黄河大桥主墩承台钢板桩围堰施工

摘要：包头至树林召高速公路黄河大桥主桥为85+6×150+85m的预应力连续箱梁，22#、23#墩位于黄河主河槽，承台采用钢板桩围堰施工，本文介绍了黄河大桥主桥承台钢板桩围堰的设计、施工及实际操作过程中的有关问题。

关键词：黄河大桥承台钢板桩 施工Abstract: Baotou to the woods of prestressed called the Yellow River bridge is 85+6 * 150+85m continuous box girder, 22#, 23# pier is located in the main channel of the Yellow River, cap with steel sheet pile cofferdam construction, this paper introduces the problems of designing, steel sheet pile cofferdam of the Yellow River bridge construction and the actual operation process.

Keywords: the Yellow River bridge; cap; steel sheet pile; construction;

中图分类号：TU74 文献标识码：A文章编号：

一、工程概况

黄河大桥是包头至树林召高速公路项目中重要的控制性工程，主桥采用85+6×150+85m变截面预应力砼连续箱梁跨越黄河主河槽，总长1070m。主桥下部采用钢筋砼薄壁空心墩，左右幅采用一个承台基础，平面采用35.6×14m不等边的六边形截面，两侧三角部分兼有破冰棱的作用，承台厚度为4m。

承台底层布置3层双向Φ28钢筋网，间距15cm，钢筋网竖向间距为10cm，在承台迎水侧设计防撞钢板，单个承台钢筋201.99吨，C35砼1825.6m3，50cm厚C20封底砼228.4m3，为增强黄河大桥的耐久性，在承台增设10×10cmD6防裂钢筋网；为防止因砼中心温度过高，与砼表面温度相差过大造成温度裂缝，采用布设冷却水管散发水化热。

22#、23#墩位于主河槽内，采用钢板桩围堰施工。

二、钢板桩围堰设计思路

设计钢板桩围堰要求计算钢板桩的横断面、最小入土深度、支撑形式及尺寸和围堰的整体稳定性。

我部主墩承台钢板桩围堰为37.6×18m的矩形，钢板桩围堰平面尺寸大，内支撑刚度也要求大，拼装难度也较大。

1、确定结构控制尺寸

围堰的平面尺寸，多按上部结构及其基础的尺寸拟定；围堰以不妨碍施工和安装模板为原则，但至少应不小于基础轮廓尺寸1.5m；另外还须考虑抽水设备和其汇水井安装所需之尺寸。

围堰的立面尺寸，多受水位高度、冲刷深度、围堰内挖深深度，以及基底稳定（拱起、涌水、翻砂）等因素控制。其中以水位高低的影响最为重要，所以设计时应按可能发生的水位计算（而不是绝对的最不利水位）,如按施工阶段的最高水位、抽水最高水位、洪峰最高水位等计算。

首先根据《公路施工手册-桥涵》中“板桩计算图一～五”初步确定钢板桩的入土深度。

2、围堰钢板桩的选择和内支撑形式的确定

22#墩、23#墩承台考虑采用一次浇筑、墩身钢筋的预埋、模板的安装和拆除、项目已有的材料及工人施工操作空间等因素，经过各构件受力计算及整体内支撑稳定性分析，确定采用一层围囹和内支撑。

3、围堰内基底土层稳定性验算

当围堰内抽水和基底挖深时，由于水压和土压的作用，有可能使基底发生挤高隆起，由于渗流作用有可能引起翻砂、涌水或管涌。

当坑底为粉砂、细砂时等，在基坑内抽水时，如桩的入土深度不足可能引起涌砂的危险。根据水流垂直向上的渗透力不超过土在水中的密度，坑底涌砂的安全条件如公式1。

（公式1）

式中：Ks---安全系数，可取2.0；

i----水力梯度；

ρw、ρb---分别为水的密度及土在水中的密度，g/m；

ρb =（G-1）（1-n），其中G为土粒的比重；n为土的空隙率，以小数计。

在软土中开挖较深的基坑或深基础承台施工时，当桩背后的土柱重量和外荷载之和超过基坑底面以下地基土的承载力时，地基的平衡状态受到破坏，常会发生坑壁土流动，坑顶下陷，坑底隆起的现象，为避免这种现象发生，施工前，需对地基进行稳定性验算。

进过对地质资料的分析，考虑施工过程中的各种工况，对围堰的内支撑和钢板桩进行相应的受力计算，23#墩承台围堰采用18m长韩国SP-Ⅳ型钢板桩，22#墩采用12m钢板桩，承台顶标高为1000.000m，根据黄河水位变化规律和实际操作空间等因素确定钢板桩顶高程为1001.000。在钢板桩顶设置一层支撑，围囹采用双H446×199mm钢，中间一道主内支撑采用两根φ610×7mm钢管桩，斜撑采用双H446×199mm钢。

图6 钢板桩围堰平满布置图（单位：cm）

三、钢板桩围堰施工

1、导向架施工

由于钢板桩长18m，定位比较困难，为了确保钢板桩插打位置准确，采用单层导向架定位。由于只在钢板桩顶设计一层支撑，为避免安装拆除导向架、再安装内支撑围囹，直接将围囹按照设计位置安装好，利用围囹作为导向架定位。

