徐秋红

(中铁大桥局第九工程有限公司，广东 中山 528437)

0 前 言

韩江东特大桥主汊桥位于韩江冲积平原区，桥位跨越韩江主流，江面宽约435 m，水深约5～8 m，平时有当地渔船或砂船通航。韩江径流主要由降雨产生，年降水量与年径流量成正比，每年汛期一般为4月至9月，最高峰出现在6月。主汊桥为110+210+110=430 m预应力混凝土连续刚构，主墩Z18Y17#承台采用整体式矩形承台，平面尺寸35.75 m×17 m×5 m，河床高程-0.5 m，承台底高程-7.6 m，水位高时可达+5 m，围堰施工属于深水基坑施工。

1 工程地质及水文地质

1.1 工程地质

围堰内地层结构按岩土分层自上而下划分见表1。

表1 Z18Y17#墩钢板桩围堰土层参数表

1.2 水文地质

水文地质参数为：①流速1.5 m/s；②水位(百年)5.0 m；③汛期6～9月，枯水期1～3月。

2 选择钢板桩围堰及干挖干封的依据

选择依据为：①韩江东溪上下游有水闸，大型船舶无法进场，无法采用双壁钢围堰的方案；②河床以下为淤泥层，由淤泥质粉质黏土、粉质黏土组成，总层厚在10～20 m，适合钢板桩插打，可操作性强；③承台底为粉质黏土层，为不透水层；④现场墩位处做渗水性试验，实验数据显示渗水系数0.02，表明基底土层具备围堰干挖施工条件。

3 钢板桩围堰设计

3.1 钢板桩围堰结构

主墩钢板桩围堰平面尺寸38.40 m×20.4 m，采用拉森VI钢板桩(PU600×210)，设置3层内支撑。顶底层内支撑圈梁采用2HN800×300型钢，撑管采用Φ820×8 mm钢管；中层内支撑圈梁采用2HN900×300型钢，撑管采用Φ1000×10 mm钢管，撑管与圈梁之间采用焊接连接。

施工时，先在中层内支撑处设置外导环，插打钢板桩，再吸泥至-1.90 m，将顶中层内支撑整体下放到设计位置后，围堰内抽水开挖至-5.90 m，安装底层内支撑，然后继续开挖至垫层底(-8.10 m)，浇筑垫层混凝土，待其达到强度后，拆除底层内支撑，施工承台。

3.2 计算模型的建立

钢板桩围堰的顶面标高按施工期汛期最高水位取+5.5 m。最不利工况为围堰抽水干挖至标高封底前。围堰结构设计采用midas软件，其中拉伸Ⅵ型钢板桩按板单元模拟，钢围囹与内支撑按梁单元模拟。以Z18Y17#主墩为例，说明计算过程及结果。Z18Y17#墩各工况施工参数见表2。

