王瑞強(qiáng)

摘要：本文介紹了在深水區(qū)高流速條件下，30m超長(zhǎng)鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)施工技術(shù)、并對(duì)如何解決鋼板樁的順利施打、止水、合攏等難題做了詳細(xì)闡述。

Abstract： This paper introduces the design and construction technology of 30-meter super-long steel sheet pile cofferdam under the condition of high flow rate in deep water area， and elaborates how to solve the problems of smooth application， water stop and closure of steel sheet pile.

關(guān)鍵詞：深水;超長(zhǎng);鋼板樁圍堰;設(shè)計(jì);導(dǎo)向;插打;合攏;止水;拆除

Key words： deep water;super long;steel sheet pile cofferdam;design;guiding;inserting;closing;stopping water;tear down

中圖分類號(hào)：U443.16+2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）25-0269-04

0? 引言

隨著鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，深基坑圍堰工程亦隨之大量使用。深基坑圍堰工程施工具有較高的風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)含量，其中鋼板樁圍堰有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。尤其是對(duì)于淤泥層與流沙層流塑地質(zhì)較厚，開(kāi)挖深度、平面尺寸較大構(gòu)筑物，鋼板樁圍堰以重量輕、強(qiáng)度高、鎖口緊密、施工方便、施工工期短、安全性高、密水性高、環(huán)保效果顯著、對(duì)空間要求低等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。

1? 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

南沙港鐵路NSGZQ-5標(biāo)位于廣東省境內(nèi)，橫跨廣州市、中山市兩地，由中鐵六局集團(tuán)有限公司施工。線路自中山市黃圃鎮(zhèn)起，跨越黃圃水道、洪奇瀝水道進(jìn)入南沙區(qū)橫瀝鎮(zhèn)，線路跨京珠高速公路與S111省道后，進(jìn)入南沙區(qū)萬(wàn)頃沙鎮(zhèn)，在萬(wàn)環(huán)西路東側(cè)設(shè)萬(wàn)頃沙站，線路出萬(wàn)頃沙站后向東上跨福安大道，再上跨南沙港快速路到達(dá)本標(biāo)段終點(diǎn)。線路全長(zhǎng)17.8km。

洪奇瀝水道特大橋跨越黃圃水道水道設(shè)置為60m+100m+60m連續(xù)梁，洪奇瀝水道特橋74、75#墩位于黃圃水道河道內(nèi)，與線路夾角76°，承臺(tái)13.2m×12.2m×4m。承臺(tái)施工采用VI型拉森鋼板樁圍堰施工，74#圍堰基坑為：最大深度11.8m，圍堰長(zhǎng)15.2m，寬16.2m。

1.2 水文、地質(zhì)概況

黃圃水道為Ⅵ級(jí)航道，河道20年水位為3.41m。黃圃水道河床地質(zhì)層主要為淤泥層，其厚度達(dá)35m。鋼圍堰插打地質(zhì)均為淤泥地質(zhì)，淤泥含水量大，主要形態(tài)為流塑狀，水量較豐富，略具承壓性，其地基承載力為50kPa。

2? 圍堰的設(shè)計(jì)方案

南沙港鐵路黃圃水道連續(xù)梁74#墩承臺(tái)施工時(shí)，設(shè)計(jì)圖紙采用拉森VI鋼板樁。后根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)勘察資料，結(jié)合水文件條件，對(duì)74#墩圍堰進(jìn)行了設(shè)計(jì)驗(yàn)算，拉森III鋼板樁無(wú)法滿足施工安全需要。為確保施工安全在承臺(tái)施工時(shí)，經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算采用VI型拉森鋼板樁進(jìn)行基坑防護(hù)。

2.1 圍堰設(shè)計(jì)方案

74#墩相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)：

承臺(tái)尺寸：13.2m×12.2m×4m（長(zhǎng)×寬×高）;承臺(tái)底標(biāo)高：-8.576m;河床標(biāo)高-4.41m;20年一遇水位標(biāo)高;3.41m。

74#墩圍堰設(shè)計(jì)方案具體情況如下：

根據(jù)規(guī)范要求，鋼板樁頂部高出20年一遇水位標(biāo)高0.5m以上，設(shè)計(jì)鋼板樁頂標(biāo)高為3.91m，74#墩承臺(tái)采用VI型拉森鋼板樁圍堰施工，鋼板樁長(zhǎng)度30m。圍堰尺寸16.20×15.20m。

