武江大桥主墩系梁、承台钢板桩围堰施工技术研究
2017-07-17
1 工程概述
本次施工的乐昌互通连接线武江大桥承台（系梁）基坑钢板桩围堰支护工程，位于乐昌市长来镇昌山村。本次围堰施工主要是为位于江中的8#～11#墩共四个墩台的施工提供施工作业条件。根据设计图纸及现场实测，各承台围堰处理河床底标高约为83～84 m，河床地质从上往下依次为约2～3 m钻渣，5 m左右厚度的卵石层，卵石层下面是约1～2 m厚度的粉质粘土，然后是中风化灰岩。围堰施工处目前水位约为87.4 m，桥位处下游约600 m是一个水电站大坝，因此根据近两年来的观察，该河段水位标高一般都保持在该水位变化不大，水流流速平缓，最大流速约0.5 m/s。
2 总体实施方案
本次施工的8#～11#墩钢板桩围堰，其中9#、10#为主墩，8#、11#为过渡墩，围堰分两次进行施工，一次同时施打一个主墩和一个过渡墩围堰，等承台墩柱施工完后再拔除钢板桩施工下一个主墩和过渡墩。9#、10#主墩围堰内净空：横桥向长约16.2 m，顺桥向宽约10.8 m，从承台边缘至钢板桩内侧最小宽度为1.6 m；8#、11#过渡墩围堰横桥向长约14.9 m，顺桥向宽约4.7 m，从系梁边缘至钢板桩内侧最小宽度为0.9 m。四个墩台钢板桩围堰共约延长200 m。
为施打钢板桩，须先在钢板桩围堰外搭设施工平台，其中9#、10#主墩在前后两面各搭设6 m宽的施工平台，8#、11#过渡墩在旁边一侧搭设一条宽6 m的施工平台，施工钢平台结构形式与施工便桥相同，采用钢管桩、工字钢和槽钢搭设。钢平台搭好后，按钢板桩围堰设计平面尺寸在桩基钢护筒上焊接工字钢框架作为打桩导向架，然后采用20 t吊车，90 kW液压振动锤，利用锤身重量及高频激震原理把拉森钢板桩振入地下。根据地质状况和水深，钢板桩采用单根长度为12 m的拉森IV型钢板桩，打入河床底以下约5 m左右，顶端露出水面约0.5～1.0 m（8#、11#墩由于地质显示底下岩层标高较高可能打到岩层时需露出水面两米以上，对于此类情况则直到打到岩层震不下去为止）。围堰支护围檩采用双拼I30工字钢，对撑采用φ630 mm×10 mm钢管桩，围堰支护共设置两道，第一道支护设置高度位于承台（系梁）面设计标高以上，大约在现有水面的高度设置；过渡墩围堰不设第二道支护，主墩围堰第二道支护设置于第一道支护以下约2.5 m处。
内支护安装好以后，潜水员配合长臂挖机整平坑底至设计标高，然后浇灌水下混凝土封底，封底砼采用C25水下砼，8#和11#过渡墩封底厚度为0.5 m，9#、10#墩封底厚度为1.0 m，封底砼顶面即为承台或系梁底面设计标高。封底砼强度达到设计强度80%以上时将坑内水排干开展承台、系梁施工。在结构施工过程中要对钢板桩围堰变形进行监测，发现问题及时处理，潜水员对于出现漏水的地方及时封堵，并用抽水机排干漏水。
3 钢板桩打设前的准备工作
3.1 施工交底
开展作业前对所有参与施工人员进行施工技术交底和施工安全技术交底，并作好安全应急预案。
3.2 钢平台搭设
为满足吊车吊锤施打钢板桩的要求，在钢板桩材料设备进场前要在围堰旁边搭设好钢平台。
3.3 人、材、机进场
钢平台搭设好以后，安排吊车和振动锤进场，在钢平台适当位置支腿准备就绪，然后根据一个围堰所需材料数量，将拉森钢板桩从卸料点陆续转运至施工现场。各类人员和焊机等小型机械进场准备就绪。
3.4 放样钢板桩围堰打设位置
首先，按施工最小工作面定出围堰布置方案，钢板桩布置的平面位置，尽量平直整齐，尽可能避免不规则的转角，以便充分利用钢板桩和便于设备支撑。按围堰平面布置方案放样出钢板桩围堰四个角点的位置。
