沈有興

（廣東省建筑工程機(jī)械施工有限公司 廣州 510500）

0 引言

目前承臺常用施工方法有套箱圍堰施工法、填土圍堰放坡開挖法及鋼圍堰挖掘法等。但在深淤泥層的沿海邊地區(qū)，每天漲潮退潮的水位高差平均達(dá)1.0 m。放坡開挖不適用，套箱施工成本過高，鋼圍堰挖掘法會造成淤泥翻涌，嚴(yán)重時支撐變形，鋼板樁傾斜，存在嚴(yán)重的安全隱患［1］。為解決以上問題，選用鋼圍堰循環(huán)抽水法施工，利用內(nèi)外水平衡的穩(wěn)定鋼板壓力，運(yùn)用抽水循環(huán)把淤泥及碎石塊抽離到樁底標(biāo)高下1 m，而后均勻沉入一層沙袋，再澆筑水下混凝土封底。待封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到85%后可以抽干鋼圍堰的水，對影響到承臺施工的部位局部清理整平，即可進(jìn)行破除樁頭及承臺的鋼筋綁扎、支模、澆筑等工序。由于封底混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度，鋼圍堰內(nèi)外受力穩(wěn)定，不會出現(xiàn)底泥翻涌現(xiàn)象，大大提高了施工安全系數(shù)［2］。

1 工程概況

某市政項目工程造價3.14億元，工期800日歷天，約2.4 km。施工內(nèi)容主要為兩條路及一座大橋，其中主橋采用跨徑布置為5 m×25 m 的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，橋梁全長125 m，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩和薄壁式橋臺。其中1#、2#、3#為水中承臺，承臺頂標(biāo)高為?1.5 m，淤泥層厚度為22.00～29.10 m 之間，常水位標(biāo)高為1.0 m，大潮期水位標(biāo)高為2.0 m。

2 深淤泥層橋梁承臺鋼圍堰關(guān)鍵施工技術(shù)分析

2.1 鋼圍堰施工

采用18 m 拉森Ⅳ鋼板樁支護(hù)，常態(tài)水位是0.5 m，漲退潮高差為1.0 m，所以鋼板樁頂標(biāo)高為2.0 m，承臺底標(biāo)高為?3.5 m。首先利用鋼護(hù)筒作為固定連接支撐點(diǎn)，做第一道支撐后打入鋼板樁［3］。為保障鋼板樁圍堰內(nèi)外水平衡，需要在漲潮方向?qū)γ嬉粋?cè)鋼板樁開窗，具體為在標(biāo)高0.5 m 及0.2 m 位置各開一個窗口。保證水能流進(jìn)鋼圍堰內(nèi)部。待封底混凝土達(dá)到強(qiáng)度后封閉窗口，抽干圍堰內(nèi)水后進(jìn)行第二道支撐施工。

2.2 循環(huán)抽水法施工

本項目采用132 kW 空壓機(jī)、25 t汽車式起重機(jī)吊及直徑為20 cm的七字型鋼管配合施工。利用起重機(jī)不斷移動鋼管反插淤泥層。通過管底氣管反向把淤泥碎石吹出鋼圍堰外面［4］。把整個圍堰內(nèi)的淤泥碎石抽離到標(biāo)高為?0.45 m 處停止，利用做好標(biāo)記的長竹竿測量標(biāo)高。

2.3 承臺封底施工

根據(jù)承臺面積大小準(zhǔn)備好沙袋，按8個/m2沙袋均勻沉入承臺底。水下混凝土采用豎管法澆筑，汽車式起重機(jī)配合移動。封底混凝土約60 cm 厚［5］。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到85%后，封閉鋼板樁進(jìn)水窗口。抽干鋼圍堰內(nèi)水，對局部封底混凝土整平達(dá)到設(shè)計標(biāo)高后進(jìn)行樁頭的鑿除工作。

3 循環(huán)抽水法施工技術(shù)分析

3.1 第一道鋼支撐施工

沖孔灌注樁鋼護(hù)筒作為臨時支撐點(diǎn)，鋼支撐圍檁為雙拼H型鋼，單榀尺寸為HW 400 mm×400 mm×13 mm×21 mm 做第一道支護(hù)及角撐。25 t汽車式起重機(jī)配合施工。

