(nèi)支撐→承臺(tái)、墩身施工→拆除鋼板樁。

8 工藝步序說(shuō)明

插打鋼板樁圍堰是利用水上浮吊、運(yùn)輸船及振動(dòng)打樁錘來(lái)進(jìn)行的，本工程沿正線采用筑島平臺(tái)法，在平臺(tái)上插打鋼板樁的工藝。首先插打定位鋼管樁，安裝導(dǎo)向框，按設(shè)計(jì)要求測(cè)量出鋼板樁單樁位置，吊起一根樁插入導(dǎo)向框內(nèi)，然后吊掛振動(dòng)打樁錘，夾住鋼板樁腹板，振動(dòng)插入到設(shè)計(jì)標(biāo)高，依次插打完成整個(gè)圍堰；本工程作業(yè)平臺(tái)采用筑島法，沿正線進(jìn)占法填筑頂寬20m寬的作業(yè)平臺(tái)，利用作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行灌注施工及施打鋼板樁、承臺(tái)和墩身混凝土施工。

8.1 施工準(zhǔn)備

鋼板樁運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)后，均應(yīng)詳細(xì)檢查、丈量、分類、編號(hào)，特別要檢查鎖口，并在鎖口處涂以黃油，以減少插打時(shí)的摩阻力和增強(qiáng)其防滲性能。

8.2 測(cè)量定位、插打定位樁、布設(shè)導(dǎo)向框架

在測(cè)量監(jiān)控下，鋼板樁圍堰四角各精確打入一根φ630 mm定位鋼管樁，然后在鋼管樁上設(shè)置牛腿，布設(shè)導(dǎo)向框。

8.3 鋼板樁插打

插打鋼板樁前，在導(dǎo)向框上精確標(biāo)出每一片鋼板樁的位置，在某一邊中間一片鋼板樁位置兩側(cè)焊角鋼作小導(dǎo)向，確保鋼板樁不左右移位，在儀器監(jiān)控下徐徐打入。中間一片鋼板樁是兩側(cè)鋼板樁的依托，必須確保鋼板樁的垂直，然后在兩側(cè)對(duì)稱打入若干片鋼板樁，待打入的鋼板樁數(shù)量足夠多且有足夠的穩(wěn)定性時(shí)，即可從一邊連續(xù)插打鋼板樁。鋼板樁吊起后，需以人力扶持插入前一塊鋼板樁的鎖口內(nèi)，動(dòng)作要緩慢、防止損壞鎖口、插入后稍松吊繩，使樁憑自重滑入或用鍾重下壓。比較困難時(shí)，也可用滑車組強(qiáng)迫插樁，拉力不能過(guò)大。待插入一定深度穩(wěn)定后方可鍾擊。

在插打過(guò)程中，由于鋼板樁鎖口和鎖口之間縫隙較大，而鋼板樁下端有土擠壓，上端是自由的，總會(huì)使鋼板樁產(chǎn)生與相鄰已插鋼板樁方向遠(yuǎn)離傾斜，因此，每打4～5根鋼板樁就應(yīng)用靠尺測(cè)量垂直度，將鋼板樁的傾斜度控制在1%以內(nèi)，否則用倒鏈糾偏，一次性糾偏不能太多，以免引起鎖口間卡住，影響下一片鋼板樁的插打，當(dāng)鋼板樁偏移太多時(shí)，只能采用多次糾偏的方法逐步減小偏移量，若因土質(zhì)太硬倒鏈拉不動(dòng)時(shí)，可采用滑輪組糾偏。

8.4 鋼板樁圍堰合攏

為了便于鋼板樁圍堰合攏，合攏處的兩片樁應(yīng)一高一低，合攏時(shí)往往出現(xiàn)“上小下大”（因下端有土擠壓，上端是自由的）的情況，此時(shí)可用兩個(gè)走四滑車組向兩邊拉開，直到合攏樁兩邊樁頂?shù)木嚯x等于鋼板樁寬度為止，在接近平行時(shí)，再將合攏樁插入，打到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

