沪杭客运专线横潦泾特大桥主墩深水基础围堰选择与实施

由项敏 13818186389 撰写
发布于 2021年08月18日 15:55:29
最后修改于 2024年11月14日 11:36:40

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廖满平

摘要

［摘要］以沪杭客运专线横潦泾特大桥深水基础施工为例,通过对深水基础不同围堰结构及特点进行分析对比,选择施工快速、防水性好、可重复使用、适用性强的钢板桩围堰进行施工。同时针对现场条件,着重介绍了钢板桩围堰的结构、施工步骤、主要实施要点及受力监控方法。

［关键词］桥梁工程;深水基础;钢板桩围堰;施工技术

工程概况

沪杭客运专线横潦泾特大桥主要跨越上海黄浦江上游的横潦泾河，桥梁起讫桩号为DK31 +267.745— DK46 +532.240,桥梁中心桩号 DK038 +899.933,全长15.2645km,与河流走向约呈62。夹角。主墩121号墩为水中圆形实体墩，桩号为DK35 +498.395。

桥梁位于冲积湖平原区，上部为第四系全新统黏性土及粉土、粉砂层，厚约20~50mo主墩处于河道中间位置，承台位于河床底以下，河床实测标高 -11.800 - -12.200m,涨潮时水深约13.5m,淤泥厚度约5m。河道常水位在2. 3m左右，流速约1. lm/s, 为III级通航河道。

深水基础围堰种类、结构及特点

2.1 深水基础围堰种类

主墩121号墩位于深水中，水流流速较小,一般深水围堰施工有钢板桩围堰及钢套箱围堰两种。其中，钢板桩围堰主要为单壁结构，钢套箱围堰又分为单壁、双壁以及单双壁组合式钢围堰。

2.2 深水基础围堰结构及特点

2.2.1 钢板桩围堰

钢板桩围堰是一种比较传统的深水基础施工方法。钢板桩可以打入土中或连到物件上，组成承载及防水结构，施工完成后，拔出或拆下重复使用。钢板桩围堰一般采用单壁的矩形、圆形等结构形式，内部根据水位情况设置支撑;它是一种施工简单、快捷、成本较低的围堰形式。

2.2.2 钢套箱围堰

钢套箱围堰按形状可分为矩形（圆端形）和圆形，其中每种围堰又有单壁、双壁以及单双壁组合等形式。

圆形围堰在水压力作用下只产生环向轴力，围堰结构整体性好,无需设内支撑;适用于流速较大的深水基础施工，但围堰面积大,钢材用量及封底混凝土大, 成本相对较高。

矩形（圆端形）围堰面积小,钢材用量及封底混凝土相对较少，但其抗水流冲击能力及整体刚性相对较差,必须设置内支撑，以增加围堰的刚性，但对后续工程施工有较大影响,适宜在流速较小的深水基础施工。

单壁、双壁钢围堰主要根据围堰入土需要进行选择，在入土较深的情况下,单壁围堰难以达到下沉深度要求,应选择双壁围堰结构，在双层围堰间灌注混凝土或填充砂石，增加围堰自重,满足围堰下沉需要;在入土要求较浅及淤泥地质条件下,可选择单壁围堰结构; 介于两者之间，可选择单双壁组合式围堰结构。

深水基础方案选择

121号墩受通航条件影响大且施工场地小，吊装困难，工程工期要求紧。结合上述基坑围堰的优缺点，根据现场条件、工期要求及施工成本，选择钢板桩围堰进行深水桥梁的基础施工，它具有防水性能好、施工速度快、沉入深度大、插拔容易、时间短、利用率高等优点,但防撞效果差，施工时需加强防撞防护措施。

钢板桩围堰施工

4.1 钢板桩围堰结构

钢板桩围堰为方形，平面尺寸24. 0m x24. 0m,顶标高3.500m,入土 11.4m,设5道内支撑，封底厚度 1.5m。钢板桩采用拉森IVw型，总长27m,内支撑圈梁采用H560及H800型钢梁，斜撑采用©800mm,©630mm 钢管。钢板桩围堰结构如图1所示。

4.2 主要施工步骤

钢板桩围堰的主要施工步骤如下。

1）钻孔桩施工过程中，在靠近承台侧定位桩上 2.0m标高处焊接牛腿,安装第1道支撑作为钢板桩插打时的导向。

2）依次插打围堰的3个侧面钢板桩;钻孔桩完成后拆除平台，插打余下1个侧面的板桩并合龙。

3）向围堰内回填6m厚细砂至-6. Im,抽水至 -2m,安装第2道内支撑。

4）继续抽水至-5m,安装第3道内支撑。

5）继续抽水、挖泥至-8m,安装第4道内支撑。

6）继续抽水、挖泥至-10. 5m,安装第5道内支撑。

7）向围堰内注水至外水位，水下吸泥、清基至-16. 8m。

8 ）布置封底平台，水下浇筑1 . 5m厚封底混凝土。

9）待封底混凝土达到强度后，抽水，施工承台、墩座。

10）承台施工时，将第5道内支撑中斜撑钢管一并浇注在内，待承台模板拆除后，向钢板桩与承台间内回填砂土混合物并在顶部浇筑50cm厚C30混凝土圈梁, 拆除第5道内支撑，浇筑在承台内的钢管注浆填实。

