高等级河道中的低埋承台施工工艺选择*

上海建工五建集团有限公司 上海 200063

1 工程概况

1.1 概述

昆山中环青阳港大桥主桥分为南幅、北幅，其中北幅起止桩号FBK7+950.2～FBK8+814.0，南幅起止桩号FCK8+018.0～FCK8+822.0，主桥跨径为54 m+90 m+54 m，总长198 m，桥型为变截面的双箱预应力连续箱梁。由于主桥墩（FB13、FB14、FC11、FC12）位于青阳港河内，施工难度较大，选择合适的施工工艺是本工程顺利施工的关键。

1.2 地质条件

根据本次钻探资料，结合各土层室内物理力学试验成果，按土的成因、性质和特征从上到下分为8 个主要工程地质层，自上而下依次为：①填土，②1粉质黏土，②2淤泥质粉质黏土，③1黏土，③2粉土夹粉砂，⑥1粉质黏土夹粉土，⑥2粉砂夹粉土，⑦1粉质黏土与粉土，⑧1粉质黏土，⑨粉砂，⑩粉细砂。

该施工范围内主要以砂土为主，在-18.02～-19.52 m就进入粉土夹粉砂层，在-37.02～-41.72 m进入粉砂夹粉土层，其下有1 层粉质黏土与粉土互层，平均厚度约为12 m，其余均为砂层，地质情况比较差。

1.3 水文情况

新建大桥与青阳港相交80.05°，其中水中墩号为FB13、FB14、FC11、FC12，共4 座。承台底标高最低为-6 m，常水位为1.1 m，最高通航水位为2.717 m。根据航道单位提供的近几年最高水位为2.15 m，常水位为1.1 m，最低通航水位为0.33 m。承台尺寸为10 m×10 m×3 m，承台位于水中施工。

2 围堰施工工艺的选择[1,2]

2.1 围堰施工工艺分析

围堰的类型及使用条件如表1所示。

通过对地质条件和水文情况的分析可以看出土石围堰达不到施工的要求，本工程主桥墩位于青阳港河道内，承台底标高最低为-6 m，常水位为1.1 m，最高通航水位为2.717 m。因此本次施工适合考虑3 种备选方案。方案1：钢套箱围堰；方案2：单层拉森钢板桩围堰；方案3：双层拉森钢板桩围堰。

钢套箱围堰施工周期短，施工安全，是一种很好的施工方法，但是不适合本工程的实施。原因如下：本工程施工河道内（青阳港）船运频繁，钢套箱施工作业船需要合理的协调，需要协调的部门较多；河道内的管线复杂，不利于沉箱施工；施工后封底混凝土用量大，钢套箱不能全部取出，不利于循环使用。综合上述考虑不适宜采用钢套箱围堰。

单层拉森钢板桩围堰结构形式一般为矩形、圆形等结构形式，内部根据水位情况设置支撑，是一种比较传统的深水基础施工方法。施工技术成熟，应用广泛，钢板桩围堰可多次重复使用。它是一种施工简单、快捷、成本较低的围堰形式。但是，该围堰也有很大的局限性：由于是组拼式结构，整体刚度较小，因此其抗水流及冲刷能力差，不宜在流速较大的情况下使用；由于其本身强度、刚度的局限，在承台较深时，需设置强而密的支撑，对后续的承台及墩身施工干扰很大，不宜在水位较高的情况下使用；因为要重复使用，不宜浇筑封底混凝土，因此，在既要满足底部支撑力，又要满足较小渗流的情况下，对河床提出了较高的要求，不宜在透水性强，承载力小的地层条件下使用。

本工程河道内水流较急，河内淤泥较深，防渗要求较高，对钢板桩的强度、防渗要求高。单层拉森钢板桩围堰施工存在施工隐患，为确保施工安全，顺利完成施工任务，综合考虑采用18 m双层拉森钢板桩围堰并搭设栈桥配合施工（图1），以解决对施工航道的占用，栈桥也作为施工便道为后续桩基、承台、立柱的施工提供作业条件。

2.2 本工程施工围堰的选择

本工程主墩围堰采用18 m双层Ⅳ型拉森钢板桩，2 层钢板桩间距为1.5 m，中间采用黏性土填充。支撑设置2 道，在承台顶部以及底部各设置1 道，第1道围檩的顶标高取+2.3 m，第2道围檩的顶标高取-0.5 m，钢板桩桩顶标高取+2.8 m，板桩打入深度13～14 m（含淤泥层）。围檩采用双拼40#工字钢，支撑钢管采用φ609 mm。具体见图2。

2.3 围堰安全分析

2.3.1 基本分析

围堰外常水位为+1.1 m，水深3～4 m，围堰内外水位差约为2.8 m。围堰处于淤泥质粉质黏土层和泥土层中，其相对密度（平均）为18（19.8），黏聚力（快剪、平均）15.3 kPa（52.4 kPa）；内摩擦角（快剪、平均）5.9°（15.5°）。计算采用PKPM软件，将坑底以上的主动土因素去除，模拟水中围堰的实际情况。

