徐秋紅

(中鐵大橋局第九工程有限公司，廣東 中山 528437)

0 前 言

韓江東特大橋主汊橋位于韓江沖積平原區(qū)，橋位跨越韓江主流，江面寬約435 m，水深約5～8 m，平時(shí)有當(dāng)?shù)貪O船或砂船通航。韓江徑流主要由降雨產(chǎn)生，年降水量與年徑流量成正比，每年汛期一般為4月至9月，最高峰出現(xiàn)在6月。主汊橋?yàn)?10+210+110=430 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，主墩Z(yǔ)18Y17#承臺(tái)采用整體式矩形承臺(tái)，平面尺寸35.75 m×17 m×5 m，河床高程-0.5 m，承臺(tái)底高程-7.6 m，水位高時(shí)可達(dá)+5 m，圍堰施工屬于深水基坑施工。

1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

1.1 工程地質(zhì)

圍堰內(nèi)地層結(jié)構(gòu)按巖土分層自上而下劃分見(jiàn)表1。

表1 Z18Y17#墩鋼板樁圍堰土層參數(shù)表

1.2 水文地質(zhì)

水文地質(zhì)參數(shù)為：①流速1.5 m/s；②水位(百年)5.0 m；③汛期6～9月，枯水期1～3月。

2 選擇鋼板樁圍堰及干挖干封的依據(jù)

選擇依據(jù)為：①韓江東溪上下游有水閘，大型船舶無(wú)法進(jìn)場(chǎng)，無(wú)法采用雙壁鋼圍堰的方案；②河床以下為淤泥層，由淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土組成，總層厚在10～20 m，適合鋼板樁插打，可操作性強(qiáng)；③承臺(tái)底為粉質(zhì)黏土層，為不透水層；④現(xiàn)場(chǎng)墩位處做滲水性試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示滲水系數(shù)0.02，表明基底土層具備圍堰干挖施工條件。

3 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

3.1 鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)

主墩鋼板樁圍堰平面尺寸38.40 m×20.4 m，采用拉森VI鋼板樁(PU600×210)，設(shè)置3層內(nèi)支撐。頂?shù)讓觾?nèi)支撐圈梁采用2HN800×300型鋼，撐管采用Φ820×8 mm鋼管；中層內(nèi)支撐圈梁采用2HN900×300型鋼，撐管采用Φ1000×10 mm鋼管，撐管與圈梁之間采用焊接連接。

施工時(shí)，先在中層內(nèi)支撐處設(shè)置外導(dǎo)環(huán)，插打鋼板樁，再吸泥至-1.90 m，將頂中層內(nèi)支撐整體下放到設(shè)計(jì)位置后，圍堰內(nèi)抽水開(kāi)挖至-5.90 m，安裝底層內(nèi)支撐，然后繼續(xù)開(kāi)挖至墊層底(-8.10 m)，澆筑墊層混凝土，待其達(dá)到強(qiáng)度后，拆除底層內(nèi)支撐，施工承臺(tái)。

3.2 計(jì)算模型的建立

鋼板樁圍堰的頂面標(biāo)高按施工期汛期最高水位取+5.5 m。最不利工況為圍堰抽水干挖至標(biāo)高封底前。圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用midas軟件，其中拉伸Ⅵ型鋼板樁按板單元模擬，鋼圍囹與內(nèi)支撐按梁?jiǎn)卧M。以Z18Y17#主墩為例，說(shuō)明計(jì)算過(guò)程及結(jié)果。Z18Y17#墩各工況施工參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 各工況荷載組合表 單位：m

工況一

工況二

工況三

工況四

表3 鋼板樁圍堰計(jì)算結(jié)果匯總表

3.3 鋼板樁穩(wěn)定性驗(yàn)算

在水土壓力作用下，當(dāng)圍堰內(nèi)吸泥完成，鋼板樁內(nèi)側(cè)入土深度為10.4 m時(shí)，圍堰在內(nèi)外水土壓力作用下的穩(wěn)定性滿足要求。見(jiàn)圖2。

3.4 鋼板樁封底計(jì)算

本方案采用圍堰干挖干封工藝，故主要計(jì)算圍堰內(nèi)側(cè)抗隆起驗(yàn)算。

基坑外鋼板樁底面以上土的加權(quán)平均重度：γm1=15.5 kN/m3；

基坑內(nèi)鋼板樁底面以上土的加權(quán)平均重度：γm2=17.4 kN/m3；

基坑底面至鋼板樁底面的土層厚度：D=10.4 m；

基坑深度：h=13.1 m；

鋼板樁底面以下土的粘聚力c=18kPa，內(nèi)摩擦角φ=15.1°；

承載力系數(shù)：Nq=tg2(45°+0.5φ)eπtanφ=3.98；Nc=(Nq-1)/tanφ=11.0；

則KS=2.5>1.4；

滿足規(guī)范要求。

圖2 嵌固穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖

4 鋼板樁圍堰施工

4.1 圍堰鋼圍囹與支撐結(jié)構(gòu)

圍囹與支撐結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 圍囹與支撐結(jié)構(gòu)

4.2 圍囹與支撐的安裝、下放及拆除

采用逆作的方法，先安裝第二層圍囹與支撐到位，再打設(shè)鋼板樁(見(jiàn)圖4)。

圖4 第二層圍囹與支撐與鋼板樁插打

第二層圍囹、支撐鋼板樁插打完成后，安裝第一層圍囹與支撐及第一層與第二層層圍囹、支撐聯(lián)接系(見(jiàn)圖5)。

圖5 第一層圍囹、內(nèi)支撐拼裝

第一、二層圍囹、支撐安裝及下放；利用橋梁樁基鋼護(hù)筒組成吊架體系、第一層、第二層整體吊裝、下放鋼圍囹至設(shè)計(jì)位置。

圍囹與支撐安裝及下放過(guò)程中，應(yīng)跟蹤測(cè)量，確保定位準(zhǔn)確。圍囹與支撐的安裝、下放系統(tǒng)見(jiàn)圖6。

圖6 圍囹與支撐吊裝、下放系統(tǒng)

