跨流溪河特大桥水中墩钢板桩围堰及承台施工工艺研究

由项敏 13818186389 撰写
发布于 2024年10月28日 07:59:51
最后修改于 2024年11月14日 11:36:40

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▍摘要‍

摘要:本文结合跨流溪河特大桥工程实际，对流溪河水中11#、12#、13#承台施工技术进行研究。以水中墩承台施工实践为前提，以钢板桩围堰施工技术为核心，并综合考虑工程特点、施工环境、施工工期、安全保障、投资成本等因素，针对性制定施工方案：采用工艺机理相对先进的静压植桩机将钢板桩高效打入坚硬岩层，形成围堰后止水效果好，同时可大幅缩短围堰施工工期；承台及墩身采用钢板桩围堰施工，作业环境安全稳定，相较于其他围堰施工工艺具有成本低、工期短、效果好等诸多优势。

关键词:围堰施工、水中钢板桩、静压植桩机、承台

▍0 引言

钢板桩围堰之所以能够被广泛应用于桥梁水中承台施工，其原因在于钢板桩需逐根插打，所形成的闭合空间是钢板桩间互相咬接所致，对外侧水土具有较强抵挡作用。水中墩钢板桩围堰施工是桥梁施工过程不可缺少的常用技术，被广泛应用于较特殊深水区，钢板桩本身强度较大，防水性能佳。大江大河水流较为湍急，大型桥梁深水基础修建比较复杂，因此围堰法施工需注意地质、气象、水文等条件，要根据实际情况采取不同的结构形式和施工方法。目前，双壁钢围堰、钢吊箱、钢板桩、钢筋混凝土、锁扣钢管桩等围堰是比较常用的防水围堰形式。

▍1 工程概况

1.1工程简介

跨流溪河特大桥起讫里程DK57+742.8~DK61+892.5,全长3 946.6 m,共119个墩，其中6#墩位于流溪河河汊，11#、12#、13#墩位于流溪河水中。该处最低通航水位5.84 m,最高通航水位7.24 m。4#~5#墩跨流溪河河堤路，因净空不足，设计新建一条道路从3#~4#梁下穿过，两端与河堤路顺接，净空大于4.5 m,保证防洪抢险应急车辆顺利通行。水中墩平均桩长35 m,最大桩长38 m,桩基为柱桩，墩身最高为18 m。

1.2地质情况及水文情况

场地揭露地层主要为第四系全新统人工堆积层素填土、杂填土，第四系全新统冲积粗砾砂、细圆砾土，石炭系下统泥灰岩、灰岩、溶洞。岩溶属于覆盖型岩溶，全填充，局部半填充，填充物主要为黏性土、沙砾及少量角砾，局部漏水。右DK58+150~右DK58+620里程段为泥灰岩。根据现场调查，施工区域流溪河上下游水闸检修时水位为3.7 m,平时水位6.0 m,汛期水位7.3 m。

▍2 钢栈桥结构设计

跨流溪河钢栈桥总长度为135 m,其中11#墩39 m,孔跨布置为3 m+9 m+12 m+3 m;14#~12#墩96 m,孔跨布置为3 m+12×3 m+12×4 m+6 m。考虑汛期水位7.3 m,百年洪水水位8.8 m,桥面标高设为9.5 m,桥面净宽6.0 m,纵向平坡。主纵梁结构为单层三组贝雷桁架，两排一组，梁高1.5 m,每两排贝雷片之间采用支撑架连接成整体，每两组之间设斜撑。下部结构采用3根φ630 mm×8 mm钢管桩，桩间距2.25 m,钢管桩入土深度约为6 m,钢管桩顶设2I36a型钢作为承重梁，桩间焊接联系梁及剪刀撑。贝雷梁顶面横向铺设I22a型钢作为分配梁，纵向中心间距按75 cm布置。分配梁上方纵向铺设型钢作为小纵梁，横向间距24 cm。其上铺设专用桥面板，钢栈桥两侧设置1.0 m高钢管护栏。图1为11#墩钢栈桥结构布置图。

▍3 钢板桩围堰设计及施工方案

根据跨流溪河特大桥设计图纸、水文资料及现场实际调查情况，11#、12#、13#墩位于流溪河水中，承台及墩身等下部结构采用水中钢板桩围堰施工。三处水深分别为5.7、2.6、1.5 m,其中以11#墩处最深。

