【摘 要】濱北線松花江公鐵兩用橋改建工程主橋為19#--31#墩間12跨鋼桁梁，孔跨布置為：2-96m簡支鋼桁梁+（96m+2×144m+96m）連續(xù)鋼桁梁+6-96m簡支鋼桁梁。下部結(jié)構(gòu)為鉆孔樁基礎(chǔ)，承臺施工采用鋼板樁圍堰。本文介紹鋼板樁圍堰在23#主墩大型深水基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】鋼板樁圍堰 深水承臺 施工 應(yīng)用

1 工程概況

23#墩為濱北線松花江橋的主墩，基礎(chǔ)采用18根2.0m鉆孔樁，承臺結(jié)構(gòu)尺寸為29.7m×13.6m×5m，承臺底標(biāo)高為+104.574m，施工水位為+118m。

23#墩位于松花江南側(cè)主航道中，水深14米，最大流速為1.9m/s，最小流速為0.536m/s，岸邊流速一般為1.14m/s。

松花江屬于季節(jié)性封凍河流，具有明顯的季節(jié)性和地域性，每年11月中旬至翌年4月上旬為封凍期。

2 施工方案研究

濱北線松花江橋23#墩承臺施工為深水承臺施工，水深達(dá)10m，圍堰內(nèi)外水頭差達(dá)13m。由于冬季有長達(dá)五個月封凍期不能進(jìn)行施工，結(jié)合2014年施工計劃，留給承臺施工時間只有兩個月。由于新建橋梁與既有老橋間間距僅有50米，業(yè)主要求按照營業(yè)線施工要求進(jìn)行現(xiàn)場管理，同時，23#墩位于松花江主航道上，施工空間受到了限制。

根據(jù)23#墩承臺結(jié)構(gòu)、施工環(huán)境、工期和成本等方面綜合因素，項目部對雙壁鋼圍堰、鋼管樁圍堰、鋼板樁圍堰三個方案進(jìn)行了研究，分析了各方案的優(yōu)缺點，具體見表-1 圍堰施工方案比選。

表-1 圍堰施工方案比選

序 號 方 案 優(yōu) 點 缺 點

1 雙壁鋼圍堰 1、結(jié)構(gòu)封閉穩(wěn)定，整體效果好；2、防水效果好，安全性高 1、工程總量大，材料耗費多；2、制造安裝時間長，不能滿足工期要求。

2 鋼管樁圍堰 1、剛度大能有效抵抗水土側(cè)壓力

2、安全性高 1、施工投入大，管樁回收量小，材料耗費多；2、管樁下沉困難；3、新型圍堰，無施工參考經(jīng)驗，風(fēng)險大。

3 鋼板樁圍堰 1、工藝成熟施工快捷，工期有保證；2、施工成本小，材料可全部回收。 1、圍堰整體性、防水效果較差；2、圍堰易漏水，存在一定施工風(fēng)險。

根據(jù)三個圍堰施工方案的對比分析，雙壁鋼圍堰投入大，工期不能滿足要求；鋼管樁圍堰和鋼板樁圍堰均存在施工風(fēng)險，但鋼板樁圍堰施工工期先對較短，投入較小，故選用鋼板樁圍堰方案。

圖（一） 圍堰布置立面圖

圖（二）圍堰布置平面圖

3 鋼板樁圍堰設(shè)計

根據(jù)23#墩墩位處的水文、地質(zhì)情況，鋼板樁采用拉森Ⅵ型鋼板樁圍堰，每m鋼板樁截面特性：W=3820cm3，A=306cm2；底層圈梁采用2HN900×300，內(nèi)支撐采用φ820×10鋼管；頂層圈梁采用2I32a，內(nèi)支撐采用φ426×6鋼管。如圖（一、二）所示。鋼板樁圍堰內(nèi)支撐采用水下安裝。

