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摘要：本文主要介紹了在清遠(yuǎn)至云浮高速公路綏江大橋承臺(tái)施工中，針對(duì)綏江江底的地質(zhì)及地形條件，通過(guò)采用拉森鋼板樁圍堰，很好的完成了綏江水中承臺(tái)及后續(xù)墩身的施工。不但保證了涉水承臺(tái)深基坑的安全性和穩(wěn)定性，而且大大降低了施工措施費(fèi)用。減少了對(duì)綏江的地形影響，最大限度的保護(hù)了綏江周邊的生態(tài)環(huán)境。該施工方法也為類似施工提供了一種解決思路。

關(guān)鍵詞：拉森鋼板樁；水中基坑；安全；環(huán)保

0引言

當(dāng)橋梁跨越較寬的江河時(shí)，往往需要在江河中設(shè)置橋墩，通常是在水中墩樁基施工完成后采用圍堰進(jìn)行封閉，然后抽水后進(jìn)行封底及下一步作業(yè)施工。對(duì)于水流緩慢水深較淺的基坑，可采用土袋圍堰進(jìn)行施工，當(dāng)水流較快且水深較深時(shí)一般采用鋼板樁圍堰；當(dāng)水流非?？烨宜詈苌钋宜椎匦蔚刭|(zhì)復(fù)雜時(shí)，往往采用雙壁鋼圍堰或雙壁鋼吊箱進(jìn)行施工。因此在施工前對(duì)基坑處的水文條件進(jìn)行充分調(diào)查，仔細(xì)比選施工方案，在滿足施工條件下，選擇合適的施工方法可以大大降低施工措施費(fèi)用，同時(shí)也簡(jiǎn)化了施工程序，提高了施工進(jìn)度。項(xiàng)目部通過(guò)對(duì)綏江大橋范圍內(nèi)的地形地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查后，對(duì)位于綏江中的承臺(tái)基坑采用拉森鋼板樁圍堰，該類型圍堰不但滿足了現(xiàn)場(chǎng)施工需求，而且拉森鋼板樁打拔便捷，不但大幅度降低了施工措施費(fèi)用，而且加快了施工進(jìn)度，減少了施工占用河道周期。而且拉森鋼板樁圍堰對(duì)河道及周邊環(huán)境擾動(dòng)較小，最大限度的保護(hù)了綏江周邊的生態(tài)環(huán)境。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用，該類型圍堰在涉水深基坑施工中取得很好的效果。

1工程概況

清遠(yuǎn)至云浮高速公路是廣東省高速公路網(wǎng)重要的組成部分，其中我公司為清云高速第六合同段，設(shè)計(jì)起點(diǎn)K57+650，終點(diǎn)K71+400，主線線路全長(zhǎng)13.75km。設(shè)計(jì)車速100km/h，雙向四車道，路基寬度26.0m，中央分隔帶寬度1m。工程內(nèi)容包括主線K57+650～K71+400段、英興樞紐互通及石狗互通，含路基土石方、地基處理、邊坡支護(hù)、路基防護(hù)及排水、橋梁、隧道及涵洞工程。綏江大橋是英興互通的一處重點(diǎn)橋梁，該橋全長(zhǎng)352m，孔跨布置為20+40+20+30+3×40+3×40m結(jié)構(gòu)，全橋共計(jì)11個(gè)橋墩，其中5#、6#、7#墩位于綏江河道內(nèi)。綏江河道平均深度約為6.7m，水流0.3m/s，河床覆蓋層厚度3.2m~4.5m之間，從上往下依次為淤泥質(zhì)黏土、圓礫性黏土、可塑性黏土。

