王 東，成宏永

(鐵道戰(zhàn)備舟橋處，山東 齊河 251100)

1 工程概況

常益長鐵路沅江特大橋橋梁全長1 386.1 m，主跨為224 m矮塔加勁剛構斜拉橋。521#-522#墩為主橋邊墩、輔墩，橋墩基礎采用11根呈梅花型布置的?2.0 m的鉆孔樁。521#墩承臺底標高為13.732 m，522#墩承臺底標高為13.207 m，承臺為矩形鋼筋混凝土結構，尺寸為19.1 m×12.8 m×4.0 m。施工水位+30.0 m，最大流速1.2 m/s，河床地質為砂卵石層，采用“先平臺后圍堰”的施工方法進行基礎施工。

521#-522#墩均采用鋼板樁圍堰進行承臺施工，采用進口的27 m長新日鐵NSP-IVw600×210型鋼板樁，設置3道內(nèi)支撐，內(nèi)支撐采用型鋼進行加工，3道內(nèi)支撐通過聯(lián)結系連成整體。圍堰長21.6 m、寬14.4 m、高27.0 m，鋼板樁頂標高+30.5 m，樁底標高+3.5 m，封底混凝土厚3.6 m。鋼板樁結構見圖1。

圖1 521#-522#墩鋼板樁圍堰結構(單位：mm)

圍堰設計結構主要包括：內(nèi)支撐、吊放系統(tǒng)及導向系統(tǒng)。

2 方案比選

各類鋼圍堰的適用條件如表1所示。

由表1可知，從水深和覆蓋層兩個關鍵條件來講，521#-522#墩圍堰采用鋼套箱最為合適，但鋼套箱圍堰整體施工周期長、用鋼量較大、費用高且回收率低。綜合考慮工期壓力和成本因素，決定采用鋼板樁圍堰，但522#墩設計水位至承臺底距離為16.8 m，超出了適用的深水范圍，如按傳統(tǒng)的“先打樁，再逐層降水逐層安裝內(nèi)支撐”工藝施工，各工況檢算、鋼板樁抗彎強度將嚴重超限；如采用“先安支撐，后打樁”的新工藝，各工況檢算、圍堰結構受力能滿足要求。

表1 各類鋼圍堰的適用條件

3 施工方案

3.1 總體方案[1-2]

一是提前制作圍堰內(nèi)支撐，進行半成品施焊拼組；二是拆除鉆孔平臺，在鉆孔樁鋼護筒上焊接內(nèi)支撐拼組牛腿；三是因為鉆孔樁為梅花型布置，需要提前處理下放內(nèi)支撐時有障礙的鋼護筒及混凝土樁頭；四是接長鋼板樁到設計長度；五是預開挖河床到底層內(nèi)支撐標高以下；六是內(nèi)支撐下放到位后進行鋼板樁插打至合攏，進行后續(xù)的基坑開挖、混凝土封底；七是封底混凝土達到強度后抽水進行承載圍堰內(nèi)支撐的牛腿的安裝焊接、鋼護筒割除，承臺施工。

3.2 技術重點和難點

一是內(nèi)支撐的整體拼裝質量與下放過程中的位置偏差控制；二是與水平撐管位置沖突的鋼護筒及內(nèi)部混凝土樁頭的清除；三是27 m超長鋼板樁接長的直線度及打設的垂直度控制；四是圍堰使用完畢后內(nèi)支撐的拆除。

4 施工關鍵技術

主要施工流程為：平整河床→割除內(nèi)支撐處鋼護筒→安裝內(nèi)支撐拼裝平臺牛腿→制作并拼裝3層內(nèi)支撐及聯(lián)結系→安裝改造提升的鋼護筒→安裝吊掛下放裝置→提升并下放內(nèi)支撐→插打鋼板樁→圍堰清淤至封底混凝土底標高→澆筑封底混凝土→抽水、承臺施工→拆除鋼板樁圍堰。

4.1 河床預開挖及整平

因墩位處河床地質屬板結卵石與碎砂石混合型，且河床高于圍堰第3層支撐的設計標高，經(jīng)反復嘗試探索，采用了空壓機的氣舉法+長臂挖機的組合方式進行河床開挖。長臂挖機主要用于松動局部板結層，空壓機氣舉用于大規(guī)模開挖。預開挖為自然塌方放坡式開挖，開挖方量較大，且過程中會不斷回淤，故開挖需要超過第3層內(nèi)支撐最少0.5 m，才可以滿足內(nèi)支撐順利的吊放到位。

4.2 沖突部位鋼護筒的處理

圍堰四角的4根鋼護筒與斜撐位置沖突，中心的鋼護筒與平撐位置沖突，均需提前處理。通過振動錘吊掛鋼管樁試打的方式探測到5根鋼護筒內(nèi)混凝土樁頭均高于第3層內(nèi)支撐標高。為了加快進度，將原設計的四角斜撐的?1 000 mm×12 mm的鋼管更換為?630 mm×12 mm鋼管+C50混凝土填充的鋼管樁混凝土結構，因管徑變小，避開了四角的臨近鋼護筒。針對中心的鋼護筒，先用泥漿泵及高壓水槍對鋼護筒內(nèi)鉆孔樁殘余淤泥進行清理，之后在鋼護筒內(nèi)低于水面6 m的位置安裝三角形支撐，采用人工清除高出的混凝土樁頭部分，最后水下割除鋼護筒。通過上述兩種措施，確保了內(nèi)支撐的下放能順利到位。

