徐亞平 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司工程質(zhì)量監(jiān)督站

1 工程概況

余姚江特大橋?yàn)閷幉屑~莊橋至寧波段增建三四線重難點(diǎn)控制性工程，大橋位于既有杭深上行線余姚江特大橋上游約25 m處，主要為跨越余姚江而設(shè)。特大橋跨越余姚江采用3跨簡(jiǎn)支鋼桁梁結(jié)構(gòu)形式,孔跨布置為1 m-80 m鋼桁梁+1-128 m鋼桁梁+1 m-80 m鋼桁梁。設(shè)置有水中墩兩個(gè)，分別為14#墩及15#墩，本文重點(diǎn)對(duì)兩個(gè)水中墩的圍堰設(shè)計(jì)及施工方法進(jìn)行探討，兩個(gè)水中墩平面布置如圖1。

圖1 水中墩平面布置圖

2 工程地質(zhì)、水文條件

施工前開展工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和氣候情況調(diào)查，發(fā)現(xiàn)橋址區(qū)均分布有淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)黏土和流塑狀粉質(zhì)黏土。橋址區(qū)淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：流塑，厚度約27.5 m；粉質(zhì)黏土：流塑，厚度約6.5 m；粉質(zhì)黏土：軟塑，厚度約4.6 m；中粗砂：密實(shí)，厚度7.7 m。

寧波四季分明，冬夏季長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月，春秋季僅約2個(gè)月。主要雨季有3～6月的春雨連梅雨和8～9月的臺(tái)風(fēng)雨和秋雨，主汛期5～9月的降水量占全年的60%，施工中遇有極端天氣時(shí)應(yīng)暫停施工。

3 圍堰設(shè)計(jì)及施工工藝

3.1 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

兩主墩承臺(tái)位于余姚江水中，考慮水文、地質(zhì)情況，通過(guò)計(jì)算，對(duì)方案的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可實(shí)施性等方面分析比較，決定采用鎖口鋼管樁圍堰對(duì)主墩承臺(tái)墩身施工。逐根插打鎖口鋼管樁至設(shè)計(jì)位置，圍堰支撐、內(nèi)吸泥封底，抽水，施工承臺(tái)墩身。主墩承臺(tái)為一級(jí)承臺(tái)，承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為9 m（縱）×18.9 m（橫）×3 m（高），圍堰尺寸根據(jù)鎖口鋼管樁排布為12.69 m（縱）×21.55 m（橫），與承臺(tái)邊緣凈空為92 cm。

鎖口鋼管樁結(jié)構(gòu)形式為鋼管樁+H型鋼圍檁+鋼管樁內(nèi)撐，鎖口鋼管樁采用Q345φ820 mm×12 mm鋼管，工字鋼圍檁采用雙拼Q345H588H型鋼，內(nèi)撐采用φ609 mm×16 mm鋼管。根據(jù)實(shí)勘地層地質(zhì)情況，14#墩鎖口鋼管樁長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為38 m，錨固深度為21.61 m；15#墩鋼管樁長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為30 m，錨固深度為13.36 m。圍堰內(nèi)共設(shè)置3道內(nèi)支撐，距圍堰頂1.5 m，4.0 m，4.0 m各設(shè)置一道。封底混凝土厚2.5 m，采用C40混凝土。根據(jù)寧波地區(qū)防洪及施工洪評(píng)要求，圍堰防洪能力按照10年洪水位設(shè)計(jì)。14#、15#墩基坑從上而下共設(shè)置三道支撐，第一道支撐中心距圍堰頂為1.5 m，其余二道支撐中心間距均為4 m。圍檁均采用雙拼H588×300×12×20，加綴板焊接而成。鋼管樁圍堰滲漏一般出現(xiàn)在鎖口位置，因此施工過(guò)程中重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)鎖口的檢查。

3.2 圍堰結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

3.2.1 計(jì)算模型

圍堰結(jié)構(gòu)土壓力計(jì)算根據(jù)朗肯土壓力理論，按土層分布進(jìn)行分層計(jì)算。圍堰結(jié)構(gòu)按平面桿系結(jié)構(gòu)彈性支點(diǎn)法進(jìn)行內(nèi)力和位移的計(jì)算。支撐結(jié)構(gòu)按平面問題進(jìn)行分析，取“荷載-結(jié)構(gòu)”模式，采用彈性有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。

