裕溪河特大桥主墩承台钢围堰干法封底施工技术研究

邢 磊 （安徽省路港工程有限责任公司，安徽 合肥 230022）

1 工程概况

S316巢湖至庐江公路改建工程（以下简称本项目）路线起点位于亚父山南侧与规划的长江东路交叉处，建设里程74.617km。本次实施监控的裕溪河特大桥在K4+746.5处跨限制性Ⅲ级航道裕溪河主航道。全桥跨径布置为：3m（桥台）+5×25m+4×30m+（23.4+4×25）m+4×25m+5×25m+（75+130+75）m+5×25m+3×（6×25）m+3m（桥台），全长 1454.4m。桥梁按双幅设计，单幅桥面布置为2m（人行道）+3.5m(非机动车道）+0.5m（护栏）+12.0m（行车道）+0.5m（护栏）+3.0m（分隔带），全宽41.0m，单幅桥宽度19.0m。

裕溪河特大桥主桥采用3跨双箱双室预应力混凝土连续箱梁，主墩采用空心薄壁墩，下接承台及群桩基础，承台采用整体式，平面尺寸为40.5m×13.5m×4.0m，厚4.0m。承台下设26根直径2.0m的钻孔灌注桩基础。

根据地质资料表明24#墩自上而下为软土（-0.21～-11.21），粉质粘土（-11.21～-19.71），中砂（-19.71～-22.5.1），卵石土（-22.51～-26.01）；25# 墩自上而下分别为软土 （3.85～-12.15），粉质粘土（-12.15～-16.15） 粉质粘土（-16.15～-19.25），中砂（-19.25～-20.35），卵石土（-20.35～-25.15）等。

2 承台钢围堰方案设计

24#、25#墩处于裕溪河河道两侧，24#主墩承台顶标高2.646m，承台底标高-1.354m，25#主墩承台顶标高1.646m，承台底标高-2.354m，钢筋混凝土承台尺寸40.5m×13.5m，根据本工程地质条件及工程现场实际情况，主桥24#、25#主墩承台、墩柱施工采用拉森Ⅵ型钢板桩围堰防水结构。24#墩采用长度为21m的钢板桩，25#墩采用18m的钢板桩。24#墩钢板桩顶标高为10m，底标高为-11m，入土部分为软土层。25#墩钢板桩顶标高10m，底标高为-8m，入土部分为软土层。支护根据施工的需要及钢板桩模数，设计围堰平面尺寸为46.0m×15.0m。围堰中承台底部有2m厚混凝土封底，围堰封底成败对整个下步施工工作的开展极为重要。

图1 钢板桩立面布置图

图2 钢板桩平面布置图

3 干法封底混凝土施工工艺优点

考虑船闸放水、泄洪等对施工期的影响较大，结合现场施工条件，本项目钢围堰采用干法混凝土封底工艺，其优点如下。

①速度快。采用干法施工，能加快封底混凝土的施工进度，节约5～10d；

②机械设备少。混凝土浇筑不需导管及起吊设备，仅需一台汽车泵即可完成浇筑；

③人员少。不需要潜水员水下清淤，并且减少了混凝土浇筑人员的投入；

④基底处理及混凝土浇筑质量好。基底处理可见，混凝土浇筑简单、质量可控，避免了混凝土被水流冲刷造成强度过低；

⑤封底时间快，基地暴露时间短。封底混凝土强度来的快，能给钢围堰作一道坚固支撑，极大保证了钢围堰的安全性；

⑥环境保护。现场整洁，无污染；

⑦安全方面。干法施工避免水下封底潜水人员发生意外的情况。

4 主要工艺流程及技术难点

钢板桩围堰封底混凝土采用C30标号,其工作原理为一方面通过封底混凝土与桩基钢护筒、钢板桩形成一个整体，依靠其自重、封底混凝土与钢护筒、钢板桩的粘结力抵抗水浮力。另一方面在封底混凝土达到强度后对钢板桩下部形成有效支撑。钢板桩的施工主要考虑打设、清淤、支撑、承台施工、支撑拆除及板桩的拔除。其主要施工流程如下。