2圍堰施工方案比選

方案一：雙壁鋼圍堰。綏江大橋水中基坑若采用雙壁鋼圍堰，則需先在工廠或現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)加工區(qū)對(duì)雙壁鋼圍堰進(jìn)行分節(jié)制作，然后依次運(yùn)抵施工處進(jìn)行焊接拼裝，待水中承臺(tái)及墩身施工完畢后，安排潛水員將雙壁鋼圍堰依次割除。該施工方法不但施工成本高，而且對(duì)鋼圍堰加工精度及質(zhì)量也有很高的要求，尤其是焊縫的檢測(cè)較為繁瑣。經(jīng)測(cè)算，單個(gè)承臺(tái)雙壁鋼圍堰施工措施費(fèi)用約為140萬(wàn)元。并且該圍堰涉及到水下切割作業(yè)，安全風(fēng)險(xiǎn)性很高。方案二：拉森鋼板樁圍堰。采用拉森鋼板樁圍堰，則只需在樁基施工完畢后將鋼板樁依次打入，然后即可抽水進(jìn)行下一步施工。由于河床底都為淤泥質(zhì)黏土，因此鋼板樁插入深度滿足有關(guān)要求。承臺(tái)及墩身施工完畢后將鋼板樁拔出即可，無(wú)需潛水作業(yè)。經(jīng)測(cè)算，單個(gè)承臺(tái)鋼板樁圍堰施工措施費(fèi)用僅為5.2萬(wàn)元，且施工工藝簡(jiǎn)便，施工風(fēng)險(xiǎn)低，鋼板樁可重復(fù)使用，大大降低了施工措施費(fèi)用。經(jīng)上述兩方案比選，拉森鋼板樁更加經(jīng)濟(jì)且施工安全，施工措施費(fèi)用節(jié)省約400萬(wàn)元。因此選擇拉森鋼板樁圍堰更加符合現(xiàn)場(chǎng)施工需要，同時(shí)也更加經(jīng)濟(jì)和安全。

3鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

據(jù)工程所在地場(chǎng)地特點(diǎn)和地質(zhì)情況，結(jié)合鋼板樁的特性、施工方法等方面進(jìn)行考慮，選用拉森lV型（PU400×170）鋼板樁對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)和圍堰施工。拉森Ⅳ型鋼板樁寬度適中，抗彎性能好，其主要技術(shù)參數(shù)為：截面積A=96.99cm2，理論重量g=76.1kg/m，慣性矩I=4670cm4，板厚15.5mm，寬度400mm，厚度170mm，日本進(jìn)口鋼材，反復(fù)使用齒口不會(huì)變形，有良好的防水功能，對(duì)基坑圍護(hù)起到施工簡(jiǎn)便、安全、施工周期短、成本低。綏江大橋6#墩基坑深度最深，最大開(kāi)挖深度為7.512m。基坑支護(hù)采用拉森Ⅳ型鋼板樁，樁長(zhǎng)為18m，其單根截面積A=96.99cm2，每米寬截面模量為W=2270cm3/m。該基坑支護(hù)設(shè)置三道圍檁，其中鋼板樁頂面以下1.0m處設(shè)置第一層內(nèi)支撐，鋼板樁頂面以下4.0m處設(shè)置第二層內(nèi)支撐，鋼板樁頂面以下6.0m處設(shè)置第三層內(nèi)支撐。內(nèi)支撐圍檁、牛腿及直撐均采用Q235B型鋼制作，底層圍檁圍檁采用2工45a焊接而成，長(zhǎng)邊中部設(shè)相同截面的對(duì)撐，四角設(shè)相同截面的角撐。第二層圍檁圍檁采用2HM700×300焊接而成，長(zhǎng)邊中部設(shè)相同截面的對(duì)撐，四角設(shè)相同截面的角撐。詳見(jiàn)圖1所示。內(nèi)支撐安裝標(biāo)高由測(cè)量人員根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定。在鋼板樁四周放出圍檁底標(biāo)高，按設(shè)計(jì)要求焊接圍檁支承牛腿，牛腿采用厚10mm厚度鋼板焊接成三角撐，驗(yàn)收后安裝四周圍檁，圍檁翼緣須緊貼鋼板樁，每側(cè)圍檁之間互相頂緊。圍檁安裝完成后，安裝轉(zhuǎn)角處圍檁連接鋼板，每個(gè)轉(zhuǎn)角處安裝兩塊加勁鋼板，位于圍檁H型鋼翼緣板外側(cè)三分之一位置，并按設(shè)計(jì)要求安裝斜撐和直撐，撐桿與圍檁之間應(yīng)頂緊、焊接牢固。