3.2.2 荷載組合及分項(xiàng)系數(shù)

（1）永久荷載

①結(jié)構(gòu)自重：鋼管支撐、鋼圍檁重度γ=78.5 kN/m3。

②地層壓力：豎向壓力按計(jì)算截面以上全部土柱重量計(jì)算；施工期間作用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)區(qū)土壓力按朗肯公式的主動(dòng)土壓力計(jì)算。

③水壓力：施工期間基坑內(nèi)水位按基坑底面下1.0 m計(jì)算?；油獍此粯?biāo)高2.0 m計(jì)算。

（2）可變荷載

施工超載：圍堰外側(cè)按10 kN/m2（均布）考慮，模擬棧橋鄰圍堰結(jié)構(gòu)邊及土方車、挖機(jī)作用的超載。

（3）荷載組合

圍護(hù)結(jié)構(gòu)及內(nèi)支撐體系按施工階段進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算。因本基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，在驗(yàn)算構(gòu)件強(qiáng)度時(shí)，根據(jù)浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》（DB33/T 1096-2014）采用綜合分項(xiàng)系數(shù)1.25，基坑重要性系數(shù)1.1。

3.2.3 圍堰穩(wěn)定性驗(yàn)算

（1）通過(guò)對(duì)φ820 mm×12 mm C0型鎖口鋼管樁+三道鋼支撐+水下封底混凝土進(jìn)行了圍堰穩(wěn)定性驗(yàn)算，驗(yàn)算圍護(hù)樁樁身抗彎強(qiáng)度，基坑整體穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性、抗隆起穩(wěn)定性、內(nèi)支撐、圍檁穩(wěn)定性強(qiáng)度等內(nèi)容，結(jié)果表明，圍堰整體穩(wěn)定性系數(shù)、抗隆起穩(wěn)定性等均滿足相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）φ820 mm×12 mm C0型鎖口鋼管樁圍堰+三道鋼支撐+水下封底混凝土的圍堰方案，樁身截面抗彎驗(yàn)算、樁身位移均滿足規(guī)范要求。

3.2.4 封底混凝土抗隆起驗(yàn)算

封底混凝土主要作用是：防水滲漏和抵抗水浮力在封底混凝土底部形成的彎曲應(yīng)力，以及作為承臺(tái)的承重底模。水下封底混凝土承受的荷載按照施工中最不利的情況考慮，即在圍堰封底以后，圍堰內(nèi)的水被抽干，封底混凝土將受到可能產(chǎn)生的向上水壓力的作用，封底混凝土主要受靜水壓力、自重以及封底混凝土與CO型鎖口鋼管樁圍堰、橋梁工程樁側(cè)壁摩阻力的共同作用。經(jīng)驗(yàn)算，抗隆起滿足要求。

3.3 施工工藝

3.3.1 總體施工順序

按設(shè)計(jì)順序打設(shè)鎖口鋼管樁→抽水至第一道圍欄下1 m,施工第一道支撐及圍檁→搭設(shè)鉆孔樁平臺(tái)→埋設(shè)鋼護(hù)筒、鉆樁→鉆樁完成，拆除鉆樁平臺(tái)→抽水至第二道圍檁下1 m，施工圍檁及對(duì)撐→放水至內(nèi)外水位標(biāo)高一致，吸挖泥至封底混凝土底→澆筑封底混凝土2.3 m→抽水至第三道圍檁下1 m，施工圍檁及對(duì)撐→抽水至封底混凝土頂面，拆除護(hù)筒和樁頭→澆筑0.2 m墊層→施工承臺(tái)混凝土→承臺(tái)施工完成后，承臺(tái)四周回填2.5 m砂并夯實(shí)→澆筑承臺(tái)四周50 cm混凝土→第一次墩身施工8 m→澆筑墩身頂帽→采用砂或質(zhì)粉質(zhì)黏土回填至三道支撐下1 m，拆除第三道支撐→采用砂或粉質(zhì)黏土回填至二道支撐下1 m，拆除第二道支撐→回抽水至第一道支撐下1 m，拆除第一道支撐→回抽水保持內(nèi)外水位相同→拔出鎖口鋼管樁。