74#承臺(tái)底標(biāo)高-8.576m，封底混凝土厚度1.5m，則74#墩承臺(tái)底至鋼板頂高度為13.986m。圍堰設(shè)置4道內(nèi)斜撐，標(biāo)高分別為3.224m，-0.276m，-3.776m及-5.776m。

鋼板樁結(jié)構(gòu)內(nèi)撐設(shè)計(jì)見(jiàn)表1所示。

設(shè)計(jì)平面見(jiàn)圖1所示，剖面見(jiàn)圖2所示。

2.2 圍堰材料選型

根據(jù)設(shè)計(jì)驗(yàn)算圍堰采用拉森VI鋼板樁鋼。（表2）

2.3 打樁設(shè)備

鋼板樁施工采用DZ60型振動(dòng)錘。

3? 鋼板樁圍堰的施工技術(shù)

3.1 鋼板樁接長(zhǎng)

30m鋼板樁的接長(zhǎng)采用12m、18m兩種規(guī)格坡口對(duì)焊，“U”形內(nèi)外側(cè)加焊勁板，焊接完成后，需檢查鎖口質(zhì)量。接長(zhǎng)的鋼板樁接縫數(shù)量單根不得超過(guò)一道。鋼板樁進(jìn)場(chǎng)先進(jìn)行變形檢查。

鋼板樁接長(zhǎng)前，首先搭設(shè)拼裝焊接臺(tái)座，將需焊接端頭進(jìn)行坡口處理，然后用夾具夾平鋼板樁、卡具固定鎖口，兩根鋼板樁腹板保持在同一水平面，并固定在牢固臺(tái)座上，防止焊接時(shí)發(fā)生變形。對(duì)焊后打磨平整，再加焊加勁板。鋼板樁接長(zhǎng)焊接完成后，用一塊長(zhǎng)約2m的同類型鋼板樁從兩側(cè)鎖口做通過(guò)檢查，檢查鎖口是否在同一直線，并檢查接長(zhǎng)后表面因焊接鋼板、坡口對(duì)焊留下的殘?jiān)龅日系K物。

在鋼板樁的插打施工時(shí)，應(yīng)注意鋼板樁的接樁焊點(diǎn)部位不能在同一平面上，相鄰樁在插打時(shí)必須采用下顛倒的方法插打。

3.2 鋼板樁施工導(dǎo)向系統(tǒng)安裝

第一層導(dǎo)向梁在樁基鋼護(hù)筒外壁上焊接安裝，采用雙拼32b工字鋼，鋼板樁合攏完成后可直接作為鋼板樁第一道圍檁使用;第二層導(dǎo)向梁采用36b工字鋼，鋼板樁合攏完成后拆除可用于鋼板樁第一道內(nèi)支撐的斜撐材料。首樁插打時(shí)為確保平面位置及垂直度，采用[10槽鋼做封閉固定裝置。鋼板樁插打時(shí)導(dǎo)向系統(tǒng)的穩(wěn)固性直接影響鋼板樁的插打質(zhì)量。

3.3 鋼板樁插打與合攏

鋼板樁插打采用50T履帶吊及90振動(dòng)錘等機(jī)械配合插打，從橫橋向中心處開(kāi)始，開(kāi)始的一部分逐塊插打，依次向兩邊進(jìn)行，最后在任一角樁附近進(jìn)行合攏先合攏后插打。插打時(shí)確保鋼板樁插直、插正，先套好鎖口，利用自重下插，當(dāng)自重下插不動(dòng)時(shí)，才使用振動(dòng)錘加壓。