表2 各工况荷载组合表 单位：m

工况一

工况二

工况三

工况四

表3 钢板桩围堰计算结果汇总表

3.3 钢板桩稳定性验算

在水土压力作用下，当围堰内吸泥完成，钢板桩内侧入土深度为10.4 m时，围堰在内外水土压力作用下的稳定性满足要求。见图2。

3.4 钢板桩封底计算

本方案采用围堰干挖干封工艺，故主要计算围堰内侧抗隆起验算。

基坑外钢板桩底面以上土的加权平均重度：γm1=15.5 kN/m3；

基坑内钢板桩底面以上土的加权平均重度：γm2=17.4 kN/m3；

基坑底面至钢板桩底面的土层厚度：D=10.4 m；

基坑深度：h=13.1 m；

钢板桩底面以下土的粘聚力c=18kPa，内摩擦角φ=15.1°；

承载力系数：Nq=tg2(45°+0.5φ)eπtanφ=3.98；Nc=(Nq-1)/tanφ=11.0；

则KS=2.5>1.4；

满足规范要求。

图2 嵌固稳定性计算简图

4 钢板桩围堰施工

4.1 围堰钢围囹与支撑结构

围囹与支撑结构见图3。

图3 围囹与支撑结构

4.2 围囹与支撑的安装、下放及拆除

采用逆作的方法，先安装第二层围囹与支撑到位，再打设钢板桩(见图4)。

图4 第二层围囹与支撑与钢板桩插打

第二层围囹、支撑钢板桩插打完成后，安装第一层围囹与支撑及第一层与第二层层围囹、支撑联接系(见图5)。

图5 第一层围囹、内支撑拼装

第一、二层围囹、支撑安装及下放；利用桥梁桩基钢护筒组成吊架体系、第一层、第二层整体吊装、下放钢围囹至设计位置。

围囹与支撑安装及下放过程中，应跟踪测量，确保定位准确。围囹与支撑的安装、下放系统见图6。

图6 围囹与支撑吊装、下放系统

围堰第一、二层内支撑完成后，开始围堰内挖泥，挖泥采用抓斗，挖至第三层内支撑标高-5.9 m时停止挖泥，抽干围堰内水，在钢板桩上安装第三层内支撑牛腿，以其作为依托搭设作业平台进行第三层围囹与支撑拼装(见图7)。

图7 第三层围囹内支撑拼装

第三层围囹与支撑安装完毕后，围堰内继续挖泥至设计标高，清理钢板桩围堰周边及桩基护筒边遗留泥土，基底找平，浇筑80 cm厚封底混凝土，待封底混凝体达到强度后体系转换，拆除第三层围囹与支撑，进入承台施工工序。见图8。

图8 第三层围囹内支撑拆除承台施工

钢围囹与支撑拆除：承台施工完毕拆除模板，在围堰与承台间灌砂注水使其密实，顶部浇筑50 cm厚度混凝土，待强度上来后拆除第二层内支撑与墩身冲突的四根对撑管，进行墩身施工。

4.3 钢板桩施打

施打由上游宽度方向开始，与下游宽度方向处合龙，依次完成钢板桩的打设。

4.4 钢板桩堵漏

基坑抽水后，在钢板桩接缝出现渗漏水处，采用沥青麻絮由潜水员进行填塞，同时在围堰外上游方向撒锯末和砂等方法来进行堵漏。

4.5 钢板桩拔除

按照“先打后拔、后打先拔”的原则一次对钢板桩进行拔除。

5 承台挖基

Z18Y17#主墩钢板桩围堰基坑设计尺寸38.4 m×20.4 m，最大挖深9 m，单个基坑最大开挖量达7 050 m3。

本工程钢板桩围堰设计为干挖干封的条件下进行，此时围堰内水已抽完，围堰结构受力依靠钢围囹与支撑受力。在开挖初期，采用长臂挖机进行挖基，在开挖后期，针对现场实际情况采用抓斗配合人工的方法进行挖基，此办法可大大地提高开挖的效率。

基坑内清理出来的泥砂由翻斗车运至指定点进行存放，比以往的水下吸泥泵挖基更环保，效率高，安全质量更可靠。

6 防止基坑底部隆起的措施

基坑抽水开挖过程中，安排测量人员在钢围堰上口布设侧点进行连续不间断的监控，并安排专人进行巡视。若围堰位移出现大的偏差，钢板桩围堰结构出现异响，桩体发生倾斜等情况，即视为基坑底部已发生隆起，应立即停止开挖，并采取向基坑内灌水，回填砂石等应急处理方法，再会同设计方研究下一步处理方案。

7 承台施工及支撑的受力转换

Z18Y17#水中主墩承台厚5 m，方案一次成型浇筑。钢板桩围堰垫层混凝土达到设计强度后拆除围堰第三层钢围囹与支撑，完成第一次围堰体系转换。承台混凝土浇筑后模板拆除完，在承台与围堰结构之间回填砂，采用水密法使砂层密实后在其顶部浇筑80 cm厚的混凝土进行封闭，完成围堰的第二次体系转换。待拆除第一、二层与墩身相冲突两根横向支撑，完成墩身出水，墩身出水后围堰内灌水逐次拆除第二层和第一层钢围囹与支撑，最后拔除钢板桩，完成水下承台施工。

8 结束语

广东地区水系发达，水道众多，为减少墩台对水流的影响，桥梁跨越水道通常采用低桩承台的设计。对于河床以下淤泥层、淤泥质粉砂层等软土较厚的地层条件，采用钢板桩围堰的围护结构方案解决深水桥梁低桩承台的施工难题，不但是安全可行的，而且也是经济合理的。特别是对于施工区域空间受限、双壁钢围堰等其他围堰方式整体浮运就位困难的地段，采用钢板桩围堰能最大程度地减少所受区域位置的限制，更显方便、灵活。

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