拆除钻机平台→测量放线→设置导桩框架→插打定位钢板桩→插打拉森钢板桩→抽水2.00m→加固第一道围檩支撑[标高为7.00]→抽水至5.00m→加固第二道围檩支撑[标高为4.00]→抽水至9.00m→加固第三道围檩支撑[标高为0.00]→清淤至15m→浇注200cm水下混凝土封底→承台、墩结构施工→拆除内支撑→拉森钢板桩拆除。

该施工工艺主要技术难点及控制环节分析如下。

4.1 钢板桩防渗漏措施

考虑到本项目施工区域为河道内，水位相对较高，钢板桩主要依靠锁口自身密实性进行防漏，但是如果锁口不密、外侧水压力过大，钢板桩支护会出现渗漏。根据一般工程经验，采取下述措施进行预防和处理。

①施工时的预防渗漏措施。钢板桩渗漏一般出现在锁口位置，因此施工过程中重点加强对锁口的检查。施打前在钢板桩锁口内抹黄油。

②施工后的小渗漏在钢板桩内侧开沟排水。抽水后发现钢板桩锁口漏水，但不太严重时，可用破棉絮对渗漏位置填堵。

③施工后的大渗漏处理。对于渗漏较大时，则可用快速堵漏剂将锁口位置进行封堵，并增加水泵抽水，加快承台施工进度。

④施工后的沿钢板桩与钢板桩间的渗漏处理。用条状塑料薄膜沿着板缝之间进行堵塞，利用水压力把薄膜挤至板缝中，对渗漏处进行了封闭堵漏。

4.2 基坑土方开挖及基坑排水

需要开挖的土层为软土层，钢平台空间有限，基坑过深长臂挖机等机械不满足施工要求，同时为保证基坑开挖安全性，减少对钢围堰及基地土体的扰动采用柔性挖土方法。用泥浆泵配合高压喷头进行基坑开挖施工，高压喷头喷出高压水流冲释软土层，变成泥浆。然后用泥浆泵抽出泥浆至岸上的泥浆池内，待泥浆沉淀后排出表层清水。当遇到孤石时，用塔吊吊运料斗，人工清运，避免大型机械施工。

土方开挖程序应配合三层内支撑的安装分4次进行抽水清淤，选用4台泥浆泵进行清淤工作。为安全和环保起见，全部淤泥均抽至岸上事先设置好的泥浆池中。根据现场情况，在基坑底部挖临时排水沟，各拐角点设置集水井，用以排除基坑内积水。当快开挖至基底时保留10cm原状土用人工进行整平开挖至设计标高，并在桩基上标注封底线以备封底时高程控制。

4.3 开挖过程中的钢围檩支撑安装

土方开挖与钢围檩支撑安装，相辅相成。当清淤开挖带设计位置时必须及时安装围檩支撑，已防钢板桩受到内外荷载差过大，造成变形过大过出现质量安全问题。若钢板桩变形过大，渗水量过大水泵可能无法满足排水要求，对后期干法封底造成严重影响。

当第一次抽水至第一层设计支撑位置时，用塔吊吊运吊篮，人工在吊篮内把牛腿焊接在钢板桩上，牛腿采用长40cm 40#工字钢斜切成牛腿。牛腿安装完成后，安装双拼40#H型钢作为围檩。围檩与钢板桩之间缝隙用钢板铁块填充密实。围檩要安装固定牢靠，在钢板桩拐角处要焊接牢固。围檩安装后，根据设计图纸，先安装斜向支撑，再安装横向对撑。支撑安装后，用千斤顶使顶托受力后在顶托后塞入铁块。

