深水鋼板樁圍堰施工新技術探討范文

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《寬厚板》2017年第4期

［摘要］本文結合某大橋深水基礎施工技術，對傳統鋼板樁圍堰施工工藝進行了改進，提出了先下內支撐后插打鋼板樁的施工方法，工程實踐表明，該方法在提高了工效的同時，可大大提高鋼板樁插打的質量，圍堰結構在施工過程中的受力狀態與理論計算結果吻合度高，有利于施工質量及結構安全控制。

［關鍵詞］深水基礎；鋼板樁圍堰；施工工藝

1概述

鋼板樁圍堰具有施工簡便、操作簡單、施工效率高、成本低、止水效果好等優點，使得鋼板樁在基坑開挖、深水基礎施工等領域都得到了廣泛的使用并取得了較好的成效[1-2]。多年來，常規的水中鋼板樁圍堰都普遍使用如下施工流程,即設置導向結構-插打鋼板樁形成閉合圍堰-水下清理基坑-澆筑水下封底混凝土-按設計要求逐步抽水逐層加設內支撐-圍堰堵漏-承臺施工[3-4]。為了保障圍堰插打精度，此施工工藝需要附加導向結構，增加了施工成本，實際過程中施工隊伍為了降低成本、加快工期等多方面原因，常常導致導向結構做得不夠理想，最終影響了鋼板樁圍堰的插打線形，從而使得圍堰實際受力情況與設計計算結果較大偏差，圍堰漏水情況較為普遍，且逐步抽水逐層加撐的工藝，使得鋼板樁圍堰受力處于一個不斷變形疊加的狀態，不利于結構安全把控[5-8]。為此，本文結合東莞西部干道2號特大橋深水基礎鋼板樁圍堰施工方案研究，改鋼板樁圍堰施工先插打鋼板樁后下內支撐的傳統施工方法，用先下內支撐后插打鋼板樁的施工方法，以克服傳統鋼板樁施工方法存在的風險較高弱點，為鋼板樁圍堰進一步推廣應用提供參考。

2鋼板樁圍堰設計

2.1工程基本概況

東莞西部干道2號特大橋為佛山至東莞交通主干道廣州至望洪段西部干道上的一座連續梁橋，該橋57#―60#墩上部結構為（80+120+80）m的連續梁，60#墩為過渡墩，其承臺平面尺寸為12.8×9.6m，承臺厚度為3.5m，承臺底面標高為-11.53m。承臺下為10根φ1.5m的鉆孔樁，采用φ1.8m的鋼護筒。設計水位高程取為20年一遇水位2.85m，常水位高程2.18m，最低水位高程為0.3m。河床地質從上之下依次為粉砂、中砂及強風化粘土巖層結構。初步擬60#墩鋼板樁采用拉森Ⅳ型鎖口鋼板樁,第一道、第二道圈梁截面采用2HM588×300×12×20型鋼，第三道圈梁截面采用3HM588×300×12×20型鋼，內撐管采用圓形鋼管，中支撐為φ630×8，四角斜撐管為φ400×10和φ500×10。鋼板樁樁頂標高為3.68m，底標高為-20.32m，鋼板樁總長24.0m，封底砼厚度3.0m。為保證承臺在堰內的施工空間，考慮圍堰下沉偏差影響以及承臺立模寬度的要求后，圍堰內壁平面尺寸定為15.2×12.0m。

2.2鋼板樁結構受力分析

為了解鋼板樁圍堰的應力狀態和支撐內力分布規律，建立了考慮鋼板樁和內支撐相互作用的三維有限元模型，如圖2所示。鋼板樁、鋼護筒為板單元；圈梁及內支撐為梁單元；封底砼為實體單元。有限元模型共劃分單元113520個，其中鋼板樁單元7112個，圍檁和內支撐單元2328個。作用在鋼板樁上的荷載包括模型自重、靜水壓力、動水壓力、主動土壓力、被動土壓力以及作用在封底混凝土上的浮力。主要針對圍堰所處的最不利狀態下的變形和應力進行計算，即承臺施工完工后，拆除承臺模板，灌水至承臺頂以下0.3m，再拆除第三道的中部內撐管，考慮封底混凝土頂面下0.3m和樁底端之間固定連接。

