王丽华

(中铁十八局集团第一工程有限公司,河北 涿州 072750)

大型跨海大桥的跨度大,所在区域的地质复杂。跨海大桥承台施工一般采用钢板桩围堰施工技术。虽然承台钢板桩围堰施工技术有非常独特的优势,但钢板桩的组拼方式决定了其不可能具备较高的强度和刚度,所以在进行深水承台施工中,必须设置多层内支撑,而且钢板桩需要满足一定的入土深度,才能起到抵抗渗流的作用[1]。本文结合拱北湾大桥工程实例,对钢板桩围堰施工技术的实际应用进行分析,以期为类似工程施工提供参考和借鉴。

1 工程概况

拱北湾大桥位于广东省,横跨伶仃洋约千米海域,东位于珠澳口岸的人工岛,西位于珠海连线的人工岛,全长接近1 km。跨海大桥的下部结构比较复杂,渐变加宽的部分桩基为钻孔灌注桩,采用分离式承台,并在承台之间加设系梁,以增强承载力及稳定性[2]。主线桥以及匝道桥的桩基为钻孔灌注桩,在其标准幅宽的部分采用独立承台。本桥梁工程共有83个承台,包括14个陆地承台,69个水中承台。其中只有陆地承台中的8个承台(2个主线桥承台和6个匝道桥承台)采用的是放坡开挖,其他的75个承台全部为钢板桩围堰围护工艺施工。所采用的模板是组合钢模板,在浪溅区的承台为镀锌钢筋,以海工高性能的C45混凝土浇筑。各承台尺寸见表1。

表1 各承台尺寸

本工程桥址区未见有影响互通建设的不良地质现象。特殊性土为海相沉积的淤泥、淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、花岗岩风化残积土。区内位于浅海部位,地表水及地下水极发育。地下水主要为网状风化基岩裂隙水及第四系松散沉积物孔隙水,主要含水层为中粗砂、淤泥、全强风化花岗岩层,地下水极丰富。通过水质分析发现海域部分场地土对混凝土结构具有中等腐蚀性。

2 钢板桩围堰设计

和钢围堰不同,拉森钢板桩围堰的施工更为简单,且工期短,具有较理想的耐水性,也能够减少施工的取土量,减少水土流失[3]。综合考虑本桥梁工程选择拉森钢板桩围堰施工。

因为本工程中的承台大部分为水中承台,钢板桩围堰利于水中承台施工,操作也更加方便。根据地质勘察情况,本工程所在的区域含有较厚的淤泥层,水中承台的平均水位最高可达1.65 m。结合地质情况,决定采用易打入土层的单层钢板桩,单层的费用也比较低[4],又因锁口钢板桩的防水性能好,故决定采用15 m的拉森锁口钢板桩,桩顶标高设置为+2.5 m。

图1 钢板桩围堰施工图(单位:mm)

3 桥梁承台钢板桩围堰施工

3.1 施工准备

首先将钢板桩运送到施工现场,对钢板进行质量检查,将钢板桩按照尺寸进行分类、编号。因本工程采用的围堰为封闭式矩形结构,为使封闭合拢更加严密,需要将钢板桩先加工为直角桩,检查是否存在质量缺陷(桩身弯曲、锁口不同等),并通过电焊、切割以及铆补等方式进行整修。如果难以修好,就需要重新制作。在钢板桩的锁口中涂抹黄油、锯末和黏土的混合物,减少打桩时的阻力,并提升防渗性能。不需要插连的锁口通过木塞塞进,防止施工时有淤泥进入影响性能。

3.2 导框安装

首先安装导框,做好定位测量,确定好位置,进行现场分段制作,之后在桩基施工平台上进行组装,并固定于定位桩之上。导框安装结构示意图如图2所示。在进行导框的安装施工时要注意以下几个方面:①定位务必要做好,利用经纬仪以及水准仪等确定好导框的位置[5];②导框的高度要适宜,要满足钢板桩的高度要求,满足施工质量;③导框安装要稳固,要保证在打进钢板桩的时候不会下沉以及出现形变;④导管和地面要尽量呈90°,且不要和钢板桩发生碰撞。