鋼板樁的合攏是整個(gè)圍堰施工的關(guān)鍵工序，影響著鋼板樁圍堰的施工質(zhì)量及決定著鋼板樁的施工進(jìn)度。鋼板樁合攏口選擇在角樁橫橋向附近4～5根鋼板樁處。還剩10余根鋼板樁至合攏口時(shí)要重點(diǎn)控制鋼板樁的平面位置、軸向及法向傾斜度，后續(xù)樁插打時(shí)如有傾斜要及時(shí)予以糾偏，確保鋼板樁插打至合攏口，其軸向及法向傾斜度均控制在0.2%以內(nèi)。合攏鋼板樁鎖口要確保能與相鄰樁的鎖口相互咬合密實(shí)，應(yīng)在合攏前控制好合攏樁兩側(cè)鋼板樁高度差，高差控制在20cm左右，先與高處鋼板樁鎖口套好，再套低處鋼板樁的鎖口，先合攏后插打。

鋼板樁插打遵守“插樁正直，分散即糾，調(diào)整合攏”的施工要點(diǎn)。

3.4 內(nèi)支撐安裝

第一道內(nèi)支撐直接采用第一層導(dǎo)向梁作為圍檁，只需在圍檁下方焊接短型鋼牛腿承受圍檁自重，拆除與樁基鋼護(hù)筒連接措施;第二道內(nèi)支撐在低潮時(shí)安裝在低潮水位面，安裝第二道;第三道內(nèi)支撐在水下封底后，對(duì)鋼板樁堵漏并抽水，基坑水位距第二道內(nèi)支撐約3.5m時(shí)安放第三道內(nèi)支撐;第四道內(nèi)支撐在第三道安裝完成后繼續(xù)抽水，基坑水位距第三道內(nèi)支撐約2m時(shí)安裝?，F(xiàn)場(chǎng)如發(fā)現(xiàn)鋼板樁內(nèi)側(cè)與內(nèi)支撐型鋼之間存在部分間隙，應(yīng)采用鋼板或型鋼支墊在內(nèi)支撐和鋼板樁之間，并焊接固定在型鋼上，特別觀察內(nèi)支撐型鋼與圍堰四角的固定。

3.5 水下清淤施工

洪奇瀝特大橋封底混凝土以上土層為淤泥質(zhì)黏土，開(kāi)挖采用水下抓泥施工：

①圍堰內(nèi)清泥采用長(zhǎng)臂挖機(jī)掏泥、死角位置使用抓斗抓泥配合施工。依據(jù)鋼板樁圍堰的設(shè)計(jì)要求，在內(nèi)支撐安裝完成后，圍堰內(nèi)外水位一致的情況下開(kāi)始進(jìn)行水下清淤施工。

②抓出泥渣采用泥渣車運(yùn)輸至指定棄土場(chǎng)集中處理，禁止泥渣隨意排放至河道，避免對(duì)河道的污染。

③清淤至封底標(biāo)高后，安排潛水員下水將封底混凝土厚度范圍內(nèi)鋼護(hù)筒及鋼板樁與封底混凝土相接處面使用高壓水槍沖洗干凈，以保證封底砼與鋼板樁、鋼護(hù)筒的粘結(jié)力，防止封底失敗和基底漏水。

3.6 封底混凝土施工

①搭設(shè)封底平臺(tái)。封底平臺(tái)用鋼護(hù)筒上進(jìn)行搭設(shè)。封底平臺(tái)材料采用型鋼，方法如下：在鋼護(hù)筒上鋪設(shè)主梁，主梁采用雙拼HN600，次梁采用工36，用20*20木方搭設(shè)人員行走平臺(tái)。頂標(biāo)高與施工輔道齊平，以方便施工。

②導(dǎo)管及小料斗支承系統(tǒng)搭設(shè)。封底導(dǎo)管采用外徑Ф300mm的無(wú)縫鋼管，封底前作水壓、水密性實(shí)驗(yàn)。導(dǎo)管采用手拉葫蘆吊掛于夾具梁或平臺(tái)梁上。