鋼支撐的材料為Q 235?B，鋼管采用DN 600 mm，壁厚12 mm 的鋼管；鋼圍檁、臨時立柱的鋼板和型鋼材質(zhì)應(yīng)符合《普通碳素鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)條件：GB 799—2006》的規(guī)定，并符合國家標(biāo)準(zhǔn)的出廠證明書。同層鋼支撐中心標(biāo)高偏差不得大于30 mm，支撐水平軸線偏差不得大于10 mm，支撐構(gòu)件兩端的標(biāo)高差不得大于20 mm。施工過程中鋼支撐不得作用施工荷載。焊條用電弧焊接Q 235?B鋼板和HPB 300鋼筋時采用E 43焊條，焊接HRB 400鋼筋時采用E 50焊條。焊接熔敷金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《碳鋼焊條：GB/T 5117—1995》和《低合金鋼焊條：GB/T 5118—1995》的規(guī)定。

3.2 鋼板樁打設(shè)

3.2.1 為保證鋼板樁打設(shè)精度采用屏風(fēng)式打入法

輕輕錘擊樁帽，可用卡板設(shè)置減輕位移。同時應(yīng)用卡尺隨時測量打卡進(jìn)度，避免施工過程精度不準(zhǔn)［6］。

3.2.2 鋼板樁的轉(zhuǎn)角和封閉合攏

由于板樁墻的長度不是鋼板樁標(biāo)準(zhǔn)寬度的整數(shù)倍，會給板樁墻的最終封閉合攏帶來困難，本次施工采用軸線修整法解決。軸線修整法通過對板樁墻閉合軸線設(shè)計長度和位置的調(diào)整，實現(xiàn)封閉合攏，封閉合攏處最好選在短邊的角部。

3.3 鋼板樁開窗及進(jìn)水

為保障鋼板樁圍堰內(nèi)外水平衡，在漲潮方向?qū)γ嬉粋?cè)鋼板樁開窗，具體為在標(biāo)高0.5 m 及0.2 m 位置各開一個窗口［7］，保證水能流進(jìn)鋼圍堰內(nèi)部，窗口尺寸為25 cm×25 cm。

在施工當(dāng)天退潮至最低水位時，用潛水泵把鋼圍堰內(nèi)水位抽到標(biāo)高為0.0 m，即可進(jìn)行開窗。

3.4 循環(huán)抽水施工

3.4.1 主要設(shè)備

空壓機(jī)采用132 kW 空壓機(jī)，如圖1 所示。使用25 t汽車式起重機(jī)起吊，直徑φ219×8七字型鋼管配合施工，根據(jù)施工現(xiàn)場設(shè)備情況，也可以用50 t汽車式履帶吊。七字型鋼管橫向為4 m，豎向為10 m［8］。

圖1 132 kW空壓機(jī)Fig.1 132 kW Air Compressor

3.4.2 施工順序

空壓機(jī)氣管沿著豎向鋼管，從上而下固定在鋼管上，氣管出氣口在彎曲向上固定在鋼管下端口。豎向鋼管自下而上6.5 m處做標(biāo)記，作為參考標(biāo)高。

3.4.3 施工過程

發(fā)動空壓機(jī)后，利用自下而上的空氣壓力，把水中的淤泥及碎石通過鋼管帶到鋼圍堰外。起重機(jī)配合移動鋼管，不斷上下反插，上下移動約50 cm。自上而下，分級把圍堰內(nèi)淤泥及碎石抽到圍堰外。每級高度為1.0 m，直到設(shè)計標(biāo)高。

3.4.4 注意事項

⑴空壓機(jī)功率較大，施工現(xiàn)場箱變一般為400～600 kW，需要規(guī)劃好用電需求，以免相互影響施工。

⑵當(dāng)出現(xiàn)突然噴漿量持續(xù)變小后，多為比鋼管內(nèi)徑更大的石塊卡口，需要停機(jī)，起重機(jī)上下移動，把大塊碎石打進(jìn)更深的淤泥層，或者移動位置繼續(xù)施工，施工過程如圖2所示。