3.1钢围堰设计

11#、12#墩承台平面尺寸为14.6 m×14.6 m,经实地勘测及方案比选，下部结构施工采用钢板桩围堰施工。流溪河汛期常水位标高为7.3 m,承台底标高分别为-6.713、-3.3 m。11#墩选用21 m长拉森Ⅵ型钢板桩，围堰平面尺寸16.8 m×16.8 m,围堰顶标高8.5 m,钢板桩底标高-12.5 m,钢板桩入岩深度为5.79 m。从上而下设置5道内支撑:选择型号2HN400×200型钢作为第一层围檩，以型号φ529×8的钢管作为内支撑；选择型号2HN600×200型钢作为第二层围檩，以型号φ529×8钢管作为内支撑；选择型号2HN600×200型钢作为第三层围檩，以型号φ630×8和φ529×8钢管作为内支撑；选择型号2HN700×300型钢作为第四层围檩，以型号φ720×10和φ529×8钢管作为内支撑；选择型号2HN700×300的型钢作为第五层围檩，以型号φ720×10钢管与φ529×8钢管作为内支撑(见图2)。12#墩选用18 m长拉森Ⅵ型钢板桩，钢板桩入岩4.4 m,围堰平面尺寸16.98 m×16.9 m,围堰顶标高8.5 m,钢板桩底标高-9.5 m。从上而下设置4道内支撑:选择型号2HN500×300型钢作为第一层围檩，以型号2HN500×300型钢作为内支撑；选择型号2HN700×300型钢作为第二层围檩，以型号2HN500×300型钢作为内支撑；选择型号2HN700×300型钢作为第三层围檩，以型号2HN700×300型钢作为内支撑；选择型号3HN700×300型钢作为第四层围檩，以型号2HN700×300型钢作为内支撑。13#墩选用12 m长拉森Ⅵ型钢板桩，钢板桩入岩3.65 m,围堰平面尺寸15.14×9.14 m,围堰顶标高7.5 m,钢板桩底标高-4.5 m。从上而下设置2道内支撑:选择型号2HN500×300型钢作为第一层围檩，以型号2HN500×300型钢作为内支撑；选择型号2HN700×300型钢作为第二层围檩，以型号2HN500×30的型钢作为内支撑。

3.2工艺流程

图3为钢板桩围堰施工工艺流程。围堰材料进场，清理河床杂物、检查钢护筒标高；采用静压植桩法逐根插打钢板桩；将围檩与钢板桩焊接，安装第一层内支撑；围堰抽水、安装第二道圈梁并将圈梁与钢板桩焊接，安装第二道内支撑；继续抽水、安装第三道圈梁并将圈梁与钢板桩焊接，安装第三道内支撑；承台开挖、抽水安装第四道圈梁并将圈梁与钢板桩焊接，安装第四道内支撑；承台开挖、抽水安装第五道圈梁并将圈梁与钢板桩焊接，安装第五道内支撑；抽水到封底设计标高，浇筑封底混凝土，交付承台施工工序；施工底层承台后，回填并夯实承台与钢板桩之间的基坑空隙，拆除第五层支撑；施工顶层承台及墩身，待水面下墩身施工完成后，围堰内回水，逐层拆除围檩及内支撑。最后拆除钢板桩围堰。

3.3钢板桩围堰施工

3.3.1施工设备及施工方法

钢板桩采用平板汽车运至桥梁墩位平台区域，由履带吊机起吊和安装。在施工过程中主要运用201型静压植桩机开展钢板桩插打作业，此设备工艺机理相对较为先进，能够利用螺旋钻对桩端下方区域进行钻掘，采用填埋操作使钢板桩深入地层内部。由于除芯压入在施工中是一种辅

助性操作，对附近岩层影响相对较小，可以使钢板桩在压入后依然能获得较高承载力，并能达到比较好的止水效果，见图4。

3.3.2钢板桩插打与合龙

在围堰上下游、两岸区域合理设定全站仪观测点，并通过合理设置围堰长度以及方向明确钢板桩的施工定位。施工中可采用逐块插打方式，也可采用先合龙后逐块打入的方式。对于矩形围堰需要先进行上游区域插打操作，然后与下游区域实现相互合龙，平面结构可参考图5。

钢板桩锁口下端需用木栓堵塞，避免在施工时大量泥沙进行入锁口内，给后续插打施工带来影响。有接头以及无接头两种钢板桩需要交叉应用，必要时应当将接头位置上下错开距离不得小于2 m。钢板桩组桩插打过程中，用旧棉絮等塞入嵌缝中。钢板桩插打和就位质量应符合下列规定:合龙时楔形桩上下口宽度差不应大于桩长2%;到达设计高程后的倾斜度不应大于1%。采用静压植桩机可以将钢板桩打入坚硬岩层中，形成围堰后止水效果好，同时可以大幅缩短围堰施工工期。

3.3.3围堰内基坑开挖及支撑安装

先在水面以上施工第一层围檩及内支撑做钢板桩插打导向，钢板桩围堰合龙后，抽水至第二层内支撑设计位置以下1.0 m后，施工第二层围檩及内支撑，以此类推直到露出河床面。因基坑尺寸较大，将小型挖机吊至基坑内，配合长臂挖机开挖基坑土方。开挖至支撑设计位置以下及时施工围檩及内支撑，直至开挖到承台垫层底标高。开挖过程中，在基坑四角设置集水井，利用水泵将基坑内的水抽出，使基坑始终处于不积水状态。

封底混凝土浇筑时，需从钢板桩边缘向内部浇筑，避免钢板桩以及封底混凝土内部由于软土淤积造成夹层，并设置集水坑用水泵不间断排水，直至浇筑完成。图6为封底现场照片。

3.4钢板桩围堰监测方案针对本工程实际情况，钢板桩施工监测主要

包括钢板桩结构变形监测、水平位移监测及地表沉降监测。监测点布设见图7。

钢板桩变形监测目的是防止基坑开挖时受外界土压力影响而变形，钢板桩变形监测点布设在钢板桩内部横梁上，通过测量每个点坐标计算出监测点位相对于其他监测点的位移，以此推算基坑支护结构收敛变形量。水平监测点采用测边交会法进行观测，和标准点相比变形点的误差必须等于或小于±2.0 mm。在掌握不同监测点水平位移的基础上，通过两次测量计算获得并记录相应数据差值。开展地表沉降监测过程中，需要利用电子精密水准仪，且应将变形点误差降低至等于或小于±0.5 mm范围以内。监测频率需要结合不同数据的时效性以及施工进度综合分析，一般可参考表1。