鋼板樁在橋梁深水基坑工程中的應用

王 偉

(江蘇順達工程科技有限公司)

 

摘 要:鋼板樁作為基坑施工支護結構,因其高強、輕型、施工效率高以及可重復利用等特點,在我國工程領藝有廣泛應用。江蘇省如皋港長青沙大橋主墩基礎施工采用鋼板樁圍堰法,并采用獨特的內支撐結構安裝方式,在工期和效益上均取得了成功。

關鍵詞：鋼板樁 深水 基坑工程 應用

 

1 概述

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

跨徑為35m裝配式部分預應力混凝土連續箱梁。 斗

主墩承臺尺寸為 26.9x23.2x4.8m，承臺頂面標高為-2.2m,底標高為-7.0m,河床即淤泥粉質粘土層頂面標高為-2.3m，淤泥粉質粘土層底面標高為-9.5m,淤泥粉質粘土層下為粉砂層,承臺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半日淺海潮,每日兩漲兩落,潮汐的日不等現象明顯,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烈,漲落潮歷時不對稱,漲潮歷時短,落潮歷時長,潮波變形程度大潮比小潮強烈。汛期最高通航水位+4.5m。

2.2 施工方案比選

考慮到長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。套箱的結構合理、穩固、便于掌握,安全性較大,但成本較高、施工工期較長。

另外,在下放套箱的過程中需要大型吊裝設備。鋼板樁圍堰結構簡單,方便快捷,用鋼量也較省,所以是一個經濟可行的方案。其優點有施工進度快;能確保工程質量;經濟效益好,施工中一次性輔助用料少。

經過全面考慮與方案的比選,采用鋼板樁圍堰施工方法進行改進后,應用于本工程承臺基坑開挖施工中。

3 圍堰結構布置形式的選擇

主墩承臺尺寸為 26.9x23.2x4.8m，圍堰的平面布置應與承臺尺寸相配合.既要保證所用鋼板樁數量少,又要保證承臺尺寸、內撐結構尺寸和工作寬度以及工作平臺的影響。因此,圍堰平面尺寸設計為 28.8x25.2m,共設置兩道內支撐。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如圖1所示。

圍堰結構的立面布置應根據施工水位、河床情況、圍檁結構材料和鋼板樁類型而定。

(1)施工最高水位確定后,鋼板樁圍堰頂面標高應高出最高水位約 1m,以防抽水時波浪打入。根據實際勘測最高水位為+4.5m,所以將圍堰頂面標高定位+5.0m。

(2)鋼板樁的內支撐圍檁既支撐鋼板樁,又在鋼板樁插打時起到導向作用,即常說的導環。抽水過程中,鋼板樁受彎,內支撐受壓,內支撐的布置間距必須使鋼板樁的應力超過容許值。各層內支撐受力要均勻，且不至于受力過大而使內支撐結構型式難以設計。但也要照顧支撐結構設計的簡化,同時還要考慮內撐不能阻礙承臺與墩身的施工。基于上述考慮，設計了2 道內支撐，分別位于圍堰頂 2.2m 處與6.5m處。本工程在承臺澆筑完成后,還需要在圍堰內澆筑墩身，因此設計時將第二道內支撐設置在承臺頂面,承臺澆筑完成后再轉換支撐,以承臺預埋件為支撐,將第二道內支撐提前拆除。

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

 

4 鋼板樁圍堰的計算

本工程鋼板樁圍堰設計采用理論算法，并綜合考慮經驗算法。經實踐檢驗,理論算法能較準確地反映圍堰的實際受力狀況，對于合理設置內支撐和減少封底厚度起到了重要作用。

4.1 擬定方案

結合河床地質情況及施工要求，擬采用日本進口的SKSP-SX27 型鋼板樁進行施工。圍堰頂面標高擬定為+5.0m,高出最高水位 50cm。第一道內支撐圍檁采用雙拼 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,節點采用焊接。為確保整個圍堰的剛度和穩定性,在每層內支撐圍檁安裝到位后,在圍檁與鋼板樁之間加焊加勁板,形成一個整體圍堰結構。

4.2 鋼板樁與內支撐受力驗算

根據河床的土質情況和鋼板樁的人土深度,根據《公路施工手冊-橋涵》,因鋼板樁人土超過5m，可將鋼板樁下部視為固著支點，兩道內支撐視為簡支結構。因此將鋼板樁視為下端固著的連續梁進行計算。