圖2 循環(huán)抽水施工Fig.2 Circular Pumping Construction

⑶施工離設(shè)計標(biāo)高還有1.0 m 時，需要準(zhǔn)備好經(jīng)過計算的沙袋數(shù)量，以及聯(lián)系商品混凝土站準(zhǔn)備供應(yīng)水下混凝土。

3.5 沉入沙袋

3.5.1 沙袋制作

沙袋制作采用裝重25 kg，尺寸為45 cm×75 cm 的塑料編織袋，裝滿沙子或者黏土，開口用鐵絲綁扎結(jié)實，不漏口。沙袋制作如圖3所示。

圖3 沙袋制作Fig.3 Sandbag Making

3.5.2 沙袋的沉入

你知道鉛筆桿上的H、B記號是什么意思嗎？原來，鉛筆芯的硬度是由黏土和石墨的混合比例決定的。黏土的比例較大時，鉛筆芯就會比較硬，寫出的字跡也比較淡。標(biāo)在鉛筆桿上的H、B記號就表示鉛筆芯的硬度和筆跡的濃度：H是Hard（硬），B是Black（黑）。H前面的數(shù)字越大，表示這支鉛筆的筆芯越硬，寫出的字跡就越淡；B前面的數(shù)字越大，表示鉛筆芯越軟，寫出的字跡就越黑。

在第一道鋼支撐內(nèi)搭設(shè)臨時通道，按8個/m2沙袋的數(shù)量人工放入圍堰內(nèi)。均勻性檢查采用帶標(biāo)記長線，低端配重錘，人工放入水下觸碰，刻度標(biāo)記在從低端豎向向上6.1 m 處。參照鋼板樁上預(yù)留標(biāo)高點(diǎn)，控制標(biāo)高。如觸碰到面積較大的淤泥處，重新沉入沙袋，直到?jīng)]有觸碰到淤泥層為止。

3.6 水下混凝土澆筑

3.6.1 混凝土選擇

水下澆筑采用C30 商品混凝土，混凝土采用泵車泵送，25 t汽車式起重機(jī)配合施工。

3.6.2 混凝土澆筑

水下混凝土采用豎管法澆筑，導(dǎo)管直徑為25 cm，每節(jié)長2.0 m，安裝4 導(dǎo)管。25 t 汽車式起重機(jī)起吊漏斗，“Z”字型來回行走，混凝土輸送泵車導(dǎo)管跟隨泵送［9］。人工跟隨檢查，拿帶標(biāo)記的長竹竿插入水下復(fù)核澆筑標(biāo)高，直到整個圍堰內(nèi)水下混凝土澆筑完成，如圖4所示。

圖4 水下混凝土澆筑Fig.4 Underwater Concrete Pouring

3.6.3 澆筑過程注意事項

在澆筑過程中注意鋼導(dǎo)管移動不能過快，拔高不能過大，以免鋼導(dǎo)管拔離混凝土內(nèi)部，造成導(dǎo)管進(jìn)水現(xiàn)象。澆筑過程中制作標(biāo)養(yǎng)試塊，以驗證封底混凝土強(qiáng)度。

3.7 鋼板樁封窗及抽水

3.8 施工要點(diǎn)

⑴先用高壓水槍清理兩道鋼支撐殘留的淤泥，碎石等雜物，以免在后續(xù)施工中墜落傷人，清除安全隱患［10］。

⑵用高壓水槍沖洗承臺底淤泥碎石，利用循環(huán)抽水施工法將承臺底淤泥碎石抽到圍堰外部。

⑶測量承臺底標(biāo)高，在鋼板樁上劃出紅漆標(biāo)識標(biāo)高。放出承臺坐標(biāo)，對承臺范圍內(nèi)封底測量，鑿除過高位置的封底層，對過低的位置澆筑混凝土提升標(biāo)高。對承臺坐標(biāo)范圍內(nèi)進(jìn)行整平修整。施工完畢后進(jìn)行下一個樁頭破除的工序。