圍堰第一、二層內(nèi)支撐完成后，開(kāi)始圍堰內(nèi)挖泥，挖泥采用抓斗，挖至第三層內(nèi)支撐標(biāo)高-5.9 m時(shí)停止挖泥，抽干圍堰內(nèi)水，在鋼板樁上安裝第三層內(nèi)支撐牛腿，以其作為依托搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行第三層圍囹與支撐拼裝(見(jiàn)圖7)。

圖7 第三層圍囹內(nèi)支撐拼裝

第三層圍囹與支撐安裝完畢后，圍堰內(nèi)繼續(xù)挖泥至設(shè)計(jì)標(biāo)高，清理鋼板樁圍堰周邊及樁基護(hù)筒邊遺留泥土，基底找平，澆筑80 cm厚封底混凝土，待封底混凝體達(dá)到強(qiáng)度后體系轉(zhuǎn)換，拆除第三層圍囹與支撐，進(jìn)入承臺(tái)施工工序。見(jiàn)圖8。

圖8 第三層圍囹內(nèi)支撐拆除承臺(tái)施工

鋼圍囹與支撐拆除：承臺(tái)施工完畢拆除模板，在圍堰與承臺(tái)間灌砂注水使其密實(shí)，頂部澆筑50 cm厚度混凝土，待強(qiáng)度上來(lái)后拆除第二層內(nèi)支撐與墩身沖突的四根對(duì)撐管，進(jìn)行墩身施工。

4.3 鋼板樁施打

施打由上游寬度方向開(kāi)始，與下游寬度方向處合龍，依次完成鋼板樁的打設(shè)。

4.4 鋼板樁堵漏

基坑抽水后，在鋼板樁接縫出現(xiàn)滲漏水處，采用瀝青麻絮由潛水員進(jìn)行填塞，同時(shí)在圍堰外上游方向撒鋸末和砂等方法來(lái)進(jìn)行堵漏。

4.5 鋼板樁拔除

按照“先打后拔、后打先拔”的原則一次對(duì)鋼板樁進(jìn)行拔除。

5 承臺(tái)挖基

Z18Y17#主墩鋼板樁圍堰基坑設(shè)計(jì)尺寸38.4 m×20.4 m，最大挖深9 m，單個(gè)基坑最大開(kāi)挖量達(dá)7 050 m3。

本工程鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)為干挖干封的條件下進(jìn)行，此時(shí)圍堰內(nèi)水已抽完，圍堰結(jié)構(gòu)受力依靠鋼圍囹與支撐受力。在開(kāi)挖初期，采用長(zhǎng)臂挖機(jī)進(jìn)行挖基，在開(kāi)挖后期，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用抓斗配合人工的方法進(jìn)行挖基，此辦法可大大地提高開(kāi)挖的效率。

基坑內(nèi)清理出來(lái)的泥砂由翻斗車運(yùn)至指定點(diǎn)進(jìn)行存放，比以往的水下吸泥泵挖基更環(huán)保，效率高，安全質(zhì)量更可靠。

6 防止基坑底部隆起的措施

基坑抽水開(kāi)挖過(guò)程中，安排測(cè)量人員在鋼圍堰上口布設(shè)側(cè)點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)不間斷的監(jiān)控，并安排專人進(jìn)行巡視。若圍堰位移出現(xiàn)大的偏差，鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異響，樁體發(fā)生傾斜等情況，即視為基坑底部已發(fā)生隆起，應(yīng)立即停止開(kāi)挖，并采取向基坑內(nèi)灌水，回填砂石等應(yīng)急處理方法，再會(huì)同設(shè)計(jì)方研究下一步處理方案。

7 承臺(tái)施工及支撐的受力轉(zhuǎn)換

Z18Y17#水中主墩承臺(tái)厚5 m，方案一次成型澆筑。鋼板樁圍堰墊層混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除圍堰第三層鋼圍囹與支撐，完成第一次圍堰體系轉(zhuǎn)換。承臺(tái)混凝土澆筑后模板拆除完，在承臺(tái)與圍堰結(jié)構(gòu)之間回填砂，采用水密法使砂層密實(shí)后在其頂部澆筑80 cm厚的混凝土進(jìn)行封閉，完成圍堰的第二次體系轉(zhuǎn)換。待拆除第一、二層與墩身相沖突兩根橫向支撐，完成墩身出水，墩身出水后圍堰內(nèi)灌水逐次拆除第二層和第一層鋼圍囹與支撐，最后拔除鋼板樁，完成水下承臺(tái)施工。

8 結(jié)束語(yǔ)

廣東地區(qū)水系發(fā)達(dá)，水道眾多，為減少墩臺(tái)對(duì)水流的影響，橋梁跨越水道通常采用低樁承臺(tái)的設(shè)計(jì)。對(duì)于河床以下淤泥層、淤泥質(zhì)粉砂層等軟土較厚的地層條件，采用鋼板樁圍堰的圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案解決深水橋梁低樁承臺(tái)的施工難題，不但是安全可行的，而且也是經(jīng)濟(jì)合理的。特別是對(duì)于施工區(qū)域空間受限、雙壁鋼圍堰等其他圍堰方式整體浮運(yùn)就位困難的地段，采用鋼板樁圍堰能最大程度地減少所受區(qū)域位置的限制，更顯方便、靈活。

[ID:009096]