3.5 导向架安装
为了保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，设置一定刚度的、坚固的导架，亦标“施工围檩”。
4 施工工艺流程图
施工工艺流程图如图1所示。
5 施工方法
5.1 钢板桩支护方法
钢板桩围堰支护均采用两道围檩支护，每道围檩均采用双拼I30工字钢沿周长布置。主墩围堰短边长度约10.8 m，长边约16.2 m，每道支护平面布置为：四个角距离角部约4.2 m左右用双拼I30工字钢进行斜拉对撑，使每个角部形成一个直角三角形，在长边中间位置设置一根φ630 mm×10 mm钢管作对撑。
过渡墩围堰短边长度约4.7 m，长边长度约14.9 m，四个角距离角部约2 m左右采用双拼I30工字钢进行斜拉对撑，使每个角部形成一个直角三角形，长边中间则按间距约3.4 m布置一道φ630 mm×10 mm钢管作对撑，每层支护设两根钢管对撑。
5.2 钢板桩围堰施工流程
5.2.1 施工流程
搭建施工钢平台？邛整平河床底至要求标高？邛工程放线定位板桩？邛板桩墙定位？邛安装导向钢围檩定位？邛振打钢板桩？邛封底？邛围檩安装？邛围堰内抽水？邛围檩吊入围堰内？邛抽水并将围堰内围檩用葫芦吊下沉至要求标高？邛排干水？邛结构工序施工？邛拆除支护、拔除钢板桩、拆除施工平台。
5.2.2 测量放线
根据本工程施工工作面的要求，测量放线定出钢板桩支护结构墙轴线及边线。 5.2.3 施工围檩安装
为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直、控制桩的打入精度，防止钢板桩的屈曲和提高桩的贯入能力，在打设钢板桩前，先设置一定刚度的坚固单层单面的导向钢围檩定位架。
5.2.4 屏风式打入法
钢板桩打设采用屏风打入法。将钢板桩成排插入导架内，呈屏风状，然后分批施打。施工时先将屏风墙两端的钢板桩打至设计标高或一定深度，成为定位板桩，然后在中间按顺序分1/3、1/2板桩高度呈阶梯状打入。
钢板桩打设允许误差：桩顶标高±100 mm，板桩轴线偏差±100 mm，板桩锤直度1%。
5.2.5 钢板桩的打设
插打方法：先逐根插打矩形围堰的三个边，最后一边先插合拢后再打入。实践证明：该方法速度快，合拢误差小，易合拢。
插打顺序：先上游，后下游合拢。
垂直度控制：在钢板桩正面、侧面各站一人采用吊线锥的方法检查垂直度，观察点远离钢板桩插打位置50～100 m为宜。
先用吊车将钢板桩吊至插桩点进行插桩，插桩时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽轻轻加以锤击。在打桩过程中，为保证钢板桩的垂直度，用两台仪器在两个方向加以控制。为防止锁口中心线平面位移。可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。同时在围檩上预先算出每块板块的位置，以便随时检查校正。
打桩时，开始打设的第一、二块钢板桩的打入位置和方向要确保精度，主要起样板导向作用，一般每打入1 m测量一次。
5.2.6 止水施工
一般的做法是在钢板桩施打过程中用棉絮、黄油等填充物填塞接缝。或在钢板桩全部插打完毕开始抽水安装围囹时，采用一边抽水一边在钢板桩的接缝外侧下溜细砂或锯末拌合湿砂的方法，借助水压力将细砂吸入接逢内而达到堵漏的目的，对于变形较大的接缝在围囹安装后用棉絮塞填。
5.2.7 围堰封底
封底采用C25砼，主墩封底厚度为1.0 m，过渡墩为0.5 m。
