钢板桩填土筑岛围堰在跨海港桥梁浅滩区域桥墩施工中的应用
2017-11-13
1、工程概况
临海高等级公路是江苏省政府实施的重点工程，是整个沿海大开发的通道，途径连云港市、盐城市和南通市沿海地区，其中启东段位于启东市，从海门市交界处开始顺着一道海堤内侧向东南方向延伸，先后跨越大洋港、茅家港、新港河和蒿枝港后，在东元港接入现有海防公路，最终在寅阳镇与沿江公路顺接。临海高等级公路（启东北段）LHQD-QL标包括三座大桥：分别为大洋港大桥、蒿枝港大桥和茅家港大桥，三座大桥均跨越现有闸外出海口的港道，大洋港大桥和蒿枝港大桥主桥采用预应力混凝土连续箱梁结构，跨径分别为（50+80+50m）和（51+85+51）m。大洋港大桥主桥主墩采用钢筋混凝土圆端形实体式桥墩，钻孔灌注桩基础，主墩承台厚度为3.0m、平面尺寸为12.4×7.7m的矩形形状，底标高为-1.5m；基桩为直径1.8m的钻孔灌注桩，每个承台设6根。蒿枝港大桥主桥主墩采用钢筋混凝土圆端形实体式桥墩，钻孔灌注桩基础，主墩承台厚度为3.0m、平面尺寸为13.7×7.6m，两端部为圆弧形，底标高为-0.6m；基桩为直径1.8m的钻孔灌注桩，每个承台设6根。
2、桥址处自然条件
大洋港大桥和蒿枝港大桥主墩均位于港道内的航道两侧浅滩区域，主桥桥墩处地表水主要为黄海潮汐来水，港道水面宽度和水深随潮汐大小而发生变化，港道内主要为渔船通行。黄海每天有两次潮汐，每天潮汛往后推约40分钟～1个小时，根据历史水文资料和经观测一般最大潮汛涨潮时（农历初一～初三、十五～十八）最高水位高程约为2.8～3.0m、最小潮汛涨潮时（农历初八～初十、二十二～二十四）最高水位高程约为1.8～2.0m，退潮后港道内基本无水，桥墩处河床高程约为-1.5～+0.5m，平均潮差3.38m、大潮平均潮差4m。主墩所在位置一般最大水深为2.0～4.5m，淤泥深度为1.0m左右，河床下的土质主要为淤泥质粉质粘土夹薄层粉土、粉砂和粉质粘土与粉土互层。
3、方案确定
考虑在主墩桩基施工时需设置平台，承台施工时需进行围堰和深基坑开挖。根据现场实际情况，大洋港大桥15#主墩处河床标高较高受潮水影响小，采用在外侧打设木桩挡土后直接填土筑岛围堰施工；大洋港大桥16#主墩和蒿枝港大桥7#、8#主墩处河床标高低受潮水影响大，采用在四周打设钢板桩填土筑岛围堰施工。本文主要介绍钢板桩填土筑岛围堰施工方法，首先修筑施工便道和工作平台至各墩处，在承台周围打设拉森钢板桩，待钢板桩打设完成、安装对拉杆后在围堰内部填土至桩顶作为桩基施工平台；待钻孔灌注桩施工完成后开挖基坑和安装围檩、内支撑，并拆除对拉杆，然后进行承台施工；在承台与钢板桩之间回填土方后拆除围檩、内支撑，最后进行墩身施工，墩身完成后即可将钢板桩拔除。
4、施工工艺技术
4.2、围堰设计
4.2.1、蒿枝港大桥7#和8#主墩：钢板桩打设时距离承台外侧1.5m，围堰的平面尺寸为35.2m×10.6m，由于主墩处河床地势存在高差，当河床标高在-0.9m以下时采用15m长钢板桩、当河床标高在-0.9m以上时采用12m长钢板桩，围堰顶高程为+4.0m，围堰底高程为-8m和-11m；钻孔灌注桩施工时为增加围堰的稳定性，抵抗退潮后土的侧压力，在上口设置一道对拉杆，钢板桩外侧采用28b双拼工字钢做围檩和φ32螺纹钢筋做拉杆，对拉杆设置时预留出桩基的位置（间距2.5m）；承台施工时基坑开挖后拆除对拉杆，设置一道围檩和内支撑，封底采用C30混凝土、厚0.8m；墩身施工时在承台与钢板桩之间回填土方后拆除内支撑。具体各墩围堰设计图和桩基施工平台布置图分别如下：