③導(dǎo)管布置。導(dǎo)管的封底作用半徑按3.0m考慮，導(dǎo)管底口距離基底約15cm，澆注區(qū)布置12根導(dǎo)管。

④水下混凝土澆注?？偟捻樞颍合葷沧⒁唤?，再向外擴(kuò)散。由兩邊向中間進(jìn)行。

完成1根導(dǎo)管封口后進(jìn)行其相鄰導(dǎo)管封口，因?qū)Ч茏饔冒霃桨?m考慮，相鄰導(dǎo)管在封底前進(jìn)行導(dǎo)管懸空測(cè)量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整導(dǎo)管底口的高度。每導(dǎo)管完成封口后，控制同一導(dǎo)管60分鐘內(nèi)灌入兩次混凝土，才能確?；炷翝仓樌M(jìn)行。按每16m2布設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，澆注混凝土?xí)r作好測(cè)深詳細(xì)記錄，及時(shí)整理每根導(dǎo)管的埋深與混凝土的流動(dòng)范圍。因洪奇瀝特大橋74#墩封底混凝土厚度為2.0m，為保證導(dǎo)管有一定埋深，混凝土灌注順利時(shí)，一般不隨便提升導(dǎo)管。

混凝土澆注至封底頂面標(biāo)高時(shí)，按照測(cè)量要求，測(cè)出所有控制點(diǎn)混凝土頂面標(biāo)高，重點(diǎn)檢測(cè)護(hù)筒周邊，鋼板樁內(nèi)側(cè)四周、導(dǎo)管作用半徑相交處等位置，參照控制點(diǎn)測(cè)量結(jié)果對(duì)標(biāo)高偏低的測(cè)點(diǎn)增加導(dǎo)管單獨(dú)進(jìn)行局部補(bǔ)澆混凝土，確保封底混凝土頂面足夠平整;當(dāng)所有標(biāo)高控制點(diǎn)混凝土標(biāo)高均符合要求后，方可停止封底混凝土澆注，拆除導(dǎo)管及封底平臺(tái)，封底完成。

3.7 圍堰拆除

①支撐拆除。內(nèi)支撐分兩次進(jìn)行拆除，第一次是承臺(tái)施工結(jié)束后，回填基坑至承臺(tái)面，拆除第三道支撐;第二次是待墩柱施工結(jié)束后，回填至原海床標(biāo)高，拆除第二道及第一道內(nèi)支撐。

②拉森鋼板樁拔除。鋼板樁內(nèi)支撐拆除后即進(jìn)行鋼板樁的拔除。拔除工作前保持內(nèi)外水位一致，先從下游方向開(kāi)始拔除，對(duì)稱拔除至上游方向。拔除鋼板樁機(jī)械與插打一致，用50T履帶吊配合90振動(dòng)錘進(jìn)行鋼板樁拔除。

拔除鋼板樁時(shí)先用振動(dòng)錘夾住鋼板樁頂部振動(dòng)1至2分鐘，使鋼板樁周邊的土質(zhì)松動(dòng)產(chǎn)生“液化”及通過(guò)振動(dòng)使鋼板樁與封底混凝土分離，減少鋼板樁與附著的泥土及封底混凝土的摩阻力，然后用振動(dòng)錘慢慢往上振拔。拔樁時(shí)應(yīng)注意振動(dòng)錘和履帶吊的負(fù)荷情況，鋼板樁上拔不起或拔樁困難時(shí)，必須停止拔樁，可用振動(dòng)錘在原位振動(dòng)或往下插打鋼板樁少許，然后繼續(xù)拔樁，如此反復(fù)可將鋼板樁拔出來(lái)。

4? 鋼板樁常見(jiàn)問(wèn)題及防治措施

4.1 鋼板樁插打時(shí)可能遇到的問(wèn)題及處理措施

①鋼板樁插打過(guò)程中如果遇到石塊或前期施工時(shí)落入水中的堅(jiān)硬物體等導(dǎo)致鋼板樁不能打入或打入深度不夠時(shí)，需派潛水員進(jìn)行水下障礙物排除處理;若障礙物體積較大或障礙物埋深較深，潛水員清理存在困難，則采用弧形樁或轉(zhuǎn)角樁繞過(guò)障礙物;

②鋼板樁在插打過(guò)程中，受到淤泥層地質(zhì)中石塊或其他不明障礙物的側(cè)向不均勻擠壓作用力，容易發(fā)生偏斜。應(yīng)在發(fā)生偏斜位置將拉森鋼板樁上下反復(fù)插拔數(shù)次，可使不明障礙物使其振碎或擠壓后發(fā)生位移，使鋼板樁的平面位置及垂直度得到糾正，確保鋼板樁的軸向及法向傾斜度在規(guī)范要求以內(nèi);