第一道围檩支撑安装完毕后，根据方案要求在相应位置做标注，作为观测点。测量组第一次对观测点坐标位置及高程数据进行采集，已备后期观测数据对比用作参考。

第一道围檩安装后，并对观测点进行观测，在6h内，数据没有明显变化且变形在允许范围内时方可进行下步清淤土方开挖工作。

第二阶段开挖，包括清除水及软土层。为了不影响该阶段施工，提前对桩基露出水面的声测管吊筋进行拆除，在平台上安装牢靠的带扶手钢爬梯。施工时工人救生服等劳保用品要佩带齐全后方可进行作业。在用高压水枪冲洗土方时，应与钢板桩保持一定的安全距离，防止高压水柱把钢板桩间堵漏材料冲走造成漏水。在作业过程中对出现的有漏水地方及时安排堵漏，水泵作业不能停止，同时要配备临时电源以防止出现停电。当抽水及开挖到第二道围檩设计位置时及时安装围檩支撑，布设监测点。

以此类推，依次施工到第三道围檩安装完成。基底距第三道围檩还有4m软土层。该段施工为本阶段施工重点，为缩短基坑暴露时间及赶在汛期来临前完成封底施工，该施工阶段要增加施工机械及人员24h连续不断施工，直至到基底顶10cm。人工开挖至设计位置后及时通知监理人员验收，验收合格后应立刻进行封底作业。

4.4 混凝土干法封底作业

混凝土干封底，分两次作业。当基底具备封底条件后，立即组织相关机械人员进行施工。因基底为软土层承载力过弱，需在上面铺设一层竹制篱笆，用以增强软土层承载力及整个封底混凝土的整体性能。

封底混凝土浇筑时，应先浇筑钢板桩边再浇筑里面，以防钢板桩与封底混凝土之间有软土淤泥夹层。整体浇筑顺序为由远到近。在最后浇筑区域设置集水坑，放置水泵不停排水，浇筑过程不得停止。在浇筑现场配备木板，工人在木板上作业正道混凝土。浇筑时注意桩基上标志，浇筑至标志下10cm，不得超浇。第一次混凝土浇筑后2d，初次浇筑混凝凝土已凝固有强度，再浇筑第二层整平层，第二层10cm整平层采用细石混凝土支模浇筑承台处位置。浇筑完成后及时放线及拆除第三道围檩支撑进行下步承台施工。在封底四拐角承台区域外，留有4个低洼口作集水井备用。

4.5 钢板桩抗倾覆稳定性、基底抗隆起稳稳定性

对于干法施工而言，外围水土合算的侧压力较大，故钢板桩抗滑移整体稳定性、抗倾覆整体稳定性及基底抗隆起稳定性验算尤为重要，最小嵌固深度也相应会比水下施工大。首先通过计算确定钢板桩支撑层数和间距的布置，根据现场的支撑材料和开挖深度，采取在钢板桩内侧加三层围檩并设置支撑，按多支撑进行钢板桩计算，计算时仍采用等值梁法。围护采用拉森Ⅳ型钢板桩，堰底标高以抗倾覆稳定性、基底抗隆起稳定性验算确定入土深度，根据最不利的情况计算得最小嵌固深度为7m，实际为8.88m。支挡式结构的抗滑移整体稳定性可采用整体圆弧滑动法进行验算，其安全系数计算值为K=1.31。嵌固稳定性验算可采用被动土压力力矩与主动土压力力矩之比，其安全系数计算值为Ke=1.88。基坑抗隆起稳定性验算采用普朗德尔极限平衡理论公式，其安全系数计算值Kb=2.23,均满足相关规范要求。

图3 基坑支护方案及计算简图

5 施工效果及总结

干法封底混凝土施工的应用，不仅有效的保证了封底混凝土的浇筑质量，而且节约了人工和机械设备，降低施工成本，加快了施工进度。施工过程中无质量和安全事故，并做到文明环保施工，创造了良好的经济效益和社会效益。根据现场土质等情况下，做好相应措施保障安全情况下，该混凝土干封法配合钢板桩围堰适用于各种深基础开挖的封底，运用前景广阔。

图4 干法封底现场照片