4.2.2、大洋港大桥16#主墩：钢板桩打设时距离承台外侧1.5m，围堰的平面尺寸为32.7m×10.7m，外侧一边采用15m长钢板桩、其余三边采用12m长钢板桩，围堰顶高程为+4.5m，围堰底高程为-7.5m和-10.5m，其余结构与蒿枝港大桥相同，具体围堰设计图如下：
4.3、围堰验算
根据围堰设计和整个施工情况来看，钢板桩打设和内支撑安装完成后，基坑内抽水开挖至封底面时（标高-1.4m），当港道内潮汐水位最高时（+3.0m）围堰钢板桩抵挡水的压力最大，处于最不利荷载状态，此时钢板桩承受的弯应力和剪应力最大，且河床面越低水的压力越大。分别在不同工况下按单锚深埋板桩的模式采用等值梁法对钢板桩的受力、围檩和内支撑受力、基坑涌砂情况、封底混凝土进行了验算，均能满足要求。
4.4、施工过程
4.4.1、钢板桩打设：钢板桩采用50t履带式起重机和DZ60型振拔锤进行插打，在钢板桩插打之前，在围堰外侧插打定位桩，在定位桩上焊接牛腿制作导向架，以控制钢板桩在插打时的平面尺寸和垂直度。
4.4.2、桩基施工：每个主墩围堰钢板桩插打完成合拢后安装外对拉杆，安装时严格按照设计高程和间距进行布置，对拉杆安装后在围堰内填土至标高4.0m作为桩基施工平台，即可按陆上桩的方法进行钻孔灌注桩施工，采用GPS20型正循环回转钻机成孔工艺。
4.4.3、承台基坑开挖、围檩安装和封底施工：每个墩钻孔灌注桩全部完成后，即可进行承台施工基坑开挖。基坑上部采用2台220挖掘机直接挖除，下部采用高压水枪射水冲浆后用泥浆泵吸泥法进行开挖。当基坑内土方开挖至一定高程后，在钢板桩围堰内壁按设计的标高位置焊接安放围檩的三角形托架，托架顶面标高严格控制一致。在托架上水平安放由H型钢围檩，并与板桩焊接固定，围檩与板桩之间的空隙用硬木予以垫塞，再安装H型钢水平支撑，将水平支撑与围檩焊接固定，形成平面桁架结构。安装横支撑时注意对称安装，转角支撑则从一头向另一头安装，各型钢支架焊接要紧密牢固。基坑开挖到设计标高后，即可进行封底混凝土施工，混凝土浇筑利用小潮汛落潮时段进行，抽干围堰内积水后一次性浇注完成。
4.4.4、承台施工：当封底混凝土强度达设计要求后抽干围堰内积水即可进行承台施工，为减少潮汐对施工的影响，承台施工尽可能避开大潮汛时段，选择在小潮汛水位低的时段进行。
4.4.5、围堰拆除：待主墩承台和墩身全部施工完成后拔除钢板桩，拔桩采用与打桩同样的方法进行，利用振动产生的强迫振动，扰动土质，破坏钢板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力，依靠附加起吊力的作用将桩拔除。
钢板桩打设 桩基施工平台
桩基施工 承台施工
4.5、围堰监测
监测的目的主要是为施工安全提供准确、快速的信息，以便及时对可能出现的险情作出预测、预报，从而改进施工方案和采取处理措施，以避免事故的发生。监测点沿围堰四周环形布设6点，其中短边各1点、长边各2点，在灌注桩、基坑开挖和承台施工期间定期观测，尤其是大潮汛时段加强观测，整个施工过程钢板桩的水平位移变形值均在控制允许值内，围堰体始终处于稳定状态。
5、结束语
对于水中桥墩施工，一般采用先设置平台施工桩基，再进行围堰后施工承台和墩身，而采用钢板桩内填土筑岛围堰能较好地完成位于浅滩区域的水中桥墩施工，将钢板桩围堰与填土筑岛相结合，将水中桩施工调整为陆上桩施工，降低了灌注桩施工难度和风险，同时减少了施工成本投入和缩短了工期，在今后类似桥墩施工可借鉴使用。
