深水大承台钢板桩围堰施工方法

刘东羽

1 工程概况

石湾特大桥是佛山市禅西大道工程中跨越东平水道的一座特大桥,目前正在进行主墩基础施工。主桥为(90.5+150+90.5)m矮塔斜拉桥,斜拉索为双塔单索面布置。桥塔高28 m,与主梁0号块的横梁固结。箱梁采用单箱三室加撑板悬臂的形式,C60混凝土,三向预应力体系。箱梁顶板宽33.5 m,底板宽16.5 m,梁高5 m～3.5 m。主墩采用空心薄壁异形墩,墩高为16.0 m,采用C40混凝土。主墩承台为正方形,尺寸为17.5 m×17.5 m×4 m,采用 C30混凝土,单个承台混凝土方量为1 225 m3,承台下设16根φ 2.0 m钻孔桩。

本项目位于珠江三角洲腹地,属第四纪第一级海相冲淤积阶地。场区第四系土层主要由软土及粉细砂组成,基岩由下第三系宝月组和下白垩统白鹤洞组泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩组成。

2 深水大承台施工方法

2.1 问题的提出

本项目承台施工具有以下几个特点:1)按航道部门要求,承台顶面埋入现状河床下,开挖深度大(最低常水位标高为+0.73 m,承台顶标高为-4.4 m,加上封底厚度,开挖深度达到11.0 m);2)汛期长且刚好跨汛期施工,水位深且变化较大给施工带来了一定难度;3)距离石湾水厂一级水源保护区的吸水口仅100多米,环保措施方面要求高;4)距离大堤护坡坡脚较近,开挖时水利部门要求高。如何解决承台施工的受力问题、防备洪水袭击、满足航道水利环保等部门要求、满足工期要求,将是决定本桥承台施工成败的关键,也是我们选择承台施工方案的出发点。

2.2 施工方案的选择

根据现场施工条件和公司既有设备情况,可以采用钢板桩围堰、填砂筑岛围堰和钢套箱围堰三种方案进行承台施工。经比较,填砂筑岛围堰方案会压缩航道,并极易造成下游水厂水质破坏,同时河床起伏大使得填砂方量巨大也不经济。钢套箱围堰方案所用钢材较多,并且大部分不能回收,下沉时设备及人员投入多,工序复杂,且钢套箱施工的承台较易出现施工裂缝,质量控制上较难保证,同时在防备洪水袭击方面也没有得力措施。为此,本桥水中墩承台施工采用钢板桩围堰施工方案。

2.3 围堰结构设计与施工流程

经计算,钢板桩采用拉森Ⅳ型钢板桩,单根长18 m,桩底嵌入强风化层1 m～4 m,详见图1。主墩基础施工工序流程为:清除河床孤石及混凝土块→插打施工平台钢管桩、钢护筒→安装钢管桩与钢护筒连接系→铺设平台分配梁及贝雷片→安装冲孔钻机并钻孔→钻孔桩完成后撤离钻机和施工平台→插打承台钢板桩→围堰内除土和内支撑安装→围堰封底→绑扎承台钢筋及预埋件→冷却水管和钢筋安装→浇筑承台混凝土→承台竣工。

3 钢板桩围堰施工要点

3.1 钢板桩插打

钢板桩桩顶标高定为+3.0 m,桩底标高定为-15.0 m,围堰轮廓尺寸为20 m×20 m,外圈辅助施工平台轮廓尺寸为28.6 m(横桥向)×33 m(顺桥向),横桥向每边留有约6 m,顺桥向留有7 m的桩基钻孔施工作业平台的空间。

插打钢板桩从上游靠主流的一角开始插打第一片钢板桩(定位桩),逐步向两侧推进插打,最后在下游侧合龙;量测合龙块尺寸,制作异形钢板桩,插打合龙段钢板桩。

1)插打钢板桩时预防倾斜的措施。a.在插钢板桩前,除在锁口内涂润滑油以减小锁口的摩阻力外,同时在未插套的锁口下端打入铁楔或硬木楔,防止沉入时泥砂堵塞锁口;b.及时采用倒链滑车组纠正钢板桩的倾斜,并用铁件与已稳定的钢板桩焊连,保障纠偏成果;c.在坚实土地带插钢板桩时,可将桩尖截成一定角度,利用其反力,使已倾斜的钢板桩逐步恢复正常;d.当倾斜较大,很难纠正时,可将钢板桩拔起重新插打。2)钢板桩锁口漏水预防措施。围堰抽水时可能出现钢板桩由于插打不当、不慎撞击等原因致使锁口发生变形,发生渗漏。当锁口不紧密漏水时,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,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。

3.2 围堰内基坑开挖及安装内支撑

基坑开挖采用吸泥船,辅以高压射水等措施保证围堰底平面满足封底混凝土要求。开挖采用水平分层方式进行,每层厚度控制在1.5 m左右。当开挖深度达到设计标高时,安装围堰内支撑,继续开挖、安装内支撑直至设计标高(见图2)。

3.3 围堰封底混凝土施工

封底混凝土厚度为1.5 m,通过泵车接出混凝土输送泵管运送至承台底部,整个围堰封底平面一次进行,从承台的一侧向另一侧浇筑。在进行混凝土封底之前必须排干基坑内的积水,可在基坑四角设置积水井抽排。以承台底为粉砂层计算,则渗透系数取1.2×10-3cm/s,根据公式 Q=K×A×t=K ×A×h′/(h′+2t)可以计算得出 Q=168 m3/d。因此,在承台的四个角点各布置一台流量15 m3/h～20 m3/h的污水泵即可。待封底混凝土达到设计强度后进行堵填,并且拆除-6.5 m处第三道内支撑,进行承台钢筋绑扎。

3.4 承台大体积混凝土施工

主墩承台为大体积混凝土施工,为防止产生温度裂缝,应尽量采用水化热较低的水泥,采用“双掺”技术(掺优质粉煤灰、优质缓凝剂),选择含泥量低、颗粒级配好的粗细骨料,尽量降低拌合用水、粗细骨料、水泥的温度,采用“内降外保”措施:分层浇筑并在承台混凝土内按要求设置循环冷却水管、保证内外温差及尽早回填等,以使承台内外温差控制在25℃以内。钢筋采用内部排架支撑系统定位、模板采用大面组合钢模。

3.5 钢板桩围堰施工的关键问题及技术措施

本方案成败的关键有以下两点:1)钢板桩插打必须垂直,才能确保围堰密实和牢靠。我们的对策是在插打钢板桩前需设定位桩及定位横梁,并在插打过程中安装和利用导向框进行导向。2)如何保证封底成功、确保承台施工质量。我们采取的技术措施是“止水、保压”。“止水”就是在钢板桩用棉絮等在锁口内侧嵌塞,外侧包裹一层防水彩条布,使得钢板桩在水压力的作用下越来越密实,做到基本上止水。“保压”就是在浇筑水下封底混凝土过程中,一定要使内外水头差保持在一定的范围之内。即要保持一定的压力,使未终凝的混凝土不因压力大而发生变形,从而影响封底混凝土的质量和封底止水效果。

4 结语

本项目主墩承台施工采用的钢板桩围堰施工方案,是经比选最快速、最安全和较经济的方案,实践证明,此方案使得该工程的大体积承台在汛期来临之际提前完成,确保了工期与质量,为今后同类工程施工提供了一定的参考和借鉴。

[1] 金 勇,郭 雷.荻泾套闸改建工程钢板桩围堰设计[J].山西建筑,2009,35(35):362-364.