钢板桩围堰在桥墩砾石基坑开挖中的应用
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钢板桩围堰在桥墩砾石基坑开挖中的应用 摘要：以靖城大桥维修加固工程中桥墩处砾砂、圆砾层地质情况下的基础钢板桩围堰施工为研究对象，通过改进施工设备和帷幕注浆止水等方法，解决了上述土层中钢板桩围堰插打和止水困难问题。并且降低了成本和施工风险。 关键词：砾石层；钢板桩围堰；帷幕注浆；引孔 钢板桩围堰与双壁钢围堰和钢套箱相比，具有结构简单、插打比较容易、施工工期短、成本低和质量易于控制等优点[1]。但对于砾砂、圆砾和卵石等坚硬地层，由于难以插打和止水困难而鲜有应用。本文以靖城大桥维修加固工程中桥墩处砾砂、圆砾层地质情况下的基础钢板桩围堰施工为研究对象，通过改进施工设备和帷幕注浆止水等方法，解决了上述难题，并且降低了成本和施工风险。 1. 工程概况 靖城大桥位于漳州市南靖县靖城镇，跨越九龙江西溪，上部结构采用预应力混凝土刚构-连续组合箱梁桥，跨径布置为30m+6×40m+2×50m+5×40m+30m=600m。下部结构桥墩为花瓶式矩形墩，桥墩承台尺寸为6.5m×2.5m×2.5m，基础采用2根直径1.5米的钻孔灌注桩，桩长35~54.5米。如图1所示。 桥梁所跨越的西溪为一天然砂场，前几年桥梁上、下游挖砂，导致河床面严重下降，桥梁下部结构承台和桩基础外露，裸露的高度最高已达10.15m。部分桩身钢筋裸露在大气中或者水中，发生了严重的锈蚀现象。有些桩基还出现了缩径现象，现场实测的桩身周长比原设计周长最多小了0.76m。 2. 加固设计 按照设计文件，对位于主河槽中7~13号桥墩的基桩可能外露的范围进行外包钢筋砼加固处理，并在原承台底面以下10.75m处增设6.5m×2.5m×2.5m新承台（如图1），以改善受力条件，并提高桥墩横向刚度及稳定性。为了保证加固工程的实施，打设钢板桩围堰成为本工程的重点和难点。 3. 钢板桩围堰设计 7~13号桥墩位处，钢板桩围堰需要穿越的土层为：②粗砂：层厚6.80~14.75m，以粗砂粒为主，局部相变为砾砂。③砾砂：层厚1.00~17.20m，砾石含量约占25~30%。④圆砾：层厚2.00~6.90m，卵砾石含量约占50~60%，卵石含量约占25~30%，粒径一般在60~70mm，个别大于90mm，岩性以花岗岩为主。土层分布如图1所示。 （1）筑岛 在桥下主河槽上筑岛，岛面作为施工通道及桩基加固施工作业平台。河道筑岛拟以河槽中心的9#与10#墩之间为界，分左、右岸依次进行施工。筑岛材料采用粘性土，以起到防水作用。 （2）钢板桩围堰 经设计计算，基坑开挖深度为9m，钢板桩围堰内壁尺寸8.2m×4.5m，钢板桩采用拉森IV号，规格（450×310×15.5mm），钢板桩长度12m。围堰内共布置三道支撑，第一、二道围檩、斜撑均采用工字型钢（I32a）；第三道围檩、直撑采用I45a，斜撑采用工字型钢（I32a）。坑底采用现浇砼封底，并作为内支撑。围堰构造如图2所示。 4. 钢板桩围堰施工 4.1 施工准备 将钢板桩运到工地后，必须对其进行检查、分类编号，同时对两侧锁口用一块同型号长2～3m的短桩作通过试验，以2～3人拉动通过为宜。锁口通不过或有弯曲、扭曲、死弯等缺陷，采用冷弯，热敲（温度800～1000℃），焊补、割除、接长等方法加以整修。振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在施工前一定要进行专门检查，确保功能正常。 4.2 定位桩及定位横梁施工 为了钢板桩的准确定位，宜先设定位桩及定位横梁。定位桩采用钢管桩，四个角内侧各布置一根。定位横梁也是钢板桩围堰的第一层围檩支护，采用I32a型钢。