京杭运河特大桥超大承台支护与施工技术

徐民军

（中铁二十四局集团南昌建设有限公司，江西 南昌 330000）

宁杭客运专线铁路京杭运河特大桥523、524#墩处设84＋152＋84m连续刚构以约33°的夹角跨越京杭运河，该处河道为Ⅲ级航道，净宽约60m，墩位处水深2.6～3.5m。两主墩桥墩基础由16根φ2.5m钻孔桩组成（桩径2.5m,桩长分别为51.5、62.5m），一级矩形结构超大承台（23.2×19.3×5.0m）。桥墩位于较差地质条件地段，其中523#墩河床以下0～12.5m范围为淤泥质粉质粘土，σ0=60Kpa，12.5～26.2m 为粉质粘土，σ0=120Kpa；524#河床以下0～10.3m为淤泥质粉质粘土，σ0=60Kpa，10.3～13.2m 为粉质粘土，σ0=120Kpa；13.2～27.3m为粉质粘土，σ0=180Kpa。

1 支护方案

1.1 方案比选

根据现场实际情况，方案比选主要集中在沉井、钢套箱与钢板桩围堰方案之间进行。考虑到沉井及钢套箱的制作场地要求高、需配置大型浮运设备，一次性投入大且不易回收等不利因素，而钢板桩围堰具有多方面优越性，如占用场地小，配置设备要求低，利于机械清淤，可同时多套投入、多次周转，打设速度快且比较经济，钢板桩打拔方便、安全等。因此拟选用钢板桩围堰组织进行施工。一般来说，钢板桩围堰是深水基础、基坑支护有效的施工方法，且施工比较简单，结构受力明确。钢板桩围堰适用条件钢板桩围堰适用于水深4m以上，河床覆盖层较厚的砂类土、碎石土和半干性粘土，风化岩层等基础工程。根据现场工程地质与水文情况，经方案比选，决定承台开挖采用钢板桩围堰支护方案。

1.2 方案设计

钢板桩围堰由单层钢板桩和双层围囹(为型钢、大直径钢管组成的围囹、内撑梁等)组成，围囹分别安放在设计标高位置处，焊接在钢板桩上，内撑梁两端与围囹相撑住，以加大围堰抵抗土侧压力的能力；围堰平面为矩形，其内口尺寸为21.6×25.2m，京杭运河目前常水位标高为1.54m，考虑汛期和台风季节的影响，考虑施工水位，钢板桩高出水面2.0m左右；钢板桩采用拉森-Ⅵ型钢板桩，支撑体系采刚性对撑结构，材料为400×400×10×12mmH型钢和为800×10mm钢管。方案经检算满足施工要求，具体如图1所示。

2 围堰施工

2.1 施工方法

支护内土体配备2台抓土机进行开挖，对于底部淤泥土层则采用高压水枪配合2台泥浆泵除土开挖，钢板桩采用打拔桩机施工。打拔桩机为50t履带吊加液压高频振动锤改装而成，可打桩长度为21、18m。其他附属设备还包括振捣棒、电焊机、3台混凝土罐车、4台翻斗车及2台污水泵等，由现场统一组织。

图1 钢板桩围囹支护方案图

2.2 工艺流程

钢板桩围堰施工前，根据施工图纸，结合现场水位调查，考虑到航道汛期的冲刷、地下水位等情况，综合拟定本承台钢板桩围堰工艺流程，具体如图2所示。

2.3 钢板桩施工

a.插打钢板桩:钢板桩插打利用钻孔平台作为导向定位框架。并打入4根定位桩固定形成外导向框；将倒链滑车固定在钻孔平台上，下放内支撑就位并防止内支撑在水平方向上移动，固定后的内支撑即可兼作内导向框，然后在导向框内插打钢板桩。b.堵漏抽水:钢板桩合拢后，在其外侧围1圈彩条布，在布的下端绑扎钢管沉入河床，并用砂袋压住，同时在板桩内侧锁口不密的漏水处用棉纱嵌塞。c.挖吸泥、封底:在水抽干后，即可人工配合机械挖泥，或采用高压水枪配合砂石泵吸泥至设计标高，浇筑水下混凝土封闭基底，进行承台施工。d.拔除钢围堰:墩台施工完毕后，逐步拔除钢围堰，使用设备与打设时相同，拔桩从下游开始，间隔进行，这样能够使钢板桩在无磨阻力情况下拔除。