2.3.2 最大弯矩

按挖土深8.80 m，支撑分别设置在标高2.30 m、-0.50 m处。

图1 栈桥、围堰平面布置

图2 承台围堰示意

最大正弯矩：Mumax=1.00×179.99=179.99 kN·m，发生在标高-2.34 m处；

最大负弯矩：Mdmax=1.00×-35.36=-35.36 kN·m，发生在标高-6.90 m处。

2.3.3 抗隆起、抗倾覆、抗渗流验算

抗隆起安全系数为7.62，安全系数2.20，合格，基坑底最大隆起量 0.01 mm。

抗倾覆安全系数为11.30，安全系数1.26，合格。抗渗流安全系数k=3.59，安全系数1.50，合格。

2.3.4 内力及位移验算

全部工况下的最大内力位移如下：（采用m法计算）

最大桩（墙）顶部位移为98.49 mm，最大桩（墙）位移为98.49 mm，最大正弯矩为114.30 kN·m；最大负弯矩为-254.00 kN·m；最大正剪力为95.00 kN；最大负剪力为-121.00 kN。

2.3.5 主要结论

1）围堰围护计算结果为：本次实施的基坑各项安全系数均满足规范要求。

2）根据内力及位移验算支撑系统的强度、刚度、稳定性等都满足规范要求。

3）根据整体验算，本围堰采用拉森IV钢板桩可行，在施工阶段需要做好钢板桩打设的垂直度控制、围檩支撑的安装和围堰内外水位差的控制。

3 主要施工技术要求和措施

3.1 栈桥施工

本工程青阳港位于河中的承台共4 座，施工承台水深为2～3 m，为保证整个工程的施工，在便道与承台作业平台之间修筑栈桥连接，栈桥桥面标准宽度为6 m。栈桥修筑需结合地方的实际情况，以满足通航的要求。

1）栈桥设计：最大设计运输荷载为60 t，桥面宽度为6～10 m。

2）桩组设计：根据河中承台位置确定便道栈桥走向，桩基采用φ300 mm的空心钢管立柱，桩长15 m、入土长度为7 m、纵向间距为3 m、横向为2.5 m、上部纵向为长12 m的40#工字钢，每根桩顶设置1 根，钢管桩上部用横向木方垫平。桥面用30#槽钢纵向满铺，两端用螺旋固定，使便桥连接顺畅，行车时无明显的晃动，平台面层栏杆采用φ48.5 mm脚手管做防护栏杆，栈桥钢管桩纵横向剪刀撑采用10#槽钢，用来保证车辆通行。

3）便桥的安装方法（考虑便桥的集中荷载）：上部纵向为长12 m的40#工字钢，每根桩顶设置1 根。

4）桥面铺设：桥面用30#槽钢型钢平向满铺，两端用螺旋（或钢筋焊接）固定，使便桥连接顺畅，行车时无明显的晃动，用来保证车辆通行。

5）护栏用钢管扶手，焊成高1.2 m的简易护栏，固定在纵向型钢上，用红白油漆刷好，起到警示作用。

3.2 钢板桩施工

1）根据本工程地质情况的需要，4 座承台采用拉森钢板桩，拉森桩型号为：SKAP-Ⅳ型、日标，宽400 mm、高170 mm、厚15.5 mm，截面积为95.99 cm2，每米理论质量为76.1 kg。

2）钢板桩的施工顺序为：据施工图及高程放设沉桩定位线→根据定位线控设沉桩导向桩（临时钢板桩）→设置导向围檩定位桩→打设围护桩→将围护桩送至指定标高→重复下根桩。

3）本工程考虑到为便于基础施工，即在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地，按照留有承台1.5 m净距工作面进行打桩。在打设钢板桩时尽量保证基坑护壁钢板桩表面平直整齐，避免不规则的转角，以便于标准钢板桩的利用和支撑设置。

4）根据现场施工条件，采用封闭打入法，即：设置导向桩（在四角位置先打桩定线），而后将钢板桩依次在导向桩中全部插好，成为一个高大的钢板桩墙，待四角实现封闭合拢后，再按阶梯形逐渐将板桩打入设计标高。

5）采用液压振动沉桩机（450型打桩机）在栈桥上进行钢板桩的打入（栈桥需进行预压），作为沉设拉森桩的主要动力。

3.3 围檩施工

1）本工程围檩施工与基坑土方开挖是交叉进行的。基坑土方开挖的程序：先行抽水至第1道支撑标高50 cm以下，安装第1道支撑、围檩。再抽水、挖土到第2道支撑标高以下50 cm，安装第2道围檩、支撑，最后开挖至坑底标高-6.15 m。