8.5 抽水清基、安設(shè)內(nèi)支撐、堵漏、封底

鋼板樁插打完成后，即可抽水及清基，隨之安裝內(nèi)支撐。邊抽水邊堵漏，水抽干后即可人工開挖或水下吸泥砂開挖至承臺(tái)建基面以下50 cm（具體厚度根據(jù)地質(zhì)情況定），然后灌注封底混凝土硬化基礎(chǔ)，再進(jìn)行破樁頭及承臺(tái)施工。

8.6 鋼板樁圍堰拆除

當(dāng)墩身施工完成后，向圍堰內(nèi)注水，使內(nèi)部水面位于底層支撐以下，然后割除內(nèi)支撐，依次循環(huán)拆除所有內(nèi)支撐，然后用吊機(jī)配合振動(dòng)鍾逐片拔出鋼板樁，運(yùn)至場(chǎng)外。

8.7 鋼板樁圍堰施工注意事項(xiàng)

鋼板樁圍堰在施工中應(yīng)選擇河床較低處為合攏面，插打至合攏面時(shí)，應(yīng)精確丈量尺寸，考慮到鋼板樁鎖口的間隙和鋼板樁本身的性能，合攏面尺寸應(yīng)大于理論尺寸15～20 cm為宜，避免合攏口尺寸過(guò)小，同時(shí)與合攏口相鄰的10～15片（組）鋼板樁采取先插至樁的穩(wěn)定標(biāo)高，主要是有利于鋼板樁的調(diào)整，并且合攏口兩側(cè)鋼板樁具有高差便于插樁，待合攏后再將鋼板樁打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

9 作業(yè)組織

筑島法鋼板樁圍堰施工橋墩，除鋼板樁制作和筑島作業(yè)，鋼板樁組裝、導(dǎo)梁加工、鋼板樁插打及支撐加固等10人，清基、抽水堵漏10人，水下鋼筋混凝土施工10人，共計(jì)30人。

10 生產(chǎn)效率及材料消耗

生產(chǎn)效率：生產(chǎn)效率主要取決于鋼板樁組樁速度和機(jī)械插打效率。依據(jù)本工程實(shí)際，一組鋼板樁圍堰施工約30天。

材料消耗：鋼板樁圍堰法橋墩基礎(chǔ)施工的材料消耗主要有鋼板樁、型鋼、混凝土等，材料消耗的數(shù)量取決于基礎(chǔ)的尺寸。根據(jù)本工程施工，平均一個(gè)橋墩使用鋼板樁104根，定位管樁4根（可重復(fù)使用）。

11 安全生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)

施工中必須制定安全生產(chǎn)制度，采取可靠的安全措施，機(jī)械及高空作業(yè)做到按章操作安全作業(yè)，消滅一切不安全隱患。

施工選用符合環(huán)保要求的作業(yè)設(shè)備，減小環(huán)境污染和噪音；必須采取措施防止污染河水。完工后應(yīng)妥善處理施工雜物和廢機(jī)油等污染物，并做好清理場(chǎng)地和復(fù)耕。

12 結(jié)論

在水流平緩的條件下，采用鋼板樁圍堰法修筑構(gòu)筑物效果良好。鋼板樁圍堰法適用的地質(zhì)情況較廣，防水性能好，整體剛度較強(qiáng)，其工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)。但應(yīng)注意插打鋼板樁時(shí)的安全防護(hù)，對(duì)施工平臺(tái)或棧橋等要進(jìn)行可靠性論證。在施工過(guò)程中，對(duì)鋼板樁的穩(wěn)定情況應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有不安全情況，應(yīng)立即采取補(bǔ)救措施。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔣正榮.建筑施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[2] 黃呈偉.鋼結(jié)構(gòu)基本原理[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2008.