3.1確定圍堰封底混凝土厚度

圍堰封底抽水后，封底混凝土需承受水頭差引起的向上浮力。封底混凝土采用C25水下混凝土，容重γ=24kN/m3。鋼板樁圍堰、鋼護(hù)筒與封底混凝土之間的摩擦力作為抗浮支承，經(jīng)計算封底混凝土厚度為3.0m。

3.2鋼板樁計算

23#墩鋼板樁設(shè)置兩道內(nèi)支撐，鋼板樁受力驗算總共分二個工況考慮。取1m寬鋼板樁計算。

（1）工況一：安裝完兩道內(nèi)支撐后，圍堰開挖至+102.574m，準(zhǔn)備水下封底。鋼板樁主要承受主動土壓力及被動土壓力。采用等值梁法計算確定鋼板樁的入土深度及選取鋼板樁長度。

（2）工況二：封底混凝土達(dá)到強度后抽水，準(zhǔn)備承臺施工，此時鋼板樁受力最為不利，驗算鋼板樁應(yīng)力。

（3）工況三：承臺混凝土澆筑完成后，進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，拆除最下一道內(nèi)支撐，將其轉(zhuǎn)換至承臺上。

3.3圈梁及內(nèi)支撐計算

在工況二條件下，圈梁受力最大，驗算圈梁及內(nèi)支撐受力。

3.4設(shè)計要點

鋼板樁圍堰在整個承臺施工周期過程中經(jīng)歷多種工況，在設(shè)計過程中，各種工況下圍堰所承受的荷載類型、大小必須充分考慮，選擇在不同工況下的受力，并依此建立計算模型進(jìn)行分析，得出計算結(jié)果，便于對鋼板樁、導(dǎo)梁和支撐的材料選擇，做到結(jié)構(gòu)安全，經(jīng)濟。

內(nèi)支撐是主要受力結(jié)構(gòu)，必須結(jié)合現(xiàn)場實際情況進(jìn)行設(shè)置，方便施工；另外需結(jié)合本工程特點，合理布置內(nèi)支撐，減小鋼板樁的局部變形，提高鋼板樁止水效果。

4 鋼板樁圍堰施工

結(jié)合濱北線松花江橋項目實際，相對于雙壁鋼圍堰，鋼板樁圍堰的優(yōu)點十分顯著：可較好的規(guī)避水下障礙物，尤其是較大的障礙物，另外23#墩圍堰內(nèi)外水頭差達(dá)13m，為加快施工進(jìn)度，在內(nèi)支撐安裝同時進(jìn)行吸泥開挖施工，以及在承臺模板拆除的同時利用鋼管支撐在鋼板樁與承臺之間進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換，從而減短施工時間。鋼板樁圍堰的施工方案如下：

4.1鋼板樁插打施工準(zhǔn)備

（1）振動錘檢查：振動錘是打拔鋼板樁的關(guān)鍵設(shè)備，在打拔前一定要進(jìn)行專門檢查，確保線路暢通，功能正常，夾板牙齒不能有太多磨損；

（2）涂刷黃油混合物油膏：為了減少插打時鎖口間的摩擦和減少鋼板樁圍堰的滲漏，在鋼板樁鎖口內(nèi)涂抹黃油混合物油膏（重量配合比為：黃油：瀝青：干鋸末：干粘土=2：2：2：1）；