11）施工墩身、墩帽，布置墩顶托架。

12）向围堰内回填砂土至-7.8m,拆除第4道内支撑。

13）继续向围堰内填筑砂土至-4. 8m,拆除第3 道内支撑。

14）向围堰内注水至-1.8m,拆除第2道内支撑。

15）继续向围堰内注水至围堰外水位,拆除第1道内支撑。

16）依次拔出钢板桩。

4.3 主要施工要点

4.3.1 钢板桩接长要点

由于施工所需钢板桩长度为27m,考虑运输条件，采用18m长钢板桩接长。

1）钢板桩接长前先行进行变形检查，对变形严重的钢板桩进行校正并做锁口通过检查。

2）钢板桩在北岸栈桥处的拼装场地上接长，焊接时,采用二氧化碳气弧焊,先对焊磨平,再焊接加固板。

3）钢板桩接长焊接完成后，用一块长约2ni的钢板桩分别从两侧锁口穿过，检查锁口是否在同一直线及锁口内是否存在焊渣等障碍物。

4.3.2 钢板桩插打施工要点

1）采用50t履带式起重机及100t浮吊作为起吊设备,配合振动锤进行钢板桩插打。

2）在靠近承台侧定位桩上2. 000m标高处焊接钢牛腿,安装圈梁作为钢板桩插打时的导梁，用以控制钢板桩施工的平面尺寸和垂直度。

3）第1片钢板桩插打是整个钢板桩施工的基准，第1片钢板桩必须位置准确、垂直。本工程选择在上游中心处进行第1片钢板桩插打，插打前在圈梁上安装导向架并设置限位装置，限位装置每边比钢板桩大 1cm,插打时，钢板桩紧靠导向架，一边插打一边将吊钩缓慢下放,同时用锤球按十字形方向进行观测,确保钢板桩插打垂直。

4）第1片钢板桩插打完成并检验合格后，以其为基准，再向两边对称插打直至设计位置，最终在中间合龙。施工中随时用锤球检查每片钢板桩的垂直度，发现问题时及时调整，确保钢板桩位置准确、垂直。

5）插打时注意钢板桩的焊缝上下交替错开。钢板桩插打时先自然下插，当不能下插时，通过振动锤加压,直至设计标高，然后与导向架焊接，防止水流冲击钢板桩产生移位变变形。

6）整个钢板桩施工过程中，严格按“插桩正直，分散即纠，调整合龙”的施工要点进行控制。

4.3.3 围堰合龙要点

1）根据施工布置及工期，在最后插打的一侧围堰中段设置1个合龙口，板桩根数为3~5根。

2）在距合龙口两侧还剩10余根钢板桩时严格控制钢板桩的倾斜度。每插打1根钢板桩测量其轴向及法向倾斜度，并根据其倾斜度的累积增加规律及已有的施工经验预计其后几根桩的倾斜度。在距合龙口还剩几根钢板桩时立即下异形钢板桩，将桩的轴向倾斜度纠正为负数，然后再插打桩至合龙处,使其轴向及法向倾斜度均控制在0.2%以内。

3）根据合龙口的形状确定合龙钢板桩的尺寸，根据实测的合龙口宽度焊接1根合龙桩试样，并在合龙口处试插,通过试插,以确定合龙钢板桩的尺寸。

4）插打前控制合龙钢板桩与相邻桩高差至100 ~ 200mm,以便合龙钢板桩与相邻桩的锁口相互咬合。

5 ）插打合龙桩时,先将合龙桩自由落下，然后振动锤垂直降落,开启振动锤，钢板桩所受阻力随进入土体的深度增加而逐渐增大，控制器电流值也随之增大，当电流值升至400A时，将桩上提2m左右，待电流值降至100A时,再向下施打。此反复几次，直至设计高程。

4.3.4 围堰内支撑施工要点

1）内支撑采用分块拼装的方法安装，吊装作业由浮吊及履带吊机完成。安装时斜撑与圈梁、圈梁与钢板桩焊接，以减少钢板桩变形量。

2）在钢板桩围堰的插打过程中，小范围弯曲排列的钢板桩较多，圈梁与钢板桩之间存在空隙。为避免圈梁相对钢板桩产生滑动或倾翻，在圈梁与钢板桩之间填塞槽钢并焊牢，根据空隙位置不同使用不同型号的槽钢，使槽钢与钢板桩、圈梁以及斜撑头焊接成整体。

4.3.5 吸泥、清基要点

1）围堰内吸泥采用冲吸的方法，即通过潜水工水下作业，用高压水枪将泥土冲散后，用潜水泵将泥浆排出达到清土的目的。吸泥过程中注意保持水头，可采用布置水阀向围堰内注水的方法。

2）围堰内清基采用高压水枪清洗钢板桩壁及钢护筒壁，并通过潜水泵将清洗出的泥浆排出围堰外。清基时注意保持围堰内外水位一致，必要时采用水泵补水，清基后期潜水工要采用逐段清理、逐段检查的方法。

4.3.6 围堰封底施工要点

1）围堰的封底采用导管法水封，围堰四周导管布置应较中间密。

2）采用两根导管同时开灌。导管下口距围堰底应为 10 ~ 15cm。