定位横梁安放在定位钢管四周侧，与钢管焊接连接并设加劲块。定位桩及定位横梁施工前必须进行测量放样，确保围堰位置准确、各边施工空间足够。 图2 围堰构造、帷幕注浆示意图 4.3 钢板桩施打 钢板桩施打以定位横梁作为导向，采用50t履带吊配合DZ90液压振动锤单根插打，遵守“插桩正直，分散即纠，调整合拢”的原则。插打顺序从上游开始，在下游角合拢。针对本工程砾砂、圆砾坚硬地层条件，采取了以下几项措施： （1）对钢板桩桩头进行处理和高压水枪进行引孔。钢板桩桩头作削尖处理，高压水枪通过在钢板桩内焊接2 根钢管，一根气管一根水管，分别通压缩空气和高压水进行引孔。 （2）钢板桩插打垂直度偏差通过两个相互垂直的方向同时控制，发现倾斜，及时调整，保证桩身垂直。 （3）钢板桩插打前，每桩的锁口内均涂以黄油混合物油膏，以减少插打时的摩阻力并加强防渗性能。在插打过程中宜先将几块钢板桩逐根插打到使其稳定的深度，然后再依次插打。 （4）试开打桩锤30秒左右，停止振动，利用锤惯性打桩至稳定深度。开动振动锤时应控制打桩锤下降的速度，以保证桩身垂直，锁口能顺利咬合。钢板桩沉至设计高度前40cm时，停止振动，振动锤因惯性继续转动一定时间，将桩打至设计高度。 （5）围堰合拢时，根据现场角部两根临近钢板桩的距离和倾斜情况采用特制角桩，确保围堰顺利合拢。 4.4 帷幕注浆止水 帷幕注浆是在不改变地层组成的情况下，将砾砂、圆砾颗粒间存在的水强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆液并固结，地层透水性封闭而形成相对隔水层，起到止水帷幕作用。同时，帷幕注浆可以增加颗粒间粘结力和增大内摩擦角，从而使土层粘结强度及密实度增加，改良土层性状，使围堰结构构件受力减小，降低了施工风险。。 （1）注浆机械采用HFV5D、KBY50/70型双液注浆水泵，并配备高压注浆管路系统和制浆设备。注浆管放入钢板桩外侧的射水钢管内进行压浆，压浆时图2中A、B、C三孔交替进行，浆体高出河面至少1m。 （2）采取分段式注浆，每段注浆长度称为注浆步距。注浆步距一般选取0.6~1m，这样可以有效地减少土层不均匀性对注浆效果的影响。对于砂层，注浆步距宜选用低值；对于砾砂、圆砾层，注浆步距宜选用高值。 （3）注浆材料配比： 4.5 基坑开挖和排水 为利于施工围檩及支撑的设置，各阶段开挖时应在支撑位置向下多开挖50cm，开挖到各道支撑位置后应及时安装围檩及内部支撑。开挖到设计标高后，迅速施工封底混凝土50cm厚，待封底混凝土强度达到要求后，才可进行后续的基桩加固工作。 本工程由于采取了帷幕注浆止水，基坑渗水量较小，故采用汇水井排水。在基坑内横梁范围外侧较低处挖2个汇水井，并在周围挖边沟，使其低于基坑底面。对汇水井井壁要加以支护，井底铺一层碎石，采用抽水机从汇水井抽水来排除渗水。 5. 结语 靖城大桥维修加固工程采用钢板桩围堰施工，通过改进施工工艺和采取特制的施工设备，使钢板桩围堰在砂砾、圆砾坚硬地层条件下得以成功实现。 （1）采取设定位桩及定位横梁措施，定位横梁同时兼做钢板桩围堰的第一层围檩支护，既保证了钢板桩准确定位，又节约了施工成本。 （2）采取对钢板桩桩头进行削尖处理和高压水枪进行引孔等措施，解决了钢板桩在砾砂、圆砾层地质条件下插打困难的问题。 （3）帷幕注浆除了止水作用外，还增大了砂砾粘结力和内摩擦角，使围堰结构构件受力减小，降低了施工风险。 参考文献 [1]交通部第一公路工程总公司. 公路施工手册——桥涵( 上册)［M］. 北京:人民交通出版社，2000. 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/fe74cbc900768e9951e79b89680203d8cf2f6a62.html