（3）由于板樁較長，插打的第1根板樁需作加強處理。

4.2鋼板樁插打

鋼板樁插打選用履帶吊、震動打樁機及液壓錘進(jìn)行插打作業(yè)。水上鋼板樁插打之前，在鉆孔樁外側(cè)的鋼護(hù)筒上焊接牛腿，安裝第一道支撐圈梁，作為鋼板樁插打時的導(dǎo)向架，以控制鋼板樁的平面尺寸和垂直度。第一片鋼板樁是鋼板樁插打的關(guān)鍵，位置選擇在上游中心處，為了確保每一片鋼板樁插打準(zhǔn)確，插打前在導(dǎo)向架上設(shè)置限位裝置，大小比鋼板樁每邊放大1cm，插打時，鋼板樁樁背緊靠導(dǎo)向架，邊插邊將吊鉤緩慢下放，這時在相互垂直的兩個方向用錘球進(jìn)行觀測，以確保鋼板樁插正、插直，通過檢測確定第一片鋼板樁插打合格后，以其為基準(zhǔn)，再向兩邊對稱插打鋼板樁到設(shè)計位置。鋼板樁插打從上游端開始，沿兩側(cè)向下游端進(jìn)行，最后在下游端閉合。插打分兩階段進(jìn)行，先進(jìn)行預(yù)打，形成閉合結(jié)構(gòu)后，再復(fù)打到位。由于圍堰大，鋼板樁數(shù)量多，鎖口間隔累計增大，施打圍堰時，鋼板樁容易傾斜，因此，每次打插完5片，用短鋼筋頭將鋼板樁點焊固定于內(nèi)導(dǎo)向框上，減少累積偏斜位移，利于圍堰合攏，插打過程中，須遵守“插樁正直，分散即糾，調(diào)整合龍”的施工要點。

4.3圍堰合龍

在合攏前剩最后5～7片鋼板樁未插打時，開始測量并計算鋼板樁底部的直線距離，再根據(jù)鋼板樁的寬度，計算出所需鋼板樁的片數(shù)。鋼板樁圍堰在合攏時，兩側(cè)鎖口不一定平行，會出現(xiàn)上大下小或上小下大，左右偏移等情況，采用如下措施進(jìn)行調(diào)整：

（1）合攏口尺寸上下都大時，在合攏口兩側(cè)鋼板樁上點焊上下平行吊耳，位置及數(shù)量根據(jù)尺寸大小的差值而定，利用倒鏈滑車相向?qū)?，直至符合要求為止?/p>

（2）合攏口上大下小時，只在合攏口兩側(cè)鋼板樁上部點焊吊耳，位置及數(shù)量根據(jù)尺寸大小的差值而定，利用倒鏈滑車相向?qū)ξ?，直至符合要求為止?/p>

（3）合攏口上小下大時，只在合攏口兩側(cè)鋼板樁上部點焊上下平行吊耳，位置及數(shù)量根據(jù)尺寸大小的差值而定，利用倒鏈滑車向上部進(jìn)行反向外拉，下部相向?qū)?，直至符合要求為止?/p>

（4）合攏口尺寸上下都小時，在合攏口兩側(cè)鋼板樁上點焊上下平行吊耳，位置及數(shù)量根據(jù)尺寸大小的差值而定，利用倒鏈滑車反向外拉，直至符合要求為止。

鋼板樁圍堰整體剛度相對較差，在圍堰插打完成后應(yīng)定期對圍堰四周進(jìn)行河床高程測量，確保鋼板樁滿足入土深度的要求，當(dāng)沖刷過大時可采用拋填片石措施，防止過度沖刷。

4.4圍堰內(nèi)吸泥及內(nèi)支撐體系安裝

鋼板樁插打完成后，制作拼裝內(nèi)支撐，同時安裝連接吸泥設(shè)備，采取內(nèi)支撐安裝于吸泥同步的施工方法，縮短施工工期。

（1）鋼板樁合龍后焊接牛腿，安裝底層內(nèi)支撐，同步安裝吸泥設(shè)備。

（2）安裝下放平臺、扁擔(dān)及千斤頂，調(diào)整吸泥設(shè)備并開始吸泥。

（3）割除內(nèi)支撐支撐牛腿，鋼絲繩吊掛第二道內(nèi)支撐，采用千斤頂進(jìn)行下放；下放同時在圈梁四個角栓測量繩，技術(shù)人員同步測量，對下放過程進(jìn)行監(jiān)控。