4.3 平臺搭設及內(nèi)支撐拼裝

在外圍鉆孔樁的鋼護筒外側焊接牛腿，因枯水期水位穩(wěn)定，牛腿底部高出河水面30 cm即可。內(nèi)支撐由圍檁和撐桿構成，在后場加工各類構件，對隱蔽性焊縫及關鍵部位焊縫進行跟蹤查看，做好記錄。因圍堰3層內(nèi)支撐為整體結構，制作時先將長、短邊圍檁焊接為整體，然后將3層的各類撐桿用豎向連接桿件焊接為整體，再將各層圍檁與撐桿拼焊成整體。

4.4 提升系統(tǒng)安裝和內(nèi)支撐吊放

采用千斤頂和精軋螺紋鋼做內(nèi)支撐的提升下放系統(tǒng)，拼組完內(nèi)支撐后在四角鋼護筒上高出第2層內(nèi)支撐1 m以上部位安裝提升墊梁、千斤頂?shù)忍嵘到y(tǒng)；在第2層內(nèi)支撐的圍檁底部四角各安裝一根托梁，用于固定螺紋鋼的底部(如圖2所示)。在內(nèi)支撐上安裝導向限位裝置，吊放入水過程中，實時復測內(nèi)支撐的平面位置，及時調整，確保偏差符合要求。

圖2 提升系統(tǒng)結構

4.5 鋼板樁接長及插打

制作鋼板樁接長胎具，放樣制作鋼板樁對接模具，嚴格控制直線度，對變形鋼板樁進行校正，對接頭處進行打磨，確保鋼板樁順直度。在打設時，采取雙向控制垂直度，同時嚴格控制每片樁的平面位置，確保順利合攏。對于27 m的超長鋼板樁，初始下沉速度要緩慢，入土10 m后方可加快下沉速度。針對河床局部有硬層易導致鋼板樁打脫槽的情況，可在樁底的鎖槽附近焊接1根長約20 cm的?16 mm圓鋼作為限位防脫裝置，可有效防止脫槽現(xiàn)象的發(fā)生。

為了確保插打位置準確，第1片鋼板樁定位準確是保證插打質量的關鍵。在內(nèi)支撐上按照設計位置設置一個用型鋼制作的鋼板樁限位框架，框架內(nèi)部大小比鋼板樁每邊放大1 cm，吊裝插入鋼板樁，讓鋼板樁背靠內(nèi)支撐豎直，調整好鋼板樁的垂直度后用振動錘打入。把第1根鋼板樁和內(nèi)支撐焊接固定，然后以第1根鋼板樁為基準，再分別向兩邊對稱插打鋼板樁直至合攏。

4.6 清淤及封底

鋼板樁打設合攏后，二次基坑開挖吸泥至設計標高，用鋼護筒水下清洗器、高壓水槍對封底混凝土厚度以內(nèi)的鋼護筒外壁、鋼板樁腹板及根部進行清洗，最后進行水下混凝土封底，砼強度達標后抽水、割除鋼護筒、破除樁頭，進行承臺作業(yè)。

4.7 內(nèi)支撐拆除

承臺完成后進行內(nèi)支撐體系轉換，墩身施工完成后常規(guī)割除第3層內(nèi)支撐。但第1、2層支撐因受力較大，無法采用傳統(tǒng)的“干割法”進行割除，設計方案為圍堰完全回灌水后用潛水員水下割除，但因成本較高、不易割透，且構件割斷后在應力釋放時會出現(xiàn)回彈現(xiàn)象給潛水員的人身安全帶來很高的風險，經(jīng)研究論證后，采用了“先割離，后回水，再吊除”的創(chuàng)新工藝。即在圍堰內(nèi)注水至內(nèi)支撐下50 cm，先將圍檁用“L”形縫割斷(如圖3所示)，割斷后長、短邊圍檁由原全焊固結變?yōu)榛ハ嗲短字蔚你q接方式；然后將四角斜撐鋼管在靠近長邊圍檁處割開一寬2 cm的縫隙，縫隙割除過程中兩端會再次擠壓受力，在割斷的四大塊內(nèi)支撐構件上設置吊裝鋼絲繩提前牽引至樁頂拴系好，同法處理第1層內(nèi)支撐。圍堰內(nèi)注水與河面持平，先拔除部分鋼板樁對內(nèi)支撐進行應力釋放，再依次吊除第1層、第2層內(nèi)支撐預先割斷的大塊構件。

圖3 內(nèi)支撐割除

5 結束語

常益長沅江特大橋水中墩27 m鋼板樁圍堰“逆作法”施工中進行了多項技術創(chuàng)新和工藝改進，成功探索出了一種深水基坑超長鋼板樁的施工工藝，同時取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。工效高、經(jīng)濟成本低，為類似工況的橋梁基礎施工提供了成熟的經(jīng)驗借鑒。