鋼板樁在橋梁深水基坑工程中的應(yīng)用

王 偉

(江蘇順達(dá)工程科技有限公司)

 

摘 要:鋼板樁作為基坑施工支護(hù)結(jié)構(gòu),因其高強(qiáng)、輕型、施工效率高以及可重復(fù)利用等特點(diǎn),在我國(guó)工程領(lǐng)藝有廣泛應(yīng)用。江蘇省如皋港長(zhǎng)青沙大橋主墩基礎(chǔ)施工采用鋼板樁圍堰法,并采用獨(dú)特的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)安裝方式,在工期和效益上均取得了成功。

關(guān)鍵詞：鋼板樁 深水 基坑工程 應(yīng)用

 

1 概述

如皋港港口連接線(G204 南延)二期工程長(zhǎng)青沙大橋全長(zhǎng) 1046m,主橋采用(95+218+95)m仙鶴型雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋.引橋采用標(biāo)準(zhǔn)

跨徑為35m裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。 斗

主墩承臺(tái)尺寸為 26.9x23.2x4.8m，承臺(tái)頂面標(biāo)高為-2.2m,底標(biāo)高為-7.0m,河床即淤泥粉質(zhì)粘土層頂面標(biāo)高為-2.3m，淤泥粉質(zhì)粘土層底面標(biāo)高為-9.5m,淤泥粉質(zhì)粘土層下為粉砂層,承臺(tái)底面到最高水位線將近 11.5m。

 

2 水文概況與施工方案比較

2.1 水文概況

橋址河段處在長(zhǎng)江感潮河段、河段既受上游徑流的影響,又受到潮汐的影響。

工程河段潮汐為非正規(guī)半日淺海潮,每日兩漲兩落,潮汐的日不等現(xiàn)象明顯,一天中兩次高潮位相差較大,兩次低潮位比較接近;潮波受河槽阻力和徑流的影響變形強(qiáng)烈,漲落潮歷時(shí)不對(duì)稱,漲潮歷時(shí)短,落潮歷時(shí)長(zhǎng),潮波變形程度大潮比小潮強(qiáng)烈。汛期最高通航水位+4.5m。

2.2 施工方案比選

考慮到長(zhǎng)江通航要求及主墩水深情況,首先排除了筑島圍堰的施工方法,主要考慮套箱施工和鋼板樁圍堰施工兩種方案。套箱的結(jié)構(gòu)合理、穩(wěn)固、便于掌握,安全性較大,但成本較高、施工工期較長(zhǎng)。

另外,在下放套箱的過程中需要大型吊裝設(shè)備。鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,方便快捷,用鋼量也較省,所以是一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的方案。其優(yōu)點(diǎn)有施工進(jìn)度快;能確保工程質(zhì)量;經(jīng)濟(jì)效益好,施工中一次性輔助用料少。

經(jīng)過全面考慮與方案的比選,采用鋼板樁圍堰施工方法進(jìn)行改進(jìn)后,應(yīng)用于本工程承臺(tái)基坑開挖施工中。

3 圍堰結(jié)構(gòu)布置形式的選擇

主墩承臺(tái)尺寸為 26.9x23.2x4.8m，圍堰的平面布置應(yīng)與承臺(tái)尺寸相配合.既要保證所用鋼板樁數(shù)量少,又要保證承臺(tái)尺寸、內(nèi)撐結(jié)構(gòu)尺寸和工作寬度以及工作平臺(tái)的影響。因此,圍堰平面尺寸設(shè)計(jì)為 28.8x25.2m,共設(shè)置兩道內(nèi)支撐。圍堰頂高程為+5.0m,圍堰底高程為-19.0m,封底混凝土厚 2.8m。鋼板樁圍堰基坑支護(hù)如圖1所示。

圍堰結(jié)構(gòu)的立面布置應(yīng)根據(jù)施工水位、河床情況、圍檁結(jié)構(gòu)材料和鋼板樁類型而定。

(1)施工最高水位確定后,鋼板樁圍堰頂面標(biāo)高應(yīng)高出最高水位約 1m,以防抽水時(shí)波浪打入。根據(jù)實(shí)際勘測(cè)最高水位為+4.5m,所以將圍堰頂面標(biāo)高定位+5.0m。

(2)鋼板樁的內(nèi)支撐圍檁既支撐鋼板樁,又在鋼板樁插打時(shí)起到導(dǎo)向作用,即常說的導(dǎo)環(huán)。抽水過程中,鋼板樁受彎,內(nèi)支撐受壓,內(nèi)支撐的布置間距必須使鋼板樁的應(yīng)力超過容許值。各層內(nèi)支撐受力要均勻，且不至于受力過大而使內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)型式難以設(shè)計(jì)。但也要照顧支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化,同時(shí)還要考慮內(nèi)撐不能阻礙承臺(tái)與墩身的施工?；谏鲜隹紤]，設(shè)計(jì)了2 道內(nèi)支撐，分別位于圍堰頂 2.2m 處與6.5m處。本工程在承臺(tái)澆筑完成后,還需要在圍堰內(nèi)澆筑墩身，因此設(shè)計(jì)時(shí)將第二道內(nèi)支撐設(shè)置在承臺(tái)頂面,承臺(tái)澆筑完成后再轉(zhuǎn)換支撐,以承臺(tái)預(yù)埋件為支撐,將第二道內(nèi)支撐提前拆除。