（4）底層內(nèi)支撐下放到位后，將其吊掛于鋼護(hù)筒上，潛水員水下檢查，鋼板樁與圈梁之間的空隙逐個用提前加工的鋼楔塊塞緊，使鋼板樁受力傳遞至內(nèi)支撐系統(tǒng)。

（5）底層內(nèi)支撐下放安裝完成后，安裝第一道內(nèi)支撐，同時吸泥施工，清基達(dá)到設(shè)計標(biāo)高。

4.5鋼板樁止水堵漏

鋼板樁圍堰經(jīng)常在板樁間出現(xiàn)漏水情況，針對漏水采用的簡易快速止水方法是：將級配粗砂、鋸沫粉、水泥按一定比例調(diào)和，在鋼板樁漏水的部位外側(cè)視漏水嚴(yán)重程度，采用人工用鍬拋投，或者通過特制堵漏管道，利用漏水點的水流壓力將調(diào)好的堵漏材料吸進(jìn)漏水的鋼板樁鎖口縫隙中，將其填充密實，達(dá)到止水效果。

4.6圍堰封底混凝土澆筑

挖土、清基工作完成后，進(jìn)行圍堰封底工作。

封底混凝土采用C25水下混凝土。封底混凝土采用垂直導(dǎo)管法灌注，導(dǎo)管數(shù)量及在平面上的布置應(yīng)使各導(dǎo)管的有效灌注半徑互相搭接，并覆蓋基底全范圍。圍堰封底時，共需設(shè)置18根導(dǎo)管，單根導(dǎo)管內(nèi)徑為300mm，長約18米，為使鋼板樁與水下封底混凝土有良好結(jié)合，圍堰四周導(dǎo)管的布置應(yīng)較中間密集。封底砼由低處向高處，由四周向中間的順序，分期分批開灌，盡量使混凝土流動不要太遠(yuǎn)，封底混凝土達(dá)到需要的強度前，必須保證圍堰內(nèi)外水頭差一致。

4.7鋼板樁圍堰拆除

承臺施工完成并達(dá)到設(shè)計強度后，進(jìn)行鋼板樁圍堰拆除。鋼板樁圍堰拆除工作與圍堰施工程序應(yīng)相反進(jìn)行。承臺模板拆除后，鋼板樁與承臺間填土澆筑50cm厚混凝土圈梁或直接用鋼管支撐在承臺上進(jìn)行第一次體系轉(zhuǎn)換，拆除底層內(nèi)支撐進(jìn)行墩身施工。第一節(jié)墩身施工完后，向圍堰內(nèi)注水減小內(nèi)外壓力差，直接拆除頂層道內(nèi)支撐，進(jìn)行剩余墩身施工。墩身施工完后，拔出鋼板樁，

鋼板樁拔除先行由下游方向開始，對稱施工至上游方向，采用振拔錘進(jìn)行施工。

5結(jié)語

濱北線松花江橋23#墩承臺施工方案采用了鋼板樁圍堰，充分利用了鋼板樁圍堰的簡便、快速的優(yōu)點，有效的處理了施工遺留物，在設(shè)計和施工中充分應(yīng)用了在安裝內(nèi)支撐的同時進(jìn)行吸泥施工，承臺模板拆除的同時進(jìn)行底層內(nèi)支撐轉(zhuǎn)換，大大的縮短了濱北線松花江橋的施工工期，節(jié)約了成本。該方案的成功實施，積累了鋼板樁圍堰在此類型水文及地質(zhì)條件下應(yīng)用的經(jīng)驗，值得以后類似工程項目借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳長明.拉森鋼板樁圍堰的簡易快速止水方法.

[3]江正榮.簡明施工計算手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[4]路橋施工計算手冊.人民交通出版社.

作者簡介：牛西龍（1982-），男，黑龍江克山人，工程師，2006年畢業(yè)于吉林建筑工程學(xué)院交通工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工作單位：中鐵大橋局集團第二工程有限公司，濱北線松花江公鐵兩用橋改建工程Ⅰ標(biāo)項目部，副經(jīng)理。