3.3.2 鎖口鋼管對(duì)接焊接施工

先將鋼管對(duì)接成設(shè)計(jì)長(zhǎng)度對(duì)接，一根鋼管樁吊起平放在可旋轉(zhuǎn)的固定架上，另一根鋼管樁吊放在鋼管樁成一條直線由兩臺(tái)門架式手拉葫蘆調(diào)節(jié)至同一軸線，管口應(yīng)打坡口至5 mm然后將兩根鋼管樁定位焊接。每根鋼管樁上的鎖口要對(duì)稱對(duì)位在同一直徑線上。接口處滿焊不得高于鋼管外徑，然后在對(duì)接處緊貼管壁焊4塊加強(qiáng)鋼板（鎖扣中間焊兩塊），尺寸30×40×10（mm）瓦形板。質(zhì)量要求：焊縫飽滿、無(wú)沙眼或漏焊現(xiàn)象，鋼管樁制作標(biāo)準(zhǔn)按規(guī)定執(zhí)行。

3.3 鎖口鋼管樁插打

在圍堰上下游一定距離的河岸陸地上設(shè)置控制測(cè)量點(diǎn)。在導(dǎo)向梁安裝之前，用全站儀測(cè)放出圍堰的內(nèi)輪廓線；在鋼管樁插打過(guò)程中，用全站儀控制鎖口鋼管樁的垂直度。

（1）工工藝流程

準(zhǔn)備工作→儀器定位→安裝導(dǎo)向架→插入管樁→鎖口鋼管樁→下一根管樁施工。

（2）施工方法

①鋼管樁從上游側(cè)圍堰中心開始打入第一根鋼管樁，然后逐步向兩邊插打，在下游合龍，最初的一、二根鋼管樁的打設(shè)位置和方向要確保精度，以起到樣板的作用。為防止鎖扣中心線平面位移，在打樁進(jìn)行方向的鋼管樁鎖扣處設(shè)卡板，阻止鋼管位移。鋼管樁合龍通過(guò)精確計(jì)算，確定合龍口位置，合龍口的位置選擇在距離角樁4～5根的鋼管樁位置合攏。

②為了確保每一根鋼管樁插打準(zhǔn)確，第一根鋼管樁是插打的關(guān)鍵，第一根鋼管樁位置選擇在上游中心位置，插打前在導(dǎo)向架上設(shè)置限位裝置，大小比鋼管樁每邊放大1 cm，插打時(shí)，鋼管樁樁背緊靠導(dǎo)向架，邊插邊將吊鉤緩慢下放。

③通過(guò)檢測(cè)，確定第一根鋼管樁插打合格后，然后以第一根鋼管樁為基準(zhǔn)，再向兩邊對(duì)稱插打每一根鋼管樁到設(shè)計(jì)位置。整個(gè)施工過(guò)程中，要用全站儀始終控制每根樁的垂直度在0.5%以內(nèi)，出現(xiàn)偏差時(shí)及時(shí)調(diào)整。

④在整個(gè)鋼管樁圍堰施打過(guò)程中，開始時(shí)插一根打一根，即將每一根鋼管樁打到設(shè)計(jì)位置，到剩下最后5根時(shí)，要先插后打，若合攏有誤，用倒鏈或滑車組對(duì)拉使之合攏，合攏后，再逐根打到設(shè)計(jì)深度。

⑤連通閥安裝

為保證鋼管樁合攏后圍堰內(nèi)外水頭一致，避免因江水漲落造成圍堰內(nèi)外水頭不一致而產(chǎn)生不平衡水壓力，在鋼管樁上設(shè)置連通閥，保證圍堰內(nèi)水位不論漲還是落始終與圍堰外水位一致。圍堰在鋼管樁側(cè)壁上安裝兩個(gè)直徑30 cm的連通閥，在合攏前保持連通閥處于開啟狀態(tài)，待內(nèi)支撐安裝到位后，利用低潮位期間，關(guān)閉連通閥，開始圍堰的抽水開挖工序。

⑥每一根鋼管樁先利用自重下插，當(dāng)自重不能下插時(shí)，才進(jìn)行加壓。

⑦鋼管樁插打至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，立即與導(dǎo)向架進(jìn)行焊接，以抵抗水流沖擊。