2、钢板桩插打施工

插打钢板桩采用吊车起吊60型震桩锤从一侧开始，沿顺时针方向进行。23#墩位于黄河河槽，从靠近南岸侧下游开始插打，按照顺时针方向施工，最后在下游合拢。

第一根板桩的插打尤为重要，一定要注意其方位的准确性和垂直性，采用全站仪双向定位进行控制。在钢板桩施打过程中，必须严密监测钢板桩的垂直度，发现有钢板桩倾斜的现象，用复式滑车组加钢丝绳拉住桩身，边拉边打，逐步纠偏。钢板桩合拢后，再将未打到设计标高的桩逐一复打到位，确保钢板桩围堰顶口标高基本一致。钢板桩围堰在合拢时，两侧锁口很难保证在一条直线上。施工人员应在合拢前采取一定措施，以保证能顺利合拢。首根钢板桩插打如图9。

3、内支撑安装

钢板桩合拢后即开始进行内支撑的安装。安装时注意对钢管与H446钢之间采用牛腿连接，受力比较均匀，H446钢与H446钢之间的连接注意焊缝厚度和长度的保证。并且用钢板或木楔填塞钢板桩与纵横工字钢支撑之间的空隙。钢板桩施工完成后如图8。

4、渗水量计算

当水层为均质土，且基坑有不漏水的板桩围堰时：

（公式2）

式中：Q—基坑总渗水量，m3/h；

s—地下水面至基坑底面距离，m；

U—围堰周长，m；

q—单位渗流量，即每延米基坑周长在单位水头（等于1）作用下，当渗透系数为1时的渗流量，其值可有《公路施工手册-桥涵》图5-57查得（如图7），m3/h；

图7 单位渗流量曲线

K—渗透系数，m/h。当透水层为非匀质土时，其渗透系数应采用各土层渗透系数的加权平均值计算。即，式中Ki及hi为各土层的渗透系数与厚度。

23#墩墩位处为粉细砂，土层渗透系数K的经验值为1.0～5.0m/d，结合设计图纸中粉砂渗透系数的取值，估算基坑总渗水量为400 m3/h。钢板桩围堰内有2700m3水，又考虑到钢板桩周围漏水，采用6台水泵抽水，每台水泵每小时可以抽100 水m3，边抽水边堵漏。

5、钢板桩堵漏

采用锯末拌水泥，用水搅拌均匀，在抽水过程中漏水的地方从上面撒下去，效果比较好。如果水流比较急，可以采用一根钢管直接伸到漏水的地方，再向钢管内撒锯末可以避免被水冲走。

6、承台封底

23#墩位于黄河河槽中间，钢板桩施工完毕后量测基底标高南岸侧为995.500m，北岸侧为995.000～995.300之间，经过对渗水量计算和涌砂分析，以及施工过程中其他因素的分析确定为干封施工，即将围堰内水抽干后直接浇筑C20砼垫层。

采用6台WQ、WL污水污物潜水电泵，每小时抽水600方，抽水15个小时后基坑底高的部位已经露出水面，但是钢板桩漏水比较严重，基底出现轻微涌砂现象，我部立即组织进行封底施工，采用一台汽车泵浇筑砼，每小时可以浇筑60m3砼。从2008年6月11日晚21：00开始浇筑，到6月12日12：00剩余下游一段未浇筑，但是这是涌水已经比较严重，水从护筒周边涌出，下游钢板桩开始大口的水上涌，抛掷砂袋后水又从另外一个地方涌出，局势一度难以控制。到下午16：00只有一小块没有浇筑，此时涌水越来越严重，经过研究决定向围堰内回水，保证已浇筑的砼的质量。23#墩封底砼共浇筑687.3m3砼，浇筑19个小时。三天后砼强度已达到80%，再抽水，原来涌水的地方已经被砼覆盖，没有大的涌水出现，周围设置排水沟安放两台水泵抽水，取得了比较好的效果，承台顺利完成。

图8 钢板桩围堰 图9 首根钢板桩插打

四、钢板桩围堰施工遇到的问题

1、基坑开挖效率底。特别是22#墩位于岸上，钢板桩施工完成后，即开始进行基坑开挖。地面标高为1000.800m，设计垫层标高为995.500m，开挖方量达3600m3，这样内支撑的安装与机械施工就形成了矛盾：不可能采用机械一次挖到设计标高后再安装内支撑，钢板桩受力不满足要求，而且在开挖到3.5m左右时基底粉砂呈现出流塑状态，基坑外地基开始出现塌陷，必须安装内支撑后再进行开挖。内支撑安装完毕后，挖掘机无法施工，基坑底2m厚砂土全部需要人工进行清理。由于基底为粉细砂，采取高压水枪进行冲洗，再设置积水坑，安装污物水泵，连同砂子和水一并抽出。虽然提高了效率，但是总体来说，施工效率还是比较低。

内支撑安装完毕后可以采用小型挖掘机放进围堰内辅助挖土，应该可以很大程度上提高工作效率。

2、23#墩承台在封底施工过程中，拌合站出现问题，砼浇筑速度很慢，导致封底时间增长，最后涌水现象比较严重，差点导致整个施工方案失败。

在以后的施工中，浇筑重要部位砼前，一定要严格检查砼拌合站和罐车的机械性能，避免由于机械故障原因造成砼浇筑中断。

3、钢板桩插打进度慢

23#墩钢板桩插打过程中，由于现场施工准备不足，高压电源电压不稳定无法使用，发电机不能保证正常使用，23#墩钢板桩从2008年5月2日开始施工，6月1日插打完毕，施工历时1个月；按照正常速度10天内即可完成，严重影响总体施工进度。

五、结语

黄河大桥主墩22#、23#墩承台成功的采用刚板桩围堰施工，打破了常规的深冲刷地层不能采用钢板桩围堰施工的的思维定势，并且成功了实现了干封底，保证施工质量和施工进度。