拉森鋼板樁圍堰在涉水深基坑中應用

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

關鍵詞：拉森鋼板樁；水中基坑；安全；環(huán)保

0引言

當橋梁跨越較寬的江河時，往往需要在江河中設置橋墩，通常是在水中墩樁基施工完成后采用圍堰進行封閉，然后抽水后進行封底及下一步作業(yè)施工。對于水流緩慢水深較淺的基坑，可采用土袋圍堰進行施工，當水流較快且水深較深時一般采用鋼板樁圍堰；當水流非?？烨宜詈苌钋宜椎匦蔚刭|復雜時，往往采用雙壁鋼圍堰或雙壁鋼吊箱進行施工。因此在施工前對基坑處的水文條件進行充分調查，仔細比選施工方案，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用，同時也簡化了施工程序，提高了施工進度。項目部通過對綏江大橋范圍內的地形地質進行詳細調查后，對位于綏江中的承臺基坑采用拉森鋼板樁圍堰，該類型圍堰不但滿足了現(xiàn)場施工需求，而且拉森鋼板樁打拔便捷，不但大幅度降低了施工措施費用，而且加快了施工進度，減少了施工占用河道周期。而且拉森鋼板樁圍堰對河道及周邊環(huán)境擾動較小，最大限度的保護了綏江周邊的生態(tài)環(huán)境。通過現(xiàn)場實際使用，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

清遠至云浮高速公路是廣東省高速公路網重要的組成部分，其中我公司為清云高速第六合同段，設計起點K57+650，終點K71+400，主線線路全長13.75km。設計車速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、路基防護及排水、橋梁、隧道及涵洞工程。綏江大橋是英興互通的一處重點橋梁，該橋全長352m，孔跨布置為20+40+20+30+3×40+3×40m結構，全橋共計11個橋墩，其中5#、6#、7#墩位于綏江河道內。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)場臨時加工區(qū)對雙壁鋼圍堰進行分節(jié)制作，然后依次運抵施工處進行焊接拼裝，待水中承臺及墩身施工完畢后，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，而且對鋼圍堰加工精度及質量也有很高的要求，尤其是焊縫的檢測較為繁瑣。經測算，單個承臺雙壁鋼圍堰施工措施費用約為140萬元。并且該圍堰涉及到水下切割作業(yè)，安全風險性很高。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，然后即可抽水進行下一步施工。由于河床底都為淤泥質黏土，因此鋼板樁插入深度滿足有關要求。承臺及墩身施工完畢后將鋼板樁拔出即可，無需潛水作業(yè)。經測算，單個承臺鋼板樁圍堰施工措施費用僅為5.2萬元，且施工工藝簡便，施工風險低，鋼板樁可重復使用，大大降低了施工措施費用。經上述兩方案比選，拉森鋼板樁更加經濟且施工安全，施工措施費用節(jié)省約400萬元。因此選擇拉森鋼板樁圍堰更加符合現(xiàn)場施工需要，同時也更加經濟和安全。

3鋼板樁圍堰設計結構

據工程所在地場地特點和地質情況，結合鋼板樁的特性、施工方法等方面進行考慮，選用拉森lV型（PU400×170）鋼板樁對基坑進行支護和圍堰施工。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，日本進口鋼材，反復使用齒口不會變形，有良好的防水功能，對基坑圍護起到施工簡便、安全、施工周期短、成本低。綏江大橋6#墩基坑深度最深，最大開挖深度為7.512m?；又ёo采用拉森Ⅳ型鋼板樁，樁長為18m，其單根截面積A=96.99cm2，每米寬截面模量為W=2270cm3/m。該基坑支護設置三道圍檁，其中鋼板樁頂面以下1.0m處設置第一層內支撐，鋼板樁頂面以下4.0m處設置第二層內支撐，鋼板樁頂面以下6.0m處設置第三層內支撐。內支撐圍檁、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，長邊中部設相同截面的對撐，四角設相同截面的角撐。第二層圍檁圍檁采用2HM700×300焊接而成，長邊中部設相同截面的對撐，四角設相同截面的角撐。詳見圖1所示。內支撐安裝標高由測量人員根據設計圖紙確定。在鋼板樁四周放出圍檁底標高，按設計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，驗收后安裝四周圍檁，圍檁翼緣須緊貼鋼板樁，每側圍檁之間互相頂緊。圍檁安裝完成后，安裝轉角處圍檁連接鋼板，每個轉角處安裝兩塊加勁鋼板，位于圍檁H型鋼翼緣板外側三分之一位置，并按設計要求安裝斜撐和直撐，撐桿與圍檁之間應頂緊、焊接牢固。

4鋼板樁圍堰受力計算

4.1設計參數(shù)