4 質(zhì)量控制

4.1 鋼板樁及圍檁質(zhì)量要求

當(dāng)鋼板樁與圍檁兩者之間間隙較小時，直接用鋼板將兩者之間間隙焊接填滿，當(dāng)兩者之間間隙較大時，用長度適中的H 型鋼兩端焊接在鋼板樁和圍檁上作為支撐傳力件，圍檁不能彎彎曲曲，并且鋼板樁也不能由于沒和圍檁接觸受力而傾斜。焊接坡口及焊縫兩側(cè)20 mm 區(qū)域內(nèi)的氧化皮、臟物、油污等全部清理干凈，直至見到金屬光澤方能施焊，施焊過程中嚴(yán)禁使用潮濕的焊條，焊工根據(jù)施工工藝選擇正確的焊條、焊流，焊接過程中應(yīng)注意起弧和收弧質(zhì)量，控制焊接速度不要太快，以保證焊接質(zhì)量［11］。

4.2 水下混凝土強(qiáng)度質(zhì)量要求

為保證安全，混凝土澆筑時，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊制作，要滿足《水電水利工程水下混凝土施工規(guī)范：DL/T 5309——2013》要求，混凝土取樣時應(yīng)隨機(jī)從同一運(yùn)輸車卸料量的1/4～3/4 之間抽取，同條件養(yǎng)護(hù)試件，應(yīng)由各方在混凝土澆筑入模處監(jiān)督取樣。試件的制作取樣或拌制好的混凝土拌合物，應(yīng)至少用鐵鍬再來回拌合3次。

5 國內(nèi)外同類技術(shù)相比較

國內(nèi)外現(xiàn)階段淺淤泥層橋梁承臺施工，主要采用鋼圍堰長臂挖掘機(jī)開挖法，采用兩臺長臂挖掘機(jī)雙向同時施工，以縮短開挖工作時間。土質(zhì)稍好一些的，直接全斷面開挖到設(shè)計標(biāo)高。對流塑狀淤泥采取全斷面開挖到設(shè)計標(biāo)高后，馬上進(jìn)行混凝土封底，養(yǎng)護(hù)7 d 后，再進(jìn)行下個斷面開挖，并澆筑封底混凝土，施工工期較長。

以上方法對于深淤泥層的橋梁承臺施工不適用，由于流塑淤泥翻涌的速度過快，無法開挖到設(shè)計標(biāo)高，就無法進(jìn)行混凝土澆筑施工。若采取先注漿改善土質(zhì)或者攪拌樁硬化，無疑大大增加成本，使業(yè)主變更增加投資或者是施工單位自行增加成本雙方都很難接受。套箱圍堰施工，除了套箱成本高之外，還要增加許多起重設(shè)備臺班費(fèi)用，也是一個高成本的做法。填土圍堰放坡開挖法的前提條件也需硬化基底土質(zhì)，才有足夠的強(qiáng)度保障基坑不坍塌，且在水中的部分承臺根本無法放坡開挖，近岸邊的承臺可以填土圍堰放坡開挖，也需要大量的土石方，施工完成后還要清理所填土石方，所造成的費(fèi)用同樣巨大，對深淤泥層的橋梁承臺不適用［12］。綜上所述，采用以上工法造成了前期的深淤泥層橋梁承臺施工，從設(shè)計層面就要增加改善土質(zhì)的費(fèi)用，或者套箱圍堰所用的措施費(fèi)，都不利于于合理降低項目的總投資，不利于項目的效益最大化。

6 結(jié)語

深淤泥層橋梁承臺施工，采用鋼圍堰循環(huán)抽水法，能有效地保障作業(yè)環(huán)境，確保安全生產(chǎn)。由于大橋項目在使用鋼圍堰循環(huán)抽水法施工中，使用了新的施工技術(shù)和工藝，不但大大縮短了施工工期，還有效節(jié)約了施工的成本。每個承臺節(jié)約鋼板樁租賃費(fèi)5萬元，5 個承臺合計節(jié)約25 萬元。節(jié)約挖掘機(jī)臺班費(fèi)約23 萬元。減少窩工損失、節(jié)約管理費(fèi)等約10 萬元。綜合節(jié)約成本58萬元。