(3)考慮到圍堰的深度,基底淤泥粉質(zhì)粘土層的厚度,鋼板樁的最小長(zhǎng)度要保證 20m,保證基底不滲漏,且鋼板樁具有足夠的剛度。

 

4 鋼板樁圍堰的計(jì)算

本工程鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)采用理論算法，并綜合考慮經(jīng)驗(yàn)算法。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn),理論算法能較準(zhǔn)確地反映圍堰的實(shí)際受力狀況，對(duì)于合理設(shè)置內(nèi)支撐和減少封底厚度起到了重要作用。

4.1 擬定方案

結(jié)合河床地質(zhì)情況及施工要求，擬采用日本進(jìn)口的SKSP-SX27 型鋼板樁進(jìn)行施工。圍堰頂面標(biāo)高擬定為+5.0m,高出最高水位 50cm。第一道內(nèi)支撐圍檁采用雙拼 45b 工字鋼，支撐鋼管采用外徑 530cm鋼管;第二道內(nèi)支撐圍檁采用 2H588x300型鋼制作,支撐鋼管采用外徑 800cm 鋼管制作,節(jié)點(diǎn)采用焊接。為確保整個(gè)圍堰的剛度和穩(wěn)定性,在每層內(nèi)支撐圍檁安裝到位后,在圍檁與鋼板樁之間加焊加勁板,形成一個(gè)整體圍堰結(jié)構(gòu)。

4.2 鋼板樁與內(nèi)支撐受力驗(yàn)算

根據(jù)河床的土質(zhì)情況和鋼板樁的人土深度,根據(jù)《公路施工手冊(cè)-橋涵》,因鋼板樁人土超過5m，可將鋼板樁下部視為固著支點(diǎn)，兩道內(nèi)支撐視為簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)。因此將鋼板樁視為下端固著的連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。

鋼板樁的荷載包括土壓力，靜水壓力和動(dòng)水壓力。動(dòng)水壓力按《公路施工手冊(cè)-橋涵》中的算式計(jì)算。靜水壓力的計(jì)算比較簡(jiǎn)單,但應(yīng)考慮在施工抽水的不同時(shí)期,靜水壓力的變化對(duì)鋼板樁圍堰的影響。土壓力按主動(dòng)土壓力計(jì)算，本工程土層為淤泥粉質(zhì)粘土層,內(nèi)摩擦角很小,可忽略不計(jì),因而取土層的浮容重來計(jì)算土壓力。

4.3 坑底穩(wěn)定性驗(yàn)算

當(dāng)圍堰內(nèi)清淤至封底混凝土底標(biāo)高位置時(shí),由于水壓力和土壓力的作用，基底有可能發(fā)生擠高隆起,再加上滲流的作用,可能引起翻砂或管涌,因此對(duì)圍堰內(nèi)基底進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算非常必要。坑底穩(wěn)定性驗(yàn)算參照《公路施工手冊(cè)-橋涵》進(jìn)行。

 

5 內(nèi)支撐系統(tǒng)的制作與下放

為了既能保證內(nèi)支撐的制作精度，又有利于內(nèi)支撐的安裝,將各個(gè)部件在鋼結(jié)構(gòu)加工廠制作,現(xiàn)場(chǎng)拼裝成整體,待檢驗(yàn)合格后,利用設(shè)置在鋼護(hù)筒上的吊掛系統(tǒng)整體下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后潛水員下水摸清下放到位的內(nèi)支撐與鋼板樁間是否存在間隙,對(duì)存在間隙的進(jìn)行抄墊。

采用吊架懸掛下放內(nèi)撐系統(tǒng)。下放步驟:

(1)在樁基施工平臺(tái)留下的兩側(cè)的兩組貝雷桁架上面，概向再對(duì)應(yīng)內(nèi)撐的節(jié)點(diǎn)位置放置4組貝雷桁架,作為吊架系統(tǒng)。

