桥梁墩台组合式钢板桩围堰施工技术探究

2020-09-26王东张书江

运输经理世界 2020年11期

文/王东、张书江

1 前言

桥梁墩台施工是一个系统性的工程，由于涉及水下作业，且在受到环境因素的影响下，桥梁墩台基础的建设会出现不稳定的情况，因此如何采取有效的方案、提高桥梁墩台建设的整体性与稳定性非常关键。随着组合式钢板桩围岩施工技术的出现，该技术的应用能够对桥梁墩台的周围进行维护和加固，达到工程建设的要求，所以对该技术进行分析并探寻出有效的技术方案意义重大。

2 工程概况

某桥梁项目最为重要的部分就是承台结构，其埋深为10.5m；按照当前桥梁运行和疏浚的标准，分析之后确定钢筋混凝土井壁后期的拆除难度相对较高；并经过计算分析之后，承台部分的施工最终采用下部钢筋混凝土+上部钢板桩的组合结构形式。围堰结构设计为矩形的结构形式，混凝土围岩29.8m×15.4m、高7.5m，井壁厚度为1.6m；钢板桩井壁28m×13.6m、高9m，为SP-U400×170 型号。在该工程中，上述两个结构通过内槽镶嵌方法连接，搭接部分的长度为0.5m。

3 施工方案

在围堰部分的施工过程中，通过下沉作业的方法，首先应该按照标准实施围堰部分的回填作业，并保证其形成必要的混凝土围堰部分，确保其内部吸泥下沉在+19.5m 的位置。另外，根据设计方案落实钢板桩安装施工，保证其产生围堰的结构形式，将吸泥标高调整到+10.5m 的位置。围堰井壁浇筑分为两次实施，分别为4m、3.5m 一次下沉处理。在混凝土结构强度满足要求后，通过射水吸泥设备和人工联合的方法进行下部排水下沉钢板井壁的结构施工。混凝土结构下沉到距离顶面0.5m 的位置上，按照要求在预留槽中布置钢板桩井壁部分，在此应用下可以直接确保各个砂浆充分填入结构内，然后再安装内支撑的形式，以保证排水、吸泥下沉方面不出现问题，且符合设计标准再进行封底处理，并使用厚度为1.5m 的结构。封底符合要求之后就可以开始抽水、除桩头处理，然后清理基底结构并进行承台钢筋绑扎处理，树立模板结构，浇筑混凝土、养护施工。施工工艺如下所示：

3.1 钢筋混凝土围堰基底清理

钻孔桩施工作业结束后，应立即清理现场，同时地表高程清理到+26.5m 的位置上。在围堰测量放样处理时，按照要求进行换填砂层处理，然后设置垫木，以达到地形条件要求；然后逐步从下游开始设置横向排水坡的结构，以满足设计方案的要求。

3.2 围堰垫层施工

该桥梁项目的地基承载力相对较低，为了保证围堰部分的性能合格，刃脚底部按照标准要求设置砂垫层，并达到承载性能的要求。同时，砂垫层结构厚度的设定要符合要求，使围堰类型、垫层底部达到承载性的标准[1]。

3.3 钢刃脚安装

根据现场的标准要求，在枕木表面应该安装钢刃脚部件，同时现场需要设置75 角钢制作形成的三角支架结构。通过测量放线处理可以保证钢刃脚安装施工质量合格；与此同时，还要两侧对称进行拼装作业施工。在刃脚拼装环节，随时进行测量与位置的纠正处理，以确保其顺利进行，不会存在位置偏差。

3.4 钢筋、模板及混凝土施工

根据混凝土围堰的结构采取二次浇筑作业成型施工，按照要求设置钢管脚手架形式，为施工人员提供作业平台。模板以厚度为15mm 的竹胶板作为面板结构，普通钢板为该项目的背榜结构，同时按照间隔距离的标准设置对拉螺栓。围堰混凝土部分根据要求应用泵车方式输送入模作业，并分层浇筑作业，及时按照要求进行振捣处理，并根据要求养生施工。

3.5 钢筋混凝土围堰下沉

在围堰底部的混凝土应达到设计标准，并根据围堰分布设置撑管结构。下沉开始前，需要及时将围堰上部杂物清理干净，对于留孔部位进行嵌补处理；施工接缝的部位需要进行沥青材料的涂刷作业施工；检测控制点部位的精度应保证沉降观测点的质量合格，且应该在下部进行标尺刻度固定，从而确保标高尺寸符合要求[2]。

3.5.1 混凝土围堰下沉计算

3.5.1.1 围堰自重：Gu=956.82×25=23920.5kN。

3.5.1.2 摩阻力：围堰在原地面部位上进行下沉作业，并保证原地面结构部位的高程为+26.5m；下沉到与地表有0.5m 的距离后，此时围堰底部深度为7m；底部土层结构部分粉质黏土的形式，厚度为4m，极限摩阻力为40kPa，则井壁总摩阻力为：F1=(29.8+15.4)×2×[1/2×5×(1.34×20+3.66×40)/5+2×(0.34×40+1.66×20)/2]=10848kN。