4鋼板樁圍堰受力計(jì)算

4.1設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1.1相關(guān)系數(shù)?；又ёo(hù)等級(jí)為三級(jí)。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取0.9。計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)時(shí)，作用基本組合的綜合分項(xiàng)系數(shù)取1.25。4.1.2材料參數(shù)。拉森Ⅳ型鋼板樁：每延米面積242.5cm2；每延米慣性矩38600cm4；每延米抗彎模量2270cm3；材質(zhì)為Q295bz?？箯潖?qiáng)度設(shè)計(jì)值取270N/mm2。圍檁Q235B鋼材厚度一般大于16mm，抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取205N/mm2，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取120N/mm2。

4.2支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算

4.2.1鋼板樁驗(yàn)算。1m寬鋼板樁承受的彎矩最大值為M=167.12kN.m，抗彎模量WX=2270cm3，則鋼板樁應(yīng)力：即鋼板樁強(qiáng)度滿足要求。4.2.2底層圍檁驗(yàn)算。①圍檁強(qiáng)度驗(yàn)算。底層圍檁圈梁承受指向基坑內(nèi)側(cè)的線性荷載最大值為181.48kN/m，則設(shè)計(jì)值為0.9×1.25×181.48=204kN/m。經(jīng)計(jì)算，底層圍檁最大組合應(yīng)力為117MPa＜205MPa；最大剪應(yīng)力為35MPa＜120MPa。計(jì)算結(jié)果如圖2所示。②圍檁穩(wěn)定性驗(yàn)算。底層圍檁彎矩如圖3所示。由于圍檁圈梁與鋼板樁之間抄緊，故穩(wěn)定性滿足要求，不需要驗(yàn)算。僅需對(duì)角撐及對(duì)撐進(jìn)行計(jì)算。角撐最大軸力為898kN，最大彎矩為29kN·m。計(jì)算長(zhǎng)度5.233m，λ＝5233/80＝65，按照b類構(gòu)取的穩(wěn)定系數(shù)查表可得為0.78。壓彎穩(wěn)定性驗(yàn)算：滿足要求。對(duì)撐最大軸力為702kN，最大彎矩為0kN·m。計(jì)算長(zhǎng)度10.5m，λ＝10500/80＝131，按照b類構(gòu)取的穩(wěn)定系數(shù)查表可得為0.383。壓彎穩(wěn)定性驗(yàn)算：，滿足要求。5拉森鋼板樁圍堰施工工藝及注意事項(xiàng)5.1鋼板樁圍堰施工工藝流程拆除鉆孔平臺(tái)→測(cè)量放樣→安裝導(dǎo)向梁→鋼板樁插打→抽水并安裝第一層圍檁支撐→抽水并安裝第二層圍檁支撐→抽水并安裝第三層圍檁支撐→基地清理。

