东沙大桥主承台钢板桩围堰施工

2016-11-15沙群辉

城市道桥与防洪 2016年1期

关键词：拉森主墩河床

沙群辉，周忠

（1.江苏省南通市通州区交通运输局，江苏南通 226300；2.中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司，湖北武汉 430050）

东沙大桥主承台钢板桩围堰施工

沙群辉1，周忠2

（1.江苏省南通市通州区交通运输局，江苏南通 226300；2.中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司，湖北武汉 430050）

东沙大桥全长1 838.8 mm，其中主桥为41.6 m+78.4 m+270 m+78.4 m+41.6 m斜拉桥，主桥梁宽为27.5 m。主墩承台为六边形圆倒角整体式承台，几何尺寸为45.369 m×20.1 m×4.5 m，顶面标高为+4.0 m。结合工程实际，介绍主墩承台钢板桩围堰法施工工艺，有关经验可供相关专业人员参考。

东沙大桥；主墩承台；钢板桩；围堰；施工工艺

1　工程概况及自然条件

1.1工程概况

东沙大桥全长1 838.8 mm，其中主桥为41.6 m+ 78.4 m+270 m+78.4 m+41.6 m斜拉桥，主桥梁宽为27.5 m。

主墩采用D=2.0 m群桩基础。承台为六边形圆倒角整体式承台，几何尺寸为45.369 m×20.1 m× 4.5 m，顶面标高为+4.0 m。一个主墩承台共需C40混凝土3 512.9 m3。共两个主墩承台，见图1。

图1　东沙大桥主桥桥型示意图

1.2自然条件

工程所处河道为长江支江，水体主要受上游来水补给，水位受潮汐影响变化明显，变动幅度较大。根据设计资料和现场勘测及结合施工时间，桥位处在11月至2月的最高水位为+2.5 m，最低水位为+0 m。涨潮最大流速为0.58 m/s，落潮最大流速为1.33 m/s。根据现场观测，桥位处在汛期的局部冲刷为2 m。

根据地质勘察报告，主墩所处地质资料及土层参数分别见表1。

表1　主墩土层参数表

2　方案比选

根据东沙大桥主墩承台施工特点、施工季节及水文情况的影响，主墩承台可选用钢吊箱围堰和钢板桩围堰。

两种方案的优缺点见表2。

表2　两种方案优缺点

综上，经过施工、监理、指挥部、设计多次商讨，根据当时水文条件、工期要求及施工能力，最终确定采用钢板桩围堰法施工。

3　钢板桩结构设计

钢板桩采用拉森Ⅵ型钢板桩，材质SY295，单根长度为24 m，围堰平面尺寸为47.1 m×22.1 m，共设置一道内支撑。围堰顶高程为+3.0 m，围堰底高程为-21.0 m。

钢板桩围堰具体布置见图2、图3。

图3　钢板桩围堰平面布置图

3.1计算假设及基本参数

3.1.1计算假设

（1）由于主墩的地质条件及施工环境较接近，所以任选一个墩进行钢板桩围堰的计算。

（2）计算时取1 m宽单位宽度钢板桩；

（3）水流力计算

目前主墩处河床面最低标高约为-6.0 m，水位按高水位+2.5计，流速按1.33 m/s，局部冲刷按2 m考虑。则作用在每米宽度钢板桩上的水流力：

水流力合力的着力点假定在设计最高水位线下1/3倍水深处，即-1.0 m。

（4）取围堰外河床冲刷深度为2 m进行计算。

3.1.2钢板桩截面参数

本工程使用钢板桩截面参数特性值见表3，钢板桩截面见图4。

表3　钢板桩截面参数特性值表

图4　拉森Ⅵ型钢板桩截面示意图（单位：mm）

3.2钢板桩计算

计算工况按照施工工序分为：

工况一内支撑安装后，围堰内抽水至-2.0 m；

工况二第一次承台浇筑后，拆除侧模板，安装第二道支撑于承台上，再将围堰内灌水至+1.0 m，拆除第一道支撑。

3.3结构计算结果

经计算，在“工况一内支撑安装后，围堰内抽水至-2.0 m。”桩的总长度为21.45 m，桩的最大变形60 mm，满足方案要求；在“工况二第一次承台浇筑后，拆除侧模板，安装第二道支撑于承台上，再将围堰内灌水至+1.0 m，拆除第一道支撑。”由于钢板桩内外水压只有1 m，经过试算，此时对钢板桩的受力影响较小，同时将内支撑转换至承台后，只是保证钢板桩的稳定性，满足要求。

4　钢板桩围堰施工

4.1钢板桩围堰施工顺序

（1）钻孔桩施工前或施工时，在定位桩处焊接牛腿，安装钢板桩插打导向；

（2）依次插打钢板桩至合拢；

（3）围堰内抽水至+1.5 m（或选择低水位时），在+2.185 m处安装预制好的内支撑；

（4）内支撑安装到位后，继续抽水，抽水至-2.0 m，并保持在该水位；

（5）承台第一层混凝土施工；

（6）达到设计强度后拆除承台模板后，在+1.445处焊接围囹，将支撑转换至承台，向围堰内注水至+1 m，拆除第一道内支撑，进行第二次承台浇筑，浇筑高度为2.5 m；