图2 导框安装结构示意图

3.3 钢板桩的吊装施工

将钢板桩吊运到工程现场中,根据插打的先后顺序摆放好。插打之前再次核查质量情况,钢板桩的误差不能超过±2 cm。钢板桩在起吊时,将吊点设置在距离撞到不超过三分之一全长的地方,按照捆吊法进行吊装,以避免钢板桩的形变弯曲。在正式吊装之前,做好防腐处理。拱北湾大桥及连接匝道部分承台处于浪溅区,长期经受海水的剥蚀。根据其所处的环境和设计要求,采用“透水模板布+热浸镀锌钢筋”双重防腐措施。

3.4 插打及合拢施工

插打及合拢具体的施工方法包括以下几个步骤。

1)浮吊要先停留在施工方向的一侧距离打桩位置约4 m处,停留期间由测量人员进行观察,确保位置没有偏差后再挂上振动锤并上升,确保管线锤击点是无管线。

2)将振动锤下降,并打开液压口,锤击打桩之后于锁口涂抹润滑油,接着再抬锤。

3)待到钢板桩离开水面大约30 cm停止上抬,之后下锤,要使桩进入到夹口之中,将液压机开启,将桩夹紧。

4)做好桩的锁口定位,再将锤下降,通过锤击以及锤和桩的自重使桩下沉到淤泥以下一定的深度,直至不会继续下沉为止。

5)在试锤阶段,先试锤30 s,之后停止振动,靠锤的惯性来打桩。观察打桩的效果,包括角度、深度等,确保无误后正式进行打桩。

6)当钢板桩高度接近40 cm时,停止锤击,通过惯性来锤击。

7)将液压口松开,使锤子上升之后打第2根,按照以上方式逐一将钢板桩打完。

除以上施工工艺外,还要注意在打桩前在锁口涂抹黄油、锯末等,打桩后做好止水处理。

3.5 承台钢筋安装

在进行承台钢筋绑扎时,对桩基伸入承台范围的钢筋,必须将主筋拧成约15°的喇叭形。同时桥墩承台施工时应预埋桥墩立柱钢筋,将钢筋按根数比例分不同高度预留,并在立柱钢筋底部按立柱的尺寸设多道箍筋加固,以便桥墩立柱钢筋的搭接和位置的准确。

拱北湾大桥及连接匝道部分承台处于浪溅区,长期经受海水的剥蚀。为解决此问题,承台钢筋选择强度及耐腐蚀性能优良的热浸镀锌钢筋,镀锌钢筋加工质量标准见表2,镀锌钢筋弯曲90°最小直接控制质量标准见表3。

表3 镀锌钢筋弯曲90°最小直接控制质量标准

施工人员在钢筋安装之前要认真看图示,根据相关质量要求,确认所使用的钢筋类型、尺寸、根数、位置、间距,确保没有问题后再进行施工。在准确的位置处绑扎型号对应的钢筋,确保绑扎牢固,尤其是交接点的位置。钢筋表面需要做好清洁处理,不能存在生锈、油渍等,保持干净、平直,然后再进行施工[6]。

案例工程基桩伸入承台15 cm,在距承台底面3 cm以上设一层间距10×10 cm直径为12 mm的防裂钢筋网N8、N9。钢筋网在桩顶处剪断,承台四周及顶面设10×10 cm直径为6 mm防裂带肋钢筋网,净保护层厚度2 cm,N5钢筋为内撑钢筋,布置间距不大于50 cm,N1与N1a、N2与N2a、N3与N4均采用单面焊接,承台采用热浸镀锌钢筋。