2.4 围囹内支撑施工

钢板桩围堰内支撑用H型钢及双拼H型钢做围囹，用H型钢、双拼H型钢、Φ800mm钢管做内支撑。由于每根围囹与支撑杆件重量较重，施工时采用50t履带吊配合吊装。严格按照内支撑设计方案中施工顺序施工，施工顺序为:安装桩顶围囹→抽水堵漏→第一道内支撑→吸泥→安装第二道内支撑→吸泥→安装第三道内支撑→吸泥→安装临时内支撑→吸泥至封底标高→水下混凝土封底→抽水堵漏→破桩头、超声波检测→拆除临时支撑→施工第一次承台→将第三层内支撑转移到承台→施工第二次承台。工艺要求如下:在桩顶围囹、第一层支撑位置的钢板桩上焊接牛腿，焊缝必须符合钢结构施工要求，布置间距为3.0m。在焊接好的牛腿上安放钢围囹，钢围囹与钢板桩顶牢，并每隔3m与钢板桩焊接。根据方案，利用履带吊安装第一层内支撑。内支撑安装好之后才能进行清淤、吸泥工作。清淤、吸泥至第三层支撑以下，切割钢护筒、凿除桩头。时支撑施工完之后，清淤、吸泥至临时支撑以下，切割钢护筒、凿除桩头。仍然采用边降水边支撑的施工方案，按照第一、第二层支撑安装施工工艺先进入临时内支撑施工，然后进入清底和封底施工。在安装内支撑同时，设置上下爬梯，方便人员上下，且爬梯必须安全牢靠。

2.5 吸泥与封底

图2 钢板桩围堰施工工艺流程图

钢围堰顶围囹施工完之后，在平台辅道安装一台5吨位的抓土机，利用抓土机抓挖围堰内土。在抓斗抓挖时必须注意两个问题:①应不断检查围堰外河床的标高，避免围堰内部抓挖深度过大，导致河床滑动，以致影响围堰的稳定安全。②围堰内挖土必须严格遵循开挖一层内支撑加固一层，严禁超挖，严禁未支撑开挖下层土的原则。围堰吸泥至封底标高下30cm左右，抛填碎石垫层，潜水员整平垫层面，采用“多导管式全断面斜坡推进连续浇筑法”一次封底。围堰封底采用2m厚C30素混凝土每个导管封底后随时对基底标高进行复测，由于水下混凝土面标高测量是估值，故封底混凝土标高最好略低于设计标高5～10cm。封底施工过程中当某一根导管封底完成后在进行其相邻导管封底时，先测量待封导管底口处的混凝土顶标高，根据测量结果重新调整导管底口的高度。同时，反复测量要移动的那根导管位置附近混凝土面的标高。

2.6 变形观测

通过对基坑工程监测项目的观测，以及监测数据的分析处理与计算，进行预测和反馈，决定是否需要对支护结构采取保护或加固措施，确保支护结构的稳定和安全，需要对围护结构进行观测。

监测方法。目测法进行基坑内外情况观察，用徕卡自动安平水准仪进行钢板桩沉降，用ZXY－2频率仪进行横撑内力观测，全站仪进行坑顶水平位移观测，用线锤进行坑底水平位移观测。①利用高精度全站仪对钢板桩围护顶水平位移监测时，采用极坐标法进行施测。利用起算点坐标和实测的边长夹角，算出每个待测点的绝对坐标进而求出每个点的变化矢量。②钢支撑轴力监测，用ZXY－2频率仪频率计，量测轴力计的频率值，当轴力计受到轴向力时，引起弹性钢弦的张力变化，改变钢弦的振动频率，通过频率仪测得钢弦的频率变化即可测出轴力计受力的大小，通过换算计算出横撑内力的大小。③距基坑底1.0m处钢板桩围护水平位移监测，在坑顶利用线锤悬吊的方法，测量每次距观测点的距离，通过数据分析，计算变形速率和累计变形值，与预定目标相比较。若超限则采取加固措施。