5.2鋼板樁施工

5.2.1導(dǎo)向梁安裝為保證沉樁軸線位置的正確和樁的垂直度，控制樁的打入精度，在鋼板樁插打前要設(shè)置導(dǎo)向梁，導(dǎo)向梁可采用圍堰所用2HN700×300型鋼圍檁，水上鋼平臺(tái)拆除完成后，在鋼護(hù)筒上焊接導(dǎo)向梁臨時(shí)型鋼牛腿，安裝導(dǎo)向梁。5.2.2鋼板樁插打鋼板樁圍堰遠(yuǎn)距離采用振動(dòng)錘施工，利用80t履帶吊吊起振動(dòng)錘對(duì)鋼板樁進(jìn)行插打，近距離采用V-400C型高頻液壓振動(dòng)打拔樁錘，配K470型履帶式主機(jī)；筑島平臺(tái)圍堰樁錘采用V-400C型高頻液壓振動(dòng)打拔樁錘，配K470型履帶式主機(jī)，可有效保證鋼板樁打拔。①鋼板樁插打采用開(kāi)始一部分逐根插打，后一部分則先合攏后再插打的方法進(jìn)行。第一根鋼板樁為后續(xù)樁的基準(zhǔn)樁，以定位線為基準(zhǔn)、垂直插打（此項(xiàng)工作應(yīng)反復(fù)仔細(xì)校正鋼板樁位，確保垂直）；其余各鋼板樁，則以已插好的鋼板樁為準(zhǔn)，起吊后人工扶持插入前一根鋼板樁鎖口，然后用振動(dòng)錘振動(dòng)下沉。整個(gè)施工過(guò)程中，要用錘球始終控制每片樁的垂直度，及時(shí)調(diào)整。插打過(guò)程中，須遵守“插樁正直，偏移即糾，調(diào)整合攏”的施工要點(diǎn)。②插打總體順序?yàn)樽源罄锍虒?duì)稱分別插打至小里程，最后于小里程角樁附近合攏。插打按先插樁、初打、復(fù)打三個(gè)步驟進(jìn)行。5.2.3圍檁及支撐安裝。①圍檁支承牛腿頂面應(yīng)在同一標(biāo)高上，確保圍檁頂口水平。②圍檁與每根鋼板樁之間均應(yīng)頂緊，如有未頂緊現(xiàn)象，采用空隙處灌注c20以上細(xì)石混凝土填充密實(shí)。③部分內(nèi)支撐可能在河床面以下，如基坑內(nèi)土體影響內(nèi)支撐安裝，可先挖除影響土體，但開(kāi)挖深度不得大于1m。④施工中要嚴(yán)格按照先安裝內(nèi)支撐再開(kāi)挖的原則組織。

6質(zhì)量保證措施

①在拼接鋼板樁時(shí)，兩端鋼板樁要對(duì)正頂緊夾持于牢固的夾具內(nèi)施焊，要求兩鋼板樁端頭間縫隙不大于3mm，斷面上的錯(cuò)位不大于2mm，使用新鋼板樁時(shí)，要有其機(jī)械性能和化學(xué)成份的出廠證明文件，并詳細(xì)丈量尺寸，檢驗(yàn)是否符合要求。②對(duì)組拼的鋼板樁兩端要平齊，誤差不大于3mm，鋼板樁組上下一致，誤差不大于30mm，全部的鎖口均要涂防水混合材料，使鎖口嵌縫嚴(yán)密。③為保證插樁順利合攏，要求樁身垂直，并且圍堰周邊的鋼板數(shù)要均分，在施工中加強(qiáng)測(cè)量工作，發(fā)現(xiàn)傾斜，及時(shí)調(diào)整，使每組鋼板樁在順圍堰周邊方向及其垂直方向的傾斜度均不大于5‰。④圍檁為型鋼組拼，焊接時(shí)翼緣和上下頂?shù)装逯g采用45度的坡口焊連接，質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)且焊縫須熔透。其余角焊縫要求為雙面角焊縫，焊高h(yuǎn)f=10mm，角焊縫外觀質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為三級(jí)。支撐與圍檁采用角焊縫滿焊連接。

7結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采用拉森鋼板樁圍堰，很好的完成了綏江水中承臺(tái)及后續(xù)墩身的施工。不但保證了涉水承臺(tái)深基坑的安全性和穩(wěn)定性，而且大大降低了施工措施費(fèi)用。減少了對(duì)綏江的地形影響，最大限度的保護(hù)了綏江周邊的生態(tài)環(huán)境。此方法為后續(xù)類似施工提供了借鑒和參考。

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[4]GB/T51295-2018，鋼圍堰工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].

作者:顏彬彬 單位:中鐵十二局集團(tuán)國(guó)際工程有限公司