鋼板樁填土筑島圍堰在跨海港橋梁淺灘區(qū)域橋墩施工中的應(yīng)用
2017-11-13
1、工程概況
臨海高等級(jí)公路是江蘇省政府實(shí)施的重點(diǎn)工程，是整個(gè)沿海大開發(fā)的通道，途徑連云港市、鹽城市和南通市沿海地區(qū)，其中啟東段位于啟東市，從海門市交界處開始順著一道海堤內(nèi)側(cè)向東南方向延伸，先后跨越大洋港、茅家港、新港河和蒿枝港后，在東元港接入現(xiàn)有海防公路，最終在寅陽鎮(zhèn)與沿江公路順接。臨海高等級(jí)公路（啟東北段）LHQD-QL標(biāo)包括三座大橋：分別為大洋港大橋、蒿枝港大橋和茅家港大橋，三座大橋均跨越現(xiàn)有閘外出海口的港道，大洋港大橋和蒿枝港大橋主橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，跨徑分別為（50+80+50m）和（51+85+51）m。大洋港大橋主橋主墩采用鋼筋混凝土圓端形實(shí)體式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，主墩承臺(tái)厚度為3.0m、平面尺寸為12.4×7.7m的矩形形狀，底標(biāo)高為-1.5m；基樁為直徑1.8m的鉆孔灌注樁，每個(gè)承臺(tái)設(shè)6根。蒿枝港大橋主橋主墩采用鋼筋混凝土圓端形實(shí)體式橋墩，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，主墩承臺(tái)厚度為3.0m、平面尺寸為13.7×7.6m，兩端部為圓弧形，底標(biāo)高為-0.6m；基樁為直徑1.8m的鉆孔灌注樁，每個(gè)承臺(tái)設(shè)6根。
2、橋址處自然條件
大洋港大橋和蒿枝港大橋主墩均位于港道內(nèi)的航道兩側(cè)淺灘區(qū)域，主橋橋墩處地表水主要為黃海潮汐來水，港道水面寬度和水深隨潮汐大小而發(fā)生變化，港道內(nèi)主要為漁船通行。黃海每天有兩次潮汐，每天潮汛往后推約40分鐘～1個(gè)小時(shí)，根據(jù)歷史水文資料和經(jīng)觀測一般最大潮汛漲潮時(shí)（農(nóng)歷初一～初三、十五～十八）最高水位高程約為2.8～3.0m、最小潮汛漲潮時(shí)（農(nóng)歷初八～初十、二十二～二十四）最高水位高程約為1.8～2.0m，退潮后港道內(nèi)基本無水，橋墩處河床高程約為-1.5～+0.5m，平均潮差3.38m、大潮平均潮差4m。主墩所在位置一般最大水深為2.0～4.5m，淤泥深度為1.0m左右，河床下的土質(zhì)主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾薄層粉土、粉砂和粉質(zhì)粘土與粉土互層。
3、方案確定
考慮在主墩樁基施工時(shí)需設(shè)置平臺(tái)，承臺(tái)施工時(shí)需進(jìn)行圍堰和深基坑開挖。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，大洋港大橋15#主墩處河床標(biāo)高較高受潮水影響小，采用在外側(cè)打設(shè)木樁擋土后直接填土筑島圍堰施工；大洋港大橋16#主墩和蒿枝港大橋7#、8#主墩處河床標(biāo)高低受潮水影響大，采用在四周打設(shè)鋼板樁填土筑島圍堰施工。本文主要介紹鋼板樁填土筑島圍堰施工方法，首先修筑施工便道和工作平臺(tái)至各墩處，在承臺(tái)周圍打設(shè)拉森鋼板樁，待鋼板樁打設(shè)完成、安裝對(duì)拉桿后在圍堰內(nèi)部填土至樁頂作為樁基施工平臺(tái)；待鉆孔灌注樁施工完成后開挖基坑和安裝圍檁、內(nèi)支撐，并拆除對(duì)拉桿，然后進(jìn)行承臺(tái)施工；在承臺(tái)與鋼板樁之間回填土方后拆除圍檁、內(nèi)支撐，最后進(jìn)行墩身施工，墩身完成后即可將鋼板樁拔除。
4、施工工藝技術(shù)
4.2、圍堰設(shè)計(jì)
4.2.1、蒿枝港大橋7#和8#主墩：鋼板樁打設(shè)時(shí)距離承臺(tái)外側(cè)1.5m，圍堰的平面尺寸為35.2m×10.6m，由于主墩處河床地勢存在高差，當(dāng)河床標(biāo)高在-0.9m以下時(shí)采用15m長鋼板樁、當(dāng)河床標(biāo)高在-0.9m以上時(shí)采用12m長鋼板樁，圍堰頂高程為+4.0m，圍堰底高程為-8m和-11m；鉆孔灌注樁施工時(shí)為增加圍堰的穩(wěn)定性，抵抗退潮后土的側(cè)壓力，在上口設(shè)置一道對(duì)拉桿，鋼板樁外側(cè)采用28b雙拼工字鋼做圍檁和φ32螺紋鋼筋做拉桿，對(duì)拉桿設(shè)置時(shí)預(yù)留出樁基的位置（間距2.5m）；承臺(tái)施工時(shí)基坑開挖后拆除對(duì)拉桿，設(shè)置一道圍檁和內(nèi)支撐，封底采用C30混凝土、厚0.8m；墩身施工時(shí)在承臺(tái)與鋼板樁之間回填土方后拆除內(nèi)支撐。具體各墩圍堰設(shè)計(jì)圖和樁基施工平臺(tái)布置圖分別如下：