4圍堰施工流程

鋼板樁圍堰施工流程如下：首先，拆除樁基施工平臺，清理河床，設置簡易內支撐拼裝平臺，組拼圍堰各層內撐除四角斜撐外的圈梁、內支撐鋼管、內撐間豎向連接系，利用提升吊架將組拼好的兩層內撐結構體系起吊，懸掛30分鐘后無狀況后，拆除簡易內支撐拼裝平臺，整體下放兩層內撐到設計標高，固定內撐位置。然后，以安裝到位固定后的內支撐結構外邊緣作為定位導向框裝置，依次從上游向兩側方向對稱插打鋼板樁到設計標高，至下游方向合攏。第三，拆除起升吊架，鋼板樁插打完成后，抽除部分水，固定第一層內撐在鋼板樁上，同時也將鋼板樁通過內支撐固定在鋼護筒上，圍堰內補水進行吸泥，吸泥（挖土）至設計標高。第四，布置導管進行水下砼封底，澆筑3.0m厚C35水下封底混凝土。第五，待封底砼強度達到要求后，逐層抽水，逐層檢查內支撐，抽干圍堰內的水，封底清理平整后進行承臺施工。

5鋼板樁圍堰施工過程監控

5.1監測方案

為保證鋼板樁圍堰施工安全，項目實施過程中對鋼板樁圍堰變形進行了實時監測。變形監測點布置如圖9所示。圍堰結構整體水平位移觀測點布置在圍堰每邊的角點上，每個角點布置1個觀測點，共布置4個觀測點。鋼板樁樁身變形監測點布置在圍堰每邊的中點，每邊布置1個觀測點，每個圍堰共布置4個觀測點。樁身傾斜變形監測采用測斜管、測斜儀進行監測。為了真實反映支護結構的撓曲狀況，將固定測斜管的DN80鍍鋅管焊接在鋼板樁上，隨著鋼板樁的打設就位于相應的位置，然后把測斜管放入鍍鋅鋼管中，并在測斜管與鍍鋅鋼管之間填入細砂固定。圍堰整體水平位移觀測采用全站儀，按自由測站法或極坐標法對圍堰的水平位移固定測點進行觀測，每次觀測所得的各個監測點坐標與基坑抽水前進行的初始觀測相比較，所得的坐標差即為該監測點在本觀測周期內的累計位移值。樁身的變形監測線錘，通過擺錘受重力作用來測量軸線與鉛垂線之間的傾角，進而計算垂直位置各點的水平位移。當樁身發生變形位移時，測斜管也隨之變形并發生傾斜變化。自下而上以一定間距逐段量測，就可獲得每測段的傾斜角及水平位移增量，通過計算就可得到任意深度的水平位移。

5.2監測數據

數據分析表2為60#墩鋼板樁圍堰變形觀測結果。由表可知，鋼板樁圍堰樁頂水平位移以每個側面跨中部位變形較大，圍堰向外側變形；鋼板樁圍堰整體向上有少量豎向位移，其變形也在允許變形范圍內；深層水平位移（第三道內支撐）以每個側面跨中部位變形最大，圍堰向內側變形。水下3m厚封底混凝土在施工過程未觀測到有坑底回彈現象。所有實測變形均在允許變形范圍內；鋼板樁圍堰結構安全可靠。

6結語

本文以東莞交通主干道西部干道2號特大橋深水基礎鋼板樁圍堰工程項目為依托，通過優化傳統鋼板樁施工工藝，并在實際工程進行實踐應用，取得了較好的成果。主要結論如下：1）鋼板樁插打過程中直接以下放到位的內支撐圈梁作為導向，使得鋼板樁插打后與圈梁間貼合更緊密，閉合線形更好，鋼板樁間互相咬合止水效果更好，能更好的保障鋼板樁插打精度和質量，且施工成本不增加；2）本文采用的鋼板樁圍堰施工新工藝使得圍堰在施工過程中結構受力更加合理，與理論計算更近，有利于施工質量及結構安全控制，對類似工程項目具有較好的借鑒意義。

參考文獻：

[1]李明.拉森鋼板樁在深水圍堰中的應用[J].水利規劃與設計，2016，2：111-113．

[2]李群.拉森型鋼板樁在深水橋梁基礎施工中的應用[J].鐵道勘察，2012，3：54-58．

[3]岳海飛.深水基礎整體圍囹鋼板樁圍堰施工技術[J].公路交通科技，2011，7：171-174．

[4]李迎九.鋼板樁圍堰施工技術[J].橋梁建設，2011，41（2）：76-79．

[5]張駿.深水基礎鋼板樁圍堰最小入土深度分析[J].石家莊鐵道大學學報（自然科學版），2013，26（3）：37-42．

[6]湯勁松，熊保林.深水基礎大規模超長鋼板樁圍堰施工過程安全性分析[J].中國鐵道科學，2013，34（3）：32-39．

[7]張駿.橋梁深水基礎鋼板樁圍堰受力分析與應用[J].橋梁建設，2012，42（5）：74-83．

[8]湯勁松，熊保林.鋼板樁圍堰設計的土壓力計算方法探討[J].巖土工程學報，2014，36（supp2）：36-41.

作者：王路少1，2；謝光宇2 單位：1.長沙理工大學水利工程學院，2.中鐵廣州工程局橋梁工程有限公司