（7）承台施工完成后，依次拔出钢板桩。

4.2钢板桩材料准备

拉森钢板桩运到工地后，对其进行整理。清除锁口内杂物（如电焊瘤渣、废填充物等），对缺陷部位加以整修。对于桩身残缺、残迹、不整洁、锈皮、卷曲等都要做全面检查，并采取相应措施，以确保正常使用。对于检查合格的拉森钢板桩，为保证拉森钢板桩在施工过程中能顺利插拔，并增加拉森钢板桩在使用时防渗性能。每根板桩锁口都须均匀涂以混合油，其体积配合比为黄油：干锯沫=5：3。

4.3机械设备及现场准备

选用DZ90振动锤，施工前对静压机、振动锤检查，确保线路畅通，功能正常。

施工现场撤走钻机并拆除所需要拆除的钻孔平台，同时清理场地以便钢板桩在主栈桥上运输及临时堆放。

4.4钢板桩插打

钢板桩插打选择从围堰横桥向中心处开始，然后依次向两边进行，最后在下游角桩附近进行合拢。

4.4.1钢板桩起吊控制

钢板桩运至现场后，将钢板桩整齐排列在易于起吊的位置，使用气割在钢板桩轴线上从离端部10 cm左右的位置穿好直径5 cm大小的吊孔，再使用钩环结结实实的联结，吊装过程中需系好适当的绳索以防止左右摆动。

钢板桩起吊示意见图5。

图5　钢板桩起吊示意图

4.4.2导向架设置

钢板桩插打前利用钻孔平台，在定位桩上焊接工字钢作为钢板桩导向架。在插打前几根钢板桩前，先按钢板桩宽度在导向架上画出每根钢板桩的边线，然后再焊接长约4 m的导向桁架，在导向架上、下边上设置限位装制，大小比钢板桩每边放大1 cm。钢板桩插打导向架示意见图6。

图6　钢板桩插打导向架示意图

4.4.3插打施工

钢板桩先利用自重下插，当自重不能下插时，利用液压振动锤进行加压直至设计标高，第一片钢板桩插打到位后，通过检测确定合格，后续钢板桩以其为基准，再向两边对称插打钢板桩。插入桩位的钢板桩需紧靠导梁。插打一根或几根后，将已插好的钢板桩点焊固定于导梁上。

4.4.4钢板桩围堰合拢施工

钢板桩最后的合拢点选择在任一角桩附近4～5根钢板桩处。距合拢口两侧剩约10根钢板桩时，测量每根插打钢板桩的轴向及法向倾斜度，控制在0.2%以内。

为了使合拢钢板桩能顺利与相邻桩的锁口相互咬合，插打前应使合拢钢板桩两侧桩高度不同，高差控制在100～200 mm。

插打合拢桩时，使与相邻桩套好锁口的合拢桩自由落入，并将振动锤垂直降落，使其重量全部压在合拢桩上，开启振动锤，随着桩进入土体的深度增加，阻力逐渐增大，通过电流表中电流值的大小，调整施打方式，电流值升高时，将桩上提，电流值下降恢复正常时，向下插打，如此反复，将桩打至预定高程。

4.4.5内支撑安装

钢板桩插打施工完后即进行内支撑的安装施工。

主墩内支撑在钢结构加工厂按设计下料、预制后在墩位处拼装、焊接，待检验合格后，围堰内抽水至+1.5 m（正常情况下常水位低于+1.5 m），按设计位置在钢板桩上焊接牛腿后，在+2.185 m处安装预制好的内支撑，内支撑采用直径530 mm厚8 mm的钢管。围囹断面见图7。

图7　围囹结构图（单位：mm）

4.2.4围堰拆除

（1）支撑拆除

主墩浇筑承台第一次2 m高的混凝土，混凝土达到设计强度后进行体系转换，在+1.445处焊接围囹，将支撑转换至承台，同时向围堰内注水至+1.0 m处，拆除第一道内支撑，进行第二次承台浇筑，浇筑高度为2.5 m。

（2）拉森钢板桩拔除承台浇筑完成，保持围堰内外水位差为零时，拆除围堰支撑后即可进行钢板桩的拔除。拔除工作由下游方向开始，对称施工至上游方向，拔桩起点应离开角桩5根以上，可根据沉桩时的情况确定拔桩起点。钢板桩拔出采用履带吊配合振动锤进行拔除。

5　河床冲刷观测及处理措施

5.1河床冲刷观测

根据在桩基施工时观测，工程桥址所处河道每日两次涨落潮，水流流速较快，涨潮时水流流速约为：0.58 m/s；落潮时水流流速约为：1.33 m/s，同时河道表面覆盖层为流塑状淤泥质粉质粘土，且土层较厚，该土层在水流的作用下极易启动形成冲刷，再由于围堰形成后导致过水面减小，水流在结构物处冲击形成较大漩涡，增加对河床土层的冲刷，因此在主墩承台施工中防止冲刷对围堰结构的影响是施工中必须考虑的重要因素。

钢板桩插打合拢后，安排专人对围堰外河床面进行监测，通过监测反馈河床冲刷情况，每承台布置河床标高观测点14个，每次观测时间为涨落潮前后共两次。根据现场观测数据及时的进行反馈，用于指导围堰防冲刷的及时进行与防冲刷的质量。观测点布置见图8。