封底混凝土采用导管法，导管设计作用半径为2.0～3.0 m，封底砼采用一次连续浇注完成，潜水员配合水下整平混凝土面，控制封底砼顶标高为设计承台（系梁）底标高，如图2所示。
5.2.8 钢支撑安装与拆除
①在封底混凝土达设计强度的80%后即可抽水架设围囹和内支撑。
②支撑安放原则：先支撑后降水，分层支撑分层降水。
③围堰第一次抽水较为关键，根据钢板桩新旧程度需配置足量的水泵进行强降水。
④围堰四角处受力较复杂，为保证围堰安全性，四角采用型钢进行加强。
⑤施工观测，重点是观测围堰围囹、内支撑和钢板桩的变形。如发现变形过大，立即停止抽水，并向钢板桩围堰内注水，以减少变形。分析原因，采取加固措施后，重新抽水、安放支撑。
围囹的安装应随着抽水的深度逐层实施，安装过程中要密切注意河床水位的变化，并安排专人负责施工期间的抽水工作。值得注意的是工字钢与钢板桩的连接，由于钢板桩在插打过程中受多方面的影响，整个围堰的侧面顺直度较差，工字钢安装后与钢板桩之间有较大的间隙。为防止围堰的变形，要求将工字钢与钢板桩之间的间隙全部用型钢焊接支撑连接，围堰的四个角更应加强。如图3所示。
5.2.9 拔 桩
墩柱施工好以后将围堰内逐步拆除支护逐步注水至与堰外持平以后就可拔除钢板桩。
①钢板桩围堰拆除与围堰施工顺序相反进行。首先采用水泵加水至最下一道围堰标高处拆除最下一道钢围囹，依次循环，直至最顶一层围囹拆除完毕。
②钢板桩拔除先行由下游方向开始，对称施工至上游方向，采用振拔锤配吊车进行施工。
先用打桩机夹住钢板桩顶部振动1～2 min，使钢板桩周围的土松动，产生“液化”，减少对桩的摩擦力，然后慢慢的往上振拔。拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，先振动1～2 min后再往下锤0.5～1.0 m，然后再往上振拔，如此反复可将桩拔出来。
6 施工中遇到的常见问题及处理方法
由于河床地质结构复杂，钢板桩打拔施工中常会遇到一些难题，常采用如下几种办法解决：
①打桩过程中有时遇上大的块石或其它不明障碍物，导致钢板桩打入深度不够，采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。
②钢板桩挤进过程中受到石块等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，采取以下措施进行纠偏：在发生偏斜位置将钢板桩上拔1.0～2.0 m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石被振碎，或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜度。
③钢板桩沿轴线倾斜度较大时，采用异形桩来纠正，异形桩一般为上宽下窄和宽度大于或小于标准宽度的板桩，异形桩可根据实际倾斜度进行焊接加工。倾斜度较小时也可以用卷扬机葫芦和钢索将桩反向拉住再锤击。
④在基础较软处，有时发生施工当时将邻桩带入现象，采用的措施是把相邻的数根桩焊接在一起，并且在施打当桩的连接锁口上涂以黄油等润滑剂减少阻力。
7 结 语
文章重点的研究了钢板桩以及对各个环节稳定性的加强效果，在呈三角形或者是四边形的状态下具体施工，之后进行封堵和止水拆卸等流程的操作，进一步确保了武江大桥主墩系梁、承台钢板桩围堰的可靠性，虽然钢板桩围堰在工程中经常应用，技术也已成熟，但施工过程中还要综合考虑，采用最经济、安全、高效的施工方案。
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