3.6 承台模板加工安装

承台模板采用定型组合钢模板:钢模板的加工应严格按照承台设计尺寸进行制作,成品经检验合格后方可使用。面板变形及整体刚度应符合以下几点要求:①结构表面外露的模板,挠度为模板构件跨度的1/400;②结构表面隐蔽的模板,挠度为模板构件跨度的1/250;③钢模板的面板变形为1.5 mm,钢棱和柱箍变形为L/500和B/500(其中,L为计算跨径,B为柱宽)。

案例工程在水上进行,施工现场条件比较差,施工空间有限,难度大,在进行钢模板施工时,暂定采用螺栓进行连接,确保牢固、坚实,具有一定的稳定性,防止在施工过程中发生跑模、胀模。在支模板的过程中一定要有专人指挥。浇筑混凝土时派专人看模,及时纠正模板变形,防止漏浆。支完模板自检合格后,上报监理工程师,方可进行下一工序。

3.7 承台混凝土浇筑

围堰封底混凝土施工在退潮的情况下进行,受风混凝土浇筑的高度按照0.7 m进行设计,浇筑导管的直径为300 mm,选择容积为12 m3的大料斗进行浇筑。大料斗支撑于封底平台之上,以50 t的履带条进行空斗移动,采用拔塞法进行混凝土浇筑。

为保证浇筑的均匀及密实性,首先浇筑承台墩身的钢筋位置,之后浇筑桥墩的两侧。按照30 cm的厚度进行分层浇筑[7]。浇筑的同时通过振捣棒边振捣边浇筑。当浇筑接近设计标高时,需要减慢浇筑速度,不要浇筑过量。当到达标高时,通过尺子抹平。承台施工质量标准见表4。

表4 承台施工质量标准

3.8 钢板桩围堰拆除

通过振动锤进行拆除,在拆除前需要对各个钢板桩的打入情况进行评估,判断拔出的难易度。在下部墩柱的混凝土浇筑完成之后,通过浮吊来拔出钢板桩。首先要拆除内支撑,之后再拔钢板桩,一根根按顺序拔,并及时将拔出的钢板桩运走。

4 结论

基于钢板桩围堰技术的承台施工能够有效满足跨海大桥的施工需求,值得推广。施工过程中遇到问题及解决办法总结如下,以供同类工程施工参考。

1)如果打桩时遇到大型石块或其他障碍物,应当利用转角桩或弧形桩来躲开障碍。

2)在软基础区域,容易出现将邻桩带入的情况,对此可将相邻的几个桩焊接到一起,以减少阻力。

3)为加强钢板桩的施工质量,需要进行钢板桩的位移观测。保险起见,在围堰抽水之前,先在工程四周的中点各设1个观测点,即共有4个观测点。围堰抽水的过程中,围堰中的水每减少50 cm高度,就进行1次位移观测,并记录,如发现异常,需及时调整。

4)钢板桩抛石地段挤进过程中受到石块等侧向挤压作用容易发生偏斜,可取以下措施进行纠偏:在发生偏斜位置将钢板桩往上拔1.0～2.0 m,再往下锤进,如此上下往复振拔数次,可使大的块石被振碎或使其发生位移,让钢板桩的位置得到纠正,减少钢板桩的倾斜度;若钢板桩沿轴线倾斜度较大时,采用异形桩来纠正,异形桩一般为上宽下窄和宽度大于或小于标准宽度的板桩,异形桩可根据据实际倾斜度进行焊接加工;倾斜度较小时,也可以用卷扬机或葫芦和钢索将桩反向拉住再锤击。

5)为增强围堰的防水性能,施工前在锁口涂抹黄油和锯末的混合膏,并在封底混凝土四周各设置1个20 cm×20 cm的排水沟,设计一定坡度,方便水向外排出,通过集水井将水汇集一处,由水泵抽出。

6)为防海水剥蚀,承台钢筋选择强度及耐腐蚀性能优良的热浸镀锌钢筋。