鋼板樁的荷載包括土壓力，靜水壓力和動水壓力。動水壓力按《公路施工手冊-橋涵》中的算式計算。靜水壓力的計算比較簡單,但應考慮在施工抽水的不同時期,靜水壓力的變化對鋼板樁圍堰的影響。土壓力按主動土壓力計算，本工程土層為淤泥粉質粘土層,內摩擦角很小,可忽略不計,因而取土層的浮容重來計算土壓力。

4.3 坑底穩定性驗算

當圍堰內清淤至封底混凝土底標高位置時,由于水壓力和土壓力的作用，基底有可能發生擠高隆起,再加上滲流的作用,可能引起翻砂或管涌,因此對圍堰內基底進行穩定性驗算非常必要。坑底穩定性驗算參照《公路施工手冊-橋涵》進行。

 

5 內支撐系統的制作與下放

為了既能保證內支撐的制作精度，又有利于內支撐的安裝,將各個部件在鋼結構加工廠制作,現場拼裝成整體,待檢驗合格后,利用設置在鋼護筒上的吊掛系統整體下放至設計標高，然后潛水員下水摸清下放到位的內支撐與鋼板樁間是否存在間隙,對存在間隙的進行抄墊。

采用吊架懸掛下放內撐系統。下放步驟:

(1)在樁基施工平臺留下的兩側的兩組貝雷桁架上面，概向再對應內撐的節點位置放置4組貝雷桁架,作為吊架系統。

(2)用鋼絲繩與手拉葫蘆在節點位置吊住兩道內支撐,兩道內支撐之間在圍圖上加設鋼筋聯接,以便下放。

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

(4)當內支撐下放到位及基底清淤墊平后,即可澆筑水下封底砼,待封底砼達到設計強度后,即可抽光圍堰中的水,抽水過程中,加強觀察,防止內支撐及鋼板樁變形過大,如發現過大變形,應停止抽水，加固內支撐系統。

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

 

6 圍堰的合龍與堵漏

6.1 圍堰的合攏

鋼板樁合攏技術是鋼板樁圍堰施工過程中的關鍵,合攏成功與否決定了圍堰的施工質量及進度。

鋼板樁最后的合攏點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,在距合攏口兩側還剩10余根鋼板樁時便嚴格控制鋼板樁的傾斜度。每插打一根鋼板樁就測量其軸向及法向傾斜度，并根據其傾斜度的累積增加規律及已有的施工經驗預計其后幾根樁的傾斜度，再后續樁插打時予以逐漸糾正,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。

6.2 圍堰的堵漏

鋼板樁主要依靠鎖口自身密實性進行防漏,但是如果鎖口不密、外側水壓力過大,鋼板樁圍堰會出現滲漏,主要在接縫處和轉角處,有的地方還會出現“涌砂”現象,對于這些問題采取如下措施進行預防和處理:

(1)施工時的預防滲漏措施。鋼板樁滲漏一般出現在鎖口位置，因此施工過程中重點加強對鎖口的檢查。施工前用同型號的短拉森鋼板樁做鎖口滲漏試驗,檢查鋼板樁鎖口松緊程度,過松或過緊都可能導致拉森鋼板樁施工后滲漏;施打前在拉森鋼板樁鎖口內抹黃油;施打時控制好垂直度，不得強行施打,損壞鎖口;

(2)施工后的小滲漏處理。抽水后發現鋼板樁鎖口漏水,但不太嚴重時,抽水時觀察是哪條縫出現漏水,利用漏水處水壓差降產生吸力的原理,在漏水處鋼板樁上迅速溜下一袋干細砂或鋸木屑、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。抽水后發現鋼板樁鎖口漏水較為嚴重時，在拉森鋼板樁圍堰滲漏外側堵砂袋或內側用板條、棉絮、麻絨等在板內側嵌塞。在樁腳漏水處,采用局部混凝土封底等措施。若漏水嚴重堵漏困難時,在鋼板樁外側鋪設彩條布,彩條布上端固定在鋼板樁頂面,下端鋪設至河床面,然后派潛水員下水利用型鋼、石塊鋪壓穩定后再拋填部分砂袋。

 

7 結語

在橋梁深水基礎施工中，由于鋼板樁圍堰的剛度較小,支撐圍囹復雜,難合攏,易漏水,所以在橋梁深水基礎施工中較少應用。長青沙大橋主墩基礎圍堰施工過程中經過技術改進,因設計與施工得當,使其施工方便快捷,用料省,取得了較好的社會效益與經濟效益。

 

作者簡介:王 偉,江蘇順達工程科技有限公司,設計事業部副部長