4.2.2、大洋港大橋16#主墩：鋼板樁打設(shè)時(shí)距離承臺(tái)外側(cè)1.5m，圍堰的平面尺寸為32.7m×10.7m，外側(cè)一邊采用15m長鋼板樁、其余三邊采用12m長鋼板樁，圍堰頂高程為+4.5m，圍堰底高程為-7.5m和-10.5m，其余結(jié)構(gòu)與蒿枝港大橋相同，具體圍堰設(shè)計(jì)圖如下：
4.3、圍堰驗(yàn)算
根據(jù)圍堰設(shè)計(jì)和整個(gè)施工情況來看，鋼板樁打設(shè)和內(nèi)支撐安裝完成后，基坑內(nèi)抽水開挖至封底面時(shí)（標(biāo)高-1.4m），當(dāng)港道內(nèi)潮汐水位最高時(shí)（+3.0m）圍堰鋼板樁抵擋水的壓力最大，處于最不利荷載狀態(tài)，此時(shí)鋼板樁承受的彎應(yīng)力和剪應(yīng)力最大，且河床面越低水的壓力越大。分別在不同工況下按單錨深埋板樁的模式采用等值梁法對(duì)鋼板樁的受力、圍檁和內(nèi)支撐受力、基坑涌砂情況、封底混凝土進(jìn)行了驗(yàn)算，均能滿足要求。
4.4、施工過程
4.4.1、鋼板樁打設(shè)：鋼板樁采用50t履帶式起重機(jī)和DZ60型振拔錘進(jìn)行插打，在鋼板樁插打之前，在圍堰外側(cè)插打定位樁，在定位樁上焊接牛腿制作導(dǎo)向架，以控制鋼板樁在插打時(shí)的平面尺寸和垂直度。
4.4.2、樁基施工：每個(gè)主墩圍堰鋼板樁插打完成合攏后安裝外對(duì)拉桿，安裝時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)高程和間距進(jìn)行布置，對(duì)拉桿安裝后在圍堰內(nèi)填土至標(biāo)高4.0m作為樁基施工平臺(tái)，即可按陸上樁的方法進(jìn)行鉆孔灌注樁施工，采用GPS20型正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機(jī)成孔工藝。
4.4.3、承臺(tái)基坑開挖、圍檁安裝和封底施工：每個(gè)墩鉆孔灌注樁全部完成后，即可進(jìn)行承臺(tái)施工基坑開挖?；由喜坎捎?臺(tái)220挖掘機(jī)直接挖除，下部采用高壓水槍射水沖漿后用泥漿泵吸泥法進(jìn)行開挖。當(dāng)基坑內(nèi)土方開挖至一定高程后，在鋼板樁圍堰內(nèi)壁按設(shè)計(jì)的標(biāo)高位置焊接安放圍檁的三角形托架，托架頂面標(biāo)高嚴(yán)格控制一致。在托架上水平安放由H型鋼圍檁，并與板樁焊接固定，圍檁與板樁之間的空隙用硬木予以墊塞，再安裝H型鋼水平支撐，將水平支撐與圍檁焊接固定，形成平面桁架結(jié)構(gòu)。安裝橫支撐時(shí)注意對(duì)稱安裝，轉(zhuǎn)角支撐則從一頭向另一頭安裝，各型鋼支架焊接要緊密牢固?；娱_挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，即可進(jìn)行封底混凝土施工，混凝土澆筑利用小潮汛落潮時(shí)段進(jìn)行，抽干圍堰內(nèi)積水后一次性澆注完成。
4.4.4、承臺(tái)施工：當(dāng)封底混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)要求后抽干圍堰內(nèi)積水即可進(jìn)行承臺(tái)施工，為減少潮汐對(duì)施工的影響，承臺(tái)施工盡可能避開大潮汛時(shí)段，選擇在小潮汛水位低的時(shí)段進(jìn)行。
4.4.5、圍堰拆除：待主墩承臺(tái)和墩身全部施工完成后拔除鋼板樁，拔樁采用與打樁同樣的方法進(jìn)行，利用振動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)，擾動(dòng)土質(zhì)，破壞鋼板樁周圍土的粘聚力以克服拔樁阻力，依靠附加起吊力的作用將樁拔除。
鋼板樁打設(shè) 樁基施工平臺(tái)
樁基施工 承臺(tái)施工
4.5、圍堰監(jiān)測
監(jiān)測的目的主要是為施工安全提供準(zhǔn)確、快速的信息，以便及時(shí)對(duì)可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情作出預(yù)測、預(yù)報(bào)，從而改進(jìn)施工方案和采取處理措施，以避免事故的發(fā)生。監(jiān)測點(diǎn)沿圍堰四周環(huán)形布設(shè)6點(diǎn)，其中短邊各1點(diǎn)、長邊各2點(diǎn)，在灌注樁、基坑開挖和承臺(tái)施工期間定期觀測，尤其是大潮汛時(shí)段加強(qiáng)觀測，整個(gè)施工過程鋼板樁的水平位移變形值均在控制允許值內(nèi)，圍堰體始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。
5、結(jié)束語
對(duì)于水中橋墩施工，一般采用先設(shè)置平臺(tái)施工樁基，再進(jìn)行圍堰后施工承臺(tái)和墩身，而采用鋼板樁內(nèi)填土筑島圍堰能較好地完成位于淺灘區(qū)域的水中橋墩施工，將鋼板樁圍堰與填土筑島相結(jié)合，將水中樁施工調(diào)整為陸上樁施工，降低了灌注樁施工難度和風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)減少了施工成本投入和縮短了工期，在今后類似橋墩施工可借鑒使用。