2）围檩及支撑设置在标高2.3 m和-0.5 m处，围檩安装采用在钢板桩内壁上焊围檩托架，然后吊装40#双拼H型钢钢围檩并焊接加固。支撑与角撑安装前测定出该道支撑两端与围檩的接触点，以保证支撑与墙面垂直，位置适当，量出2 个相应接触点间的支撑长度来校核地面上已拼装好的支撑，两头分别搁在三角支座上，一头与围檩焊接，焊接完成后再对另一头围檩与支撑之间的空隙进行处理（采用钢垫块焊接）。

3.4 土方开挖及运输

1）土方开挖施工为分层连续施工，对称开挖。土方随挖随运，开挖过程中及时关注支护体系的变形，栈桥通道采用铺垫钢板以扩散压力。抽水、挖土和支撑的架设施工过程紧密配合，在保证安全的前提下，加快了挖土进度，为支撑施工创造了工作条件，使支撑结构尽早形成整体刚度。两者的配合施工较好的利用了软土施工中的时空效应，有效地控制围护体系在受力后的变形。

2）采用臂长12 m挖土机开挖，土方随挖随运。施工中严禁超挖，及时施加支撑，土方开挖施工要求分层均匀高效，以使支护结构处于正常的受力状态，坑底20 cm采用人工挖土铲平，避免超挖，并及时设置排水沟和集水井对坑内积水进行抽排。

3.5 防渗堵漏

1）本工程钢板桩打入之前在锁口内涂以黄油、锯末等混合物。当锁口不紧密而漏水时，用棉絮等在内侧嵌塞，外侧包裹一层防水彩条布，起到防水和减小水压力的双重效果。

2）钢板桩围堰抽水过程中要加强止水堵漏措施。抽水时同时在外侧水中漏缝处撒大量木屑或谷糠和炉渣的混合物，使其由水夹带至漏水处自行堵塞，在桩脚漏水处，采用局部混凝土封底等措施。对局部漏水严重、堵漏困难的地方在钢板桩外侧补打木桩围堰，木桩围堰内侧铺设彩条布，在彩条布与钢板桩围堰间填筑黏土进行封堵。

3）钢板桩施打过程中设置观测点和仪器跟踪，避免围堰偏位，尤其板桩的偏位累积很难校正。施打前，在围堰上下游一定距离和两岸陆地上设置全站仪观测点，用于控制围堰长短方向钢板桩的的施打定位。

4）在钢板桩围堰挡水期间，定期对钢板桩顶的位移进行观测，监测桩顶向基坑内外的偏移量。

4 施工监测方案

4.1 监测原则

工程实施时进行施工监测。施工监测的成败与监测方法的选取及测点布置情况直接相关。根据我们积累的经验，现归纳为以下4 条原则。

1）可靠性原则：可靠性原则是监测系统设计中所考虑的最重要的原则。为了确保其可靠性，必须做到：采用可靠的仪器及监测期间保护好测点。

2）多层次监测原则：多层次监测原则的具体含义有4 点。在监测对象上以位移为主，兼顾其他监测项目；在监测方法上以仪器监测为主，并辅以现场巡视的方法；在监测仪器选择上以机测仪器为主，辅以电测仪器；考虑分别在地表及钢板桩上和围堰上布点，以形成具有一定测点覆盖率的监测网。

3）方便实用原则：为减少监测与施工之间的干扰，监测系统的安装和测量应尽量做到方便实用。

4）经济合理原则：考虑实用的仪器，不过分追求仪器的先进性。

4.2 监测目的

基坑开挖过程中，必须保证围护结构的稳定性，以确保基坑施工安全。为此施工过程中必须采取相应的监控保护措施，监测的目的主要是：

1）了解围护结构的受力、变形及坑周土体的沉降情况，对围护结构的稳定性进行评价；

2）对基坑周边河道水位等进行监控，了解基坑施工对周边环境的影响情况；

3）通过获得的围护结构及周围环境在施工中的综合信息，进行施工的日常管理，对设计和施工方案的合理性进行评价，为优化和合理组织施工提供可靠信息，并指导后续施工。

4.3 监测点位布置

监测点（孔）布设在围护墙顶，5 m设置一个点。

4.4 报警值

围护体变形的报警值为：日变量≥2 mm或累计变量≥14 mm。

5 结语

1）因地制宜，合理布置是顺利施工的重要因素。本次高等级河道中低埋承台施工工艺选择，采用双层拉森钢板桩围堰及搭设栈桥配合施工，是在对周围环境进行充分调查分析，在确保安全的前提下，为加快施工进度而选用的方案。从整个施工过程和结果中看到，此次施工达到了预期的效果。

2）本次施工中的难点为围檩支撑施工和监控的实施，工作量大，工作顺序复杂。支护结构的施工与土方开挖密切联系，控制好开挖进度和挖方量是施工的重点，在施工中围檩的安装与土方的开挖交叉进行，应严格控制施工工序，实时监测支撑的变形。

3）开挖出来的土方填筑到双层钢板桩内进行防水围护，因地制宜，合理地安排了施工工艺。这种做法符合工程实际，节约了施工成本，施工效果明显，值得进一步学习和推广。