3.5.1.3 下沉系数：综合分析计算围堰排水下沉的情况，下沉时不需要计算浮力：k=Gu/F=2.21＞1.05，符合下沉施工的作业标准。

3.5.1.4 下沉稳定系数：k=G(F1+R)=23920.5/(10848+21696)=0.74＜0.9，符合技术标准。

3.5.2 混凝土围堰下沉

3.5.2.1 抽除承垫木：承垫木抽除时，应严格执行施工工艺标准，先进行外承垫木的抽取处理，然后在进行枕木的抽取，同时缓慢进行各个部件的抽除处理。

3.5.2.2 刃脚内外回填：承垫木抽除之后存在的空间需要立即采取砂材料进行回填作业，并保证不会有过大的间隔，同时进行人工捣实作业处理，每层20～30mm。相关人员需要使回填密实度满足标准要求，不能有围堰下沉等缺陷问题，同时还要预防产生枕木折断的危害，控制偏移、位移问题。

3.5.2.3 围堰下沉施工环节需要先进行人工射水、吸泥、排水下沉作业，然后按照从内到外的顺序进行出土处理，先进行中间位置隔墙的土体处理，然后进行其他位置的土体处理，保证隔墙两侧的高差符合技术标准要求。围堰起沉阶段应该根据要求在围堰周边刃脚通过人工方法进行分层处理，且需要把散砂全部都设置在围堰中部的位置上，然后计算分析下沉数据与偏差参数，保证沉降达到稳定性要求，并使初衬的轨迹符合要求，确保刃脚直接设置于土体结构中，保证围堰中心满足标准要求。围堰取土施工，应根据分层、均匀的操作方式进行施工。取土先从中央部位进行，然后向外延伸处理，单层取土厚度4～0.5m，同时需要从刃脚底部逐步进行取土处理，然后实施削坡作业，并逐步向上进行，保证不会有土层结构损坏的问题[3]。将围堰结构内部吸出之后的砂流入泥浆池1 内进行回收使用，而土方则要将其排入泥浆池2 内；经过必要的沉淀处理就可以在开挖后运输到外部空间，但不能在围堰周边堆放处理，以防止产生围岩倾斜、偏移问题。围堰下沉在+19.5m 的位置上时，可以进行补水处理，确保内外水头达到平衡性的要求，但不能在汛期中施工。

3.6 钢板桩安装及组合式围堰下沉

3.6.1 施工准备

汛期施工时水位下降到+24m 的位置上；同时，围堰部分的井壁结构位置不能存在任何杂物；然后通过吊机自上到下对称进行钢板桩的安装作业，此时需要安装临时钢板桩，并完成固定处理；在围岩井壁中的钢板桩表面需要涂刷沥青材料，以充分保护其不会受到自然环境侵蚀；然后进行水泥浆液填充处理，从而达到密实度的要求。砂浆强度达到技术标准后，应进行钢板桩支撑牛腿与内支撑结构，再做好锚固钢筋固定处理[4]。

3.6.2 设置排水沟

以测量放样组合的方式设置周边部位的四个角柱，同时地面应该布置边缘排水沟，基坑周边2m 范围内禁止存放任何材料与弃土，也不能有车辆进入。

3.7 围堰封底

3.7.1 封底技术措施

围堰下沉至与设计标高要求10cm 的位置，就不能再进行挖土、排水作业；另外，通过结构自重慢慢达到设计报告的要求，一般会经过2 天左右达到稳定性要求。观测在8h 内下沉量不足10mm 的情况下，就要开始围堰封底处理。封底作业前，进行整个结构的修整处理，达到锅底形状为最佳状态，然后去除表面的浮泥，进行新旧混凝土结构表面的凿毛清洗处理，再从刃脚到中心部位设置放射性排水沟结构，内部填充卵石组合成为排水暗沟，中部设置2 个集水井，并通过盲沟连通；利用潜水泵排水处理，保证其水位在基底面的下部0.5m 位置上。混凝土封底作业一次性浇筑完成，应保证结构的性能符合要求，且各个工序连续开展进行，有效消除该结构形成的渗漏缺陷。经过检测确定混凝土强度为设计要求的70%，相关人员应做好抗浮参数的计算和分析，符合标准就可以进行封堵集水井处理[5]。

4 方案执行情况评价

组合式围堰施工环节需要做好各个工序的管控工作，以此可以产生非常好的效果。围堰抽垫通过边抽支垫边回填密实的方式进行；围堰取土下沉通过分层对称的方式进行，先在隔墙部位做好吐土处理，确保整个隔墙达到悬空的状态，然后做好地质条件的动态性检查，保证排水取土与水下吸泥联合进行，做好沉井下沉处理，避免出现基底隆起或者流砂的问题，防止给周边建筑物造成不良的影响；围堰下沉环节需要做好数据监测控制工作，及时进行纠偏处理，保证围堰偏位在合理范围内。