鋼板樁填土筑島圍堰在跨海港橋梁淺灘區(qū)域橋墩施工中的應用
2017-11-13
1、工程概況
臨海高等級公路是江蘇省政府實施的重點工程，是整個沿海大開發(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。臨海高等級公路（啟東北段）LHQD-QL標包括三座大橋：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?？诘母鄣溃笱蟾鄞髽蚝洼镏Ω鄞髽蛑鳂虿捎妙A應力混凝土連續(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體式橋墩，鉆孔灌注樁基礎，主墩承臺厚度為3.0m、平面尺寸為12.4×7.7m的矩形形狀，底標高為-1.5m；基樁為直徑1.8m的鉆孔灌注樁，每個承臺設6根。蒿枝港大橋主橋主墩采用鋼筋混凝土圓端形實體式橋墩，鉆孔灌注樁基礎，主墩承臺厚度為3.0m、平面尺寸為13.7×7.6m，兩端部為圓弧形，底標高為-0.6m；基樁為直徑1.8m的鉆孔灌注樁，每個承臺設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個小時，根據(jù)歷史水文資料和經(jīng)觀測一般最大潮汛漲潮時（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（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需設置平臺，承臺施工時需進行圍堰和深基坑開挖。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，大洋港大橋15#主墩處河床標高較高受潮水影響小，采用在外側(cè)打設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#主墩處河床標高低受潮水影響大，采用在四周打設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至各墩處，在承臺周圍打設拉森鋼板樁，待鋼板樁打設完成、安裝對拉桿后在圍堰內(nèi)部填土至樁頂作為樁基施工平臺；待鉆孔灌注樁施工完成后開挖基坑和安裝圍檁、內(nèi)支撐，并拆除對拉桿，然后進行承臺施工；在承臺與鋼板樁之間回填土方后拆除圍檁、內(nèi)支撐，最后進行墩身施工，墩身完成后即可將鋼板樁拔除。
4、施工工藝技術
4.2、圍堰設計
4.2.1、蒿枝港大橋7#和8#主墩：鋼板樁打設時距離承臺外側(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，當河床標高在-0.9m以下時采用15m長鋼板樁、當河床標高在-0.9m以上時采用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，在上口設置一道對拉桿，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，對拉桿設置時預留出樁基的位置（間距2.5m）；承臺施工時基坑開挖后拆除對拉桿，設置一道圍檁和內(nèi)支撐，封底采用C30混凝土、厚0.8m；墩身施工時在承臺與鋼板樁之間回填土方后拆除內(nèi)支撐。具體各墩圍堰設計圖和樁基施工平臺布置圖分別如下：
4.2.2、大洋港大橋16#主墩：鋼板樁打設時距離承臺外側(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，具體圍堰設計圖如下：
4.3、圍堰驗算
根據(jù)圍堰設計和整個施工情況來看，鋼板樁打設和內(nèi)支撐安裝完成后，基坑內(nèi)抽水開挖至封底面時（標高-1.4m），當港道內(nèi)潮汐水位最高時（+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)，此時鋼板樁承受的彎應力和剪應力最大，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、封底混凝土進行了驗算，均能滿足要求。
4.4、施工過程
4.4.1、鋼板樁打設：鋼板樁采用50t履帶式起重機和DZ60型振拔錘進行插打，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向架，以控制鋼板樁在插打時的平面尺寸和垂直度。
4.4.2、樁基施工：每個主墩圍堰鋼板樁插打完成合攏后安裝外對拉桿，安裝時嚴格按照設計高程和間距進行布置，對拉桿安裝后在圍堰內(nèi)填土至標高4.0m作為樁基施工平臺，即可按陸上樁的方法進行鉆孔灌注樁施工，采用GPS20型正循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機成孔工藝。
4.4.3、承臺基坑開挖、圍檁安裝和封底施工：每個墩鉆孔灌注樁全部完成后，即可進行承臺施工基坑開挖?；由喜坎捎?臺220挖掘機直接挖除，下部采用高壓水槍射水沖漿后用泥漿泵吸泥法進行開挖。當基坑內(nèi)土方開挖至一定高程后，在鋼板樁圍堰內(nèi)壁按設計的標高位置焊接安放圍檁的三角形托架，托架頂面標高嚴格控制一致。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)。安裝橫支撐時注意對稱安裝，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_挖到設計標高后，即可進行封底混凝土施工，混凝土澆筑利用小潮汛落潮時段進行，抽干圍堰內(nèi)積水后一次性澆注完成。
4.4.4、承臺施工：當封底混凝土強度達設計要求后抽干圍堰內(nèi)積水即可進行承臺施工，為減少潮汐對施工的影響，承臺施工盡可能避開大潮汛時段，選擇在小潮汛水位低的時段進行。
4.4.5、圍堰拆除：待主墩承臺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行，利用振動產(chǎn)生的強迫振動，擾動土質(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 樁基施工平臺
樁基施工 承臺施工
4.5、圍堰監(jiān)測
監(jiān)測的目的主要是為施工安全提供準確、快速的信息，以便及時對可能出現(xiàn)的險情作出預測、預報，從而改進施工方案和采取處理措施，以避免事故的發(fā)生。監(jiān)測點沿圍堰四周環(huán)形布設6點，其中短邊各1點、長邊各2點，在灌注樁、基坑開挖和承臺施工期間定期觀測，尤其是大潮汛時段加強觀測，整個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
對于水中橋墩施工，一般采用先設置平臺施工樁基，再進行圍堰后施工承臺和墩身，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險，同時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。