监测频率及报警值。钢板桩围护顶水平位移监测，基坑开挖前观测初始值，基坑开挖每天观测1次，承台施工中2天观测1次，稳定后停止观测，水平位移极限值0.14%H，达到80%报警。距基坑底1.0m处钢板桩围护水平位移监测，开挖到临时支撑开始观测，每8小时观测一次，第一次承台施工完停止观测，水平位移值达到1.5cm进行报警。

3 承台施工

3.1 施工方法

破桩处理:水中承台待封底混凝土强度满足要求后，把围堰内水抽干后进行突击破桩工作，破桩采用风动凿岩机进行，并保留桩头的最后10～20cm用人工破除，破桩的同时清除高出承台面的封底混凝土。模板加工:承台模板使用竹胶板或组合钢模，并用断面 8×10（10×15）cm 方木或φ48mm钢管作竖、横肋，一般竖肋间距30～40cm，横肋间距50～80cm，支撑在坑壁四周，一般每米一道。钢筋绑扎:承台钢筋采用加工场预制的半成品，现场绑扎成型。钢筋保护层使用同级别混凝土预制垫块。特别注意桩身钢筋和承台钢筋的焊接，必须绑扎好墩身钢筋或墩身接茬筋，及接地钢筋焊接。混凝土浇筑:承台厚度5m，采用两次次浇筑的方法，第一次浇注到距第三道内支撑0.5m处，待混凝土强度达到80%后，将第三道内支撑转移到承台上后，拆除第三道支撑浇注第二次混凝土。承台混凝土采用混凝土输送车直接运入辅道，然后用2台天泵送入模的方式。基坑回填:承台混凝土浇筑完毕并达到拆模条件时应及时拆模并进行基坑回填，基坑回填采用人工回填夯实的施工方法，回填高度以低于承台顶面10cm为宜，待墩身混凝土施工露出地面线后再将整个基坑回填。

3.2 温度控制

523、524#墩底超大承台属于大体积混凝土施工,浇筑时需要进行温度控制。方法是采用设置冷却管法降低混凝土内部温度，每层循环冷却水管被灌注的混凝土覆盖前，即安排在该层循环冷却水管内通水。冷却水管采用φ50mm，壁厚2mm。5m厚承台布置4层，层间距0.75m+1m+1m+1m+1.25m。每层冷却管平面成“弓”字型直线布设。间隔1.0m布置。最外排的冷却管与混凝土边缘的距离按110cm～130cm布置。承台开始浇注前，冷却水管就通水循环，以免阻塞，影响冷却效果。为预防裂缝的产生，混凝土及时采用保湿蓄热法养护，即在构件四周及表面覆盖帆布或草袋，用冷却管流出的水进行养护。同时通过调节冷却水管进出水流量和流速，可有效地提高混凝土内部降温效率，控制温差，缩短混凝土养护时间。构件冷却水管停止循环水冷却后，先用空压机将水管内残余水压出，并吹干冷却水管，然后用压浆机向水管压注水泥浆，以封闭管路。

4 结语

从京杭运河特大桥超大承台基础施工围堰所采用的方案及效果来看，钢板桩围堰具有施工方便、安全可靠等优点，具有较好的操作性。混凝土结构内部埋设冷却水管和测温点，通过冷却水循环，降低混凝土内部温度，同时控制混凝土的入模温度，降低混凝土的拌合温度等。浇筑过程中全断面连续薄层（每层30cm左右）浇灌，一次成型。另外，还要加强保温、保湿养护，延缓降温速率，防止混凝土表面干裂。

[1]宣有金，孙鹏飞.临洪河特大桥承台钢板桩围堰设计和施工[J].中国高新技术企业.

[2]郭广银.珠江黄浦大桥南汊桥南塔大型超深承台钢板桩围堰施工[J].广东公路交通.