4.1.1相關系數(shù)。基坑支護等級為三級。結構重要性系數(shù)取0.9。計算支護結構承載能力極限狀態(tài)時，作用基本組合的綜合分項系數(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；材質為Q295bz。抗彎強度設計值取270N/mm2。圍檁Q235B鋼材厚度一般大于16mm，抗彎強度設計值取205N/mm2，抗剪強度設計值取120N/mm2。

4.2支護結構強度及穩(wěn)定性驗算

4.2.1鋼板樁驗算。1m寬鋼板樁承受的彎矩最大值為M=167.12kN.m，抗彎模量WX=2270cm3，則鋼板樁應力：即鋼板樁強度滿足要求。4.2.2底層圍檁驗算。①圍檁強度驗算。底層圍檁圈梁承受指向基坑內側的線性荷載最大值為181.48kN/m，則設計值為0.9×1.25×181.48=204kN/m。經計算，底層圍檁最大組合應力為117MPa＜205MPa；最大剪應力為35MPa＜120MPa。計算結果如圖2所示。②圍檁穩(wěn)定性驗算。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，不需要驗算。僅需對角撐及對撐進行計算。角撐最大軸力為898kN，最大彎矩為29kN·m。計算長度5.233m，λ＝5233/80＝65，按照b類構取的穩(wěn)定系數(shù)查表可得為0.78。壓彎穩(wěn)定性驗算：滿足要求。對撐最大軸力為702kN，最大彎矩為0kN·m。計算長度10.5m，λ＝10500/80＝131，按照b類構取的穩(wěn)定系數(shù)查表可得為0.383。壓彎穩(wěn)定性驗算：，滿足要求。5拉森鋼板樁圍堰施工工藝及注意事項5.1鋼板樁圍堰施工工藝流程拆除鉆孔平臺→測量放樣→安裝導向梁→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置導向梁，導向梁可采用圍堰所用2HN700×300型鋼圍檁，水上鋼平臺拆除完成后，在鋼護筒上焊接導向梁臨時型鋼牛腿，安裝導向梁。5.2.2鋼板樁插打鋼板樁圍堰遠距離采用振動錘施工，利用80t履帶吊吊起振動錘對鋼板樁進行插打，近距離采用V-400C型高頻液壓振動打拔樁錘，配K470型履帶式主機；筑島平臺圍堰樁錘采用V-400C型高頻液壓振動打拔樁錘，配K470型履帶式主機，可有效保證鋼板樁打拔。①鋼板樁插打采用開始一部分逐根插打，后一部分則先合攏后再插打的方法進行。第一根鋼板樁為后續(xù)樁的基準樁，以定位線為基準、垂直插打（此項工作應反復仔細校正鋼板樁位，確保垂直）；其余各鋼板樁，則以已插好的鋼板樁為準，起吊后人工扶持插入前一根鋼板樁鎖口，然后用振動錘振動下沉。整個施工過程中，要用錘球始終控制每片樁的垂直度，及時調整。插打過程中，須遵守“插樁正直，偏移即糾，調整合攏”的施工要點。②插打總體順序為自大里程對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、復打三個步驟進行。5.2.3圍檁及支撐安裝。①圍檁支承牛腿頂面應在同一標高上，確保圍檁頂口水平。②圍檁與每根鋼板樁之間均應頂緊，如有未頂緊現(xiàn)象，采用空隙處灌注c20以上細石混凝土填充密實。③部分內支撐可能在河床面以下，如基坑內土體影響內支撐安裝，可先挖除影響土體，但開挖深度不得大于1m。④施工中要嚴格按照先安裝內支撐再開挖的原則組織。

6質量保證措施

①在拼接鋼板樁時，兩端鋼板樁要對正頂緊夾持于牢固的夾具內施焊，要求兩鋼板樁端頭間縫隙不大于3mm，斷面上的錯位不大于2mm，使用新鋼板樁時，要有其機械性能和化學成份的出廠證明文件，并詳細丈量尺寸，檢驗是否符合要求。②對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，在施工中加強測量工作，發(fā)現(xiàn)傾斜，及時調整，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，焊接時翼緣和上下頂?shù)装逯g采用45度的坡口焊連接，質量等級為二級且焊縫須熔透。其余角焊縫要求為雙面角焊縫，焊高hf=10mm，角焊縫外觀質量標準為三級。支撐與圍檁采用角焊縫滿焊連接。

7結束語

通過采用拉森鋼板樁圍堰，很好的完成了綏江水中承臺及后續(xù)墩身的施工。不但保證了涉水承臺深基坑的安全性和穩(wěn)定性，而且大大降低了施工措施費用。減少了對綏江的地形影響，最大限度的保護了綏江周邊的生態(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，鋼圍堰工程技術標準[S].

作者:顏彬彬 單位:中鐵十二局集團國際工程有限公司