⑧插打過(guò)程中，須遵守“插樁正直，分散即糾，調(diào)整合攏”的施工要點(diǎn)。在插打過(guò)程中，鋼管樁下端有上擠壓，鋼管樁鎖扣和鎖扣之間縫隙較大，上端總會(huì)產(chǎn)生向遠(yuǎn)離第一根鋼管樁的方向傾斜。因此，每打四五根鋼管樁就要用垂球吊線，將鋼管樁的傾斜度控制在0.5%以內(nèi)，超過(guò)限定的傾斜度應(yīng)予糾偏（一次性糾偏不能太多，以免鎖扣卡?。?。

3.3.4 封閉合攏

（1）鎖口鋼管樁由圍堰上游分兩頭插打、到下游合攏。

（2）鋼管樁圍堰合攏前，在插打至最后4～5根樁時(shí)，測(cè)量缺口的寬度，準(zhǔn)確計(jì)算出合龍樁的外徑，加工大小合適的鋼管樁運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)插打。

（3）為保證鋼管樁圍堰合龍時(shí)兩側(cè)鎖口互相平行，避免使用異型樁進(jìn)行合攏，減小合攏難度，當(dāng)鋼管樁兩端相距10～15根樁的距離時(shí)，之后每打入一根樁，均須用全站儀控制其垂直度。若樁身存在偏斜，應(yīng)逐根糾正，分散偏差，調(diào)整合攏。

4 變形監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

監(jiān)測(cè)點(diǎn)一般選在視野開闊、不影響施工、內(nèi)力和變形的關(guān)鍵特征位置，測(cè)點(diǎn)標(biāo)志應(yīng)穩(wěn)固、明顯。

（1）基坑及支護(hù)結(jié)構(gòu)

鋼管樁頂部的水平和豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿基坑周邊布置，橫橋向每側(cè)按間距（2.57+6.60+3.30+6.60+2.57）m處布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)（每邊4個(gè)點(diǎn)），縱橋向按間距(2.88+3.3+3.3+2.88)m布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)（每邊3個(gè)點(diǎn)）,樁頂四周共布置14個(gè)測(cè)點(diǎn)，均布置在鋼管樁頂。

（2）內(nèi)支撐的內(nèi)力

內(nèi)支撐的內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在第二道、第三道和第四道內(nèi)支撐上，三道支撐的監(jiān)測(cè)點(diǎn)在豎向上保持一致。每層支撐的內(nèi)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置3個(gè)，布置在兩道斜撐和對(duì)撐上，測(cè)點(diǎn)布置在支撐的端頭。

（3）坑底隆起

在基坑縱、橫向中心剖面線上，同一剖面上的測(cè)點(diǎn)不少于2點(diǎn)。

（4）圍堰內(nèi)地下水位監(jiān)測(cè)

水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在基坑中央和周邊拐角處。

4.2 監(jiān)測(cè)要求

水中深基坑及圍堰工程支護(hù)安全等級(jí)為一級(jí)，基坑監(jiān)測(cè)安全等級(jí)為一級(jí)。在整個(gè)施工過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)，實(shí)行動(dòng)態(tài)管理和信息化施工。

當(dāng)出現(xiàn)下列情況時(shí)應(yīng)提高監(jiān)測(cè)頻率：

①監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值；

②監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化較大或者速率加快；

③支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂；

④周邊平臺(tái)和棧橋出現(xiàn)較大沉降、不均勻沉降和位移變形；

⑤基坑底部、側(cè)部出現(xiàn)管涌、滲漏或流砂等現(xiàn)象；

⑥基坑底部出現(xiàn)隆起。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)設(shè)計(jì)φ820 mm×12 mmCO型鎖口鋼管樁圍堰+三道支撐+水下封底混凝土圍堰進(jìn)行整體建模，對(duì)施工工況進(jìn)行全過(guò)程模擬，分析出圍堰內(nèi)封底后抽干水工況最為不利工況，驗(yàn)算圍堰結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。施工過(guò)程中嚴(yán)格監(jiān)測(cè)、監(jiān)控，保證施工安全性，成功完成鎖口鋼管樁圍堰施工。施工效率高，工期短，取得較好經(jīng)濟(jì)效果，可供同類工程參考。