(2)用鋼絲繩與手拉葫蘆在節(jié)點(diǎn)位置吊住兩道內(nèi)支撐,兩道內(nèi)支撐之間在圍圖上加設(shè)鋼筋聯(lián)接,以便下放。

(3)起吊內(nèi)支撐系統(tǒng),拆除內(nèi)支撐制作平臺(tái),緩緩一起下放兩道內(nèi)支撐。當(dāng)上層內(nèi)支撐到位置后,固定上層內(nèi)支撐，再通過圍囹上設(shè)置的鋼筋聯(lián)接緩慢下放第二道內(nèi)支撐。在下放內(nèi)支撐的過程中(即第二道內(nèi)支撐到位前),圍堰內(nèi)不得抽水。當(dāng)?shù)诙纼?nèi)支撐到位后,由潛水員下水固定內(nèi)支撐,并與鋼板樁支撐緊密。

(4)當(dāng)內(nèi)支撐下放到位及基底清淤墊平后,即可澆筑水下封底砼,待封底砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,即可抽光圍堰中的水,抽水過程中,加強(qiáng)觀察,防止內(nèi)支撐及鋼板樁變形過大,如發(fā)現(xiàn)過大變形,應(yīng)停止抽水，加固內(nèi)支撐系統(tǒng)。

施工過程中及施工完畢后，檢查內(nèi)支撐系統(tǒng)的圈梁及內(nèi)支撐鋼管有無裂縫。圍堰內(nèi)人員應(yīng)做好安全措施,如穿救生衣,做好上撤的通道與準(zhǔn)備工作。

 

6 圍堰的合龍與堵漏

6.1 圍堰的合攏

鋼板樁合攏技術(shù)是鋼板樁圍堰施工過程中的關(guān)鍵,合攏成功與否決定了圍堰的施工質(zhì)量及進(jìn)度。

鋼板樁最后的合攏點(diǎn)選擇在任一角樁附近 4-5根鋼板樁處。為控制合攏口處鋼板樁垂直度,在距合攏口兩側(cè)還剩10余根鋼板樁時(shí)便嚴(yán)格控制鋼板樁的傾斜度。每插打一根鋼板樁就測(cè)量其軸向及法向傾斜度，并根據(jù)其傾斜度的累積增加規(guī)律及已有的施工經(jīng)驗(yàn)預(yù)計(jì)其后幾根樁的傾斜度，再后續(xù)樁插打時(shí)予以逐漸糾正,保證插打至合攏處,其軸向及法向傾斜度均控制在 0.2%以內(nèi)。

6.2 圍堰的堵漏

鋼板樁主要依靠鎖口自身密實(shí)性進(jìn)行防漏,但是如果鎖口不密、外側(cè)水壓力過大,鋼板樁圍堰會(huì)出現(xiàn)滲漏,主要在接縫處和轉(zhuǎn)角處,有的地方還會(huì)出現(xiàn)“涌砂”現(xiàn)象,對(duì)于這些問題采取如下措施進(jìn)行預(yù)防和處理:

(1)施工時(shí)的預(yù)防滲漏措施。鋼板樁滲漏一般出現(xiàn)在鎖口位置，因此施工過程中重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)鎖口的檢查。施工前用同型號(hào)的短拉森鋼板樁做鎖口滲漏試驗(yàn),檢查鋼板樁鎖口松緊程度,過松或過緊都可能導(dǎo)致拉森鋼板樁施工后滲漏;施打前在拉森鋼板樁鎖口內(nèi)抹黃油;施打時(shí)控制好垂直度，不得強(qiáng)行施打,損壞鎖口;

(2)施工后的小滲漏處理。抽水后發(fā)現(xiàn)鋼板樁鎖口漏水,但不太嚴(yán)重時(shí),抽水時(shí)觀察是哪條縫出現(xiàn)漏水,利用漏水處水壓差降產(chǎn)生吸力的原理,在漏水處鋼板樁上迅速溜下一袋干細(xì)砂或鋸木屑、粉煤灰(煤碴)等填充物,在吸力的作用下,填充物會(huì)被吸人接縫的漏水處,將漏水通道堵塞,有效的減少漏水量;

(3)施工后的大滲漏處理。抽水后發(fā)現(xiàn)鋼板樁鎖口漏水較為嚴(yán)重時(shí)，在拉森鋼板樁圍堰滲漏外側(cè)堵砂袋或內(nèi)側(cè)用板條、棉絮、麻絨等在板內(nèi)側(cè)嵌塞。在樁腳漏水處,采用局部混凝土封底等措施。若漏水嚴(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。

 

7 結(jié)語(yǔ)

在橋梁深水基礎(chǔ)施工中，由于鋼板樁圍堰的剛度較小,支撐圍囹復(fù)雜,難合攏,易漏水,所以在橋梁深水基礎(chǔ)施工中較少應(yīng)用。長(zhǎng)青沙大橋主墩基礎(chǔ)圍堰施工過程中經(jīng)過技術(shù)改進(jìn),因設(shè)計(jì)與施工得當(dāng),使其施工方便快捷,用料省,取得了較好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

 

作者簡(jiǎn)介:王 偉,江蘇順達(dá)工程科技有限公司,設(shè)計(jì)事業(yè)部副部長(zhǎng)