③若施工過(guò)程發(fā)生將鄰樁帶入現(xiàn)象，采用的措施是將拉森鋼板樁往上拔2.0m左右，然后再進(jìn)行插打。如未解決帶入現(xiàn)象，應(yīng)將相鄰的多根樁焊接在一起，并且在施打的拉森鋼板樁的連接鎖口上涂以黃油等潤(rùn)滑劑來(lái)減少阻力。

4.2 鋼板樁圍堰的防漏水措施

鋼板樁圍堰施工中的難點(diǎn)主要是鋼板樁鎖口之間連接是否緊密，關(guān)系到圍堰抽水是否能成功，順利進(jìn)行下道工序的關(guān)鍵因素。為此，鋼板樁在施工前準(zhǔn)備、插打過(guò)程中、抓泥抽水后等每道工序加以控制。

①鋼板樁施工前準(zhǔn)備：鋼板樁到場(chǎng)后，需安排人員對(duì)索口間雜物仔細(xì)檢查并清理且觀察索口是否存在變形，嚴(yán)禁使用索口變形的鋼板樁;提前在準(zhǔn)備插打的鋼板樁鎖口內(nèi)涂抹黃油混合物油膏以防止鋼板樁鎖口位置的漏水;

②鋼板樁在插打時(shí)重點(diǎn)控制鋼板樁的平面位置、軸向及法向傾斜度，防止樁傾斜致使鋼板樁索口之間無(wú)法密貼而漏水;鋼板樁密水性主要依靠鎖口自身密實(shí)性，但是如果鎖口存在縫隙、外側(cè)水壓力過(guò)大，鋼板樁圍堰必然會(huì)出現(xiàn)滲漏。如在接縫處和轉(zhuǎn)角處等地方還會(huì)出現(xiàn)“涌砂”現(xiàn)象，且漏水嚴(yán)重堵漏困難時(shí)，在鋼板樁外側(cè)鋪設(shè)彩條布，彩條布上端固定在鋼板樁頂面，下端鋪設(shè)至河床面，然后派潛水員下水利用型鋼、石塊鋪壓穩(wěn)定后再拋填部分砂袋。

③鋼板樁圍堰在基坑抽水后，若局部范圍存在較小的滲漏，應(yīng)在基坑抽水時(shí)觀察是哪條鋼板樁鎖口漏水，利用漏水處內(nèi)外水壓差產(chǎn)生吸力在漏水處鋼板樁外側(cè)上方迅速溜干細(xì)砂、粉煤灰或鋸木屑等填充物，填充物會(huì)被吸入漏水的接縫的處，將縫隙堵塞，減少漏水量。若基坑抽水后漏水現(xiàn)象較為嚴(yán)重，則將布絮或土工布裁剪成3-5cm寬的長(zhǎng)條狀，派潛水員使用一字改錐將棉條從堵塞至漏水鋼板樁縫隙外側(cè);

④在澆注水下封底混凝土?xí)r，將混凝土頂面標(biāo)高比設(shè)計(jì)標(biāo)高低20cm，鋼板樁圍堰內(nèi)水抽干后，在基底補(bǔ)澆墊層，并在鋼板樁內(nèi)側(cè)做積水坑，為后續(xù)承臺(tái)施工提供有利條件。

5? 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益等分析

鋼板樁圍堰施工與單壁鋼圍堰、鋼管樁圍堰施工工藝相比，具有用料省、成本低、速度快、質(zhì)量好、工藝成熟、安全使用的優(yōu)點(diǎn)。

用料?。?jiǎn)伪阡搰卟捎娩摪迮c型鋼組合焊接，耗材多;鋼板樁采用定型材料，可周轉(zhuǎn)利用。

成本低：?jiǎn)伪阡搰咝枰庸?chǎng)地，且使用結(jié)束后利舊率底;鋼板樁多為租賃使用，施工周期短可大大降低成本。

速度快：鋼板樁圍堰工藝在流塑性淤泥地質(zhì)為主的圍堰施工中速度快，密水性高。

本施工技術(shù)在南沙港鐵路洪奇瀝特大橋橋梁深承臺(tái)施工中的成功應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為沿海地區(qū)類似地質(zhì)深水圍堰施工提供了經(jīng)驗(yàn)。

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