摘要：近年来，我国铁路事业的建设，随着国家大力投资和发展取得了巨大的成就，大跨径桥梁施工技术不断创新，水中基础的施工是关键，钢板桩围堰作为水中基础施工重要的临时性结构之一，由于其本身的许多优点，在桥梁基础及下部结构施工中将呈现很好的应用前景。丹大铁路大洋河特大桥主桥墩位于主河道中,解决潮汐制约水中墩承台施工作业问题是水中墩施工的一项技术难题。以水中墩承台施工实践为前提，以钢板桩围堰施工技术为核心，结合筑岛施工而形成一套独特的施工工法，通过实践应用，技术可靠性高，缩短了施工进度，提高了工程质量，经济、环保，社会效益显著。
关键词：水中墩施工；钢板桩围堰；筑岛施工
一、工程概况
大洋河特大桥全长3760.03米，共有117座墩台，930根钻孔桩。其中，水中墩就有10个，100根钻孔桩。大洋河特大桥100#-109#墩为圆端型桥墩，各墩台采用钻孔桩基础，桩径为Φ1.25米，桩长7米～23米不等。桩基础、承台采用氯岩侵蚀L1抗腐蚀混凝土，墩台身采用C50（C35）钢筋混凝土,垫石采用C40钢筋混凝土。
二、本工程难点分析
大桥位于东港市孤山镇，与黄海相接，是四季涨潮退潮的入海口，大洋河桥位处于下游感潮河段，考虑潮汐及水流影响，最大设计水位为8.23 米，100 年一遇。最高流冰水位3.50 米,最底流冰水位-2.5 米,最高潮位为6.86 米,施工水位5.47 米。大洋河在每月的农历初一——初四、十五——十八涨潮（其中农历四月十七、十八，十月十七、十八为天文大潮），每天早晚涨落潮各两次，最高潮位为3.2 米，最低潮位-0.8 米，水位落差达4米。河面最大流量速度每秒16234立方米，流速每秒3.67米，最严重是潮汐的问题，直接制约整个施工作业。
施工地段地理环境复杂，管段河渠沟坎相连，大洋河特大桥是全线的重点工程之一，也是我作业队的控制工程和难点工程，其中主河道水中墩施工作业是施工中的关键工程，能否顺利成，关系到整个项目的成败。
三、施工方案的选定
我项目部进场以后，针对大洋河水中墩施工，进行专项研究。设计考虑潮汐及大洋河水流速快的影响，设计为栈桥，设计费用为2800万元，编制了栈桥施工方案，并对方案进行测算，费用为4100万元，远远超出了预算，工期为3个月。项目提出了筑岛方案，经过测算费用为1600万元，且工期为1个月，满足施工工期的要求。经过分析和比选后，确定水中墩施工方案为一次筑岛。
丹东水利局提供在冬季上游水流量为60m/s，为了满足排洪要求，设置一处便函，排水时水面高程2.85m，涵底高程-1.5m，跨度12m，流速3.67m/s（为百年一遇流速），则1座便涵每秒流量：191.6m3/s排洪能力远大于上游流量，可以满足排水要求。水中墩施工时，利用枯水期完成便道填筑及所有水中墩位的筑岛，考虑上游汇水面积较大，在筑岛的两侧修建排水便涵开通临时河道，同时在填筑形成的作业面上按常规方案完成水中墩桩基础施工。水中墩承台基坑开挖采用圆形钢板桩围堰作为围护结构，钢板桩选用FSP-Ⅳ型，即拉森Ⅳ型高强度钢板桩，长15米，单根宽度60cm，围堰内部采用I40b钢围檩和弦支撑加固。通过计算分析围堰采取封底混凝土，同时采用基坑内排水法，避免了河道污染。
四、筑岛施工
1.筑岛结构及尺寸
为方便后续作业的施工，岛体以粘土掺加小粒径的山皮土为主，在岛体四周使用双层草袋围堰防止冲刷，岛顶纵向全断面填筑，横桥向为31.3米宽（含7m宽便道）。
2.筑岛施工
筑岛填筑从两侧向河中心推进，填筑时，选择每天的退潮低水位时段进行筑岛填筑，施工时先在下游一侧填筑便道，便道一次填筑至标高4.2米，满足涨潮时最高潮位要求，再紧跟进行核心部位填筑。填筑时要保证填筑速度越快越好，不可一次性填筑过长，保证每填筑一段达到设计标高一段，再向前填筑，避免涨潮时水土流失过大，保证筑岛稳定。岛体下部填筑粘土及小粒径碎石，顶部填筑1m后山皮土，筑岛顶标高确定为4.2米,迎海潮侧边坡1：2，其余边坡1：1.5，上下游两侧使用草袋围堰，防止筑岛土方流失。
筑岛填出水面后使用压路机静压，在高出水面1米后采用压路机振压，增加土体的密实性，提高承载能力及抗冲刷能力。
3.排水便涵结构及施工
便涵净跨度12m，采用φ426*8mm钢管为挡土结构，管间距1000mm，管间在开挖过程中焊接4mm厚钢板，钢板后使用[8作为钢板加劲肋，以减少钢板变形。底板采用1000mm厚C15混凝土，八字墙头施做1m厚2m高截水墙。涵顶跨越结构采用13根13m长I40b工字钢，间距500mm放置，宽度为6m，上横向密排20*20cm方木作为面层，两侧使用20*20cm方木作为护轮木，使用U型螺栓固定到纵梁上。
八字墙头截水墙采用旋喷钻机施做悬喷桩作为止水帷幕，止水帷幕长度30m，旋喷桩采用二重管旋喷，桩间距500mm，自底板下喷浆5米，形成5米高止水帷幕。
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五、钢板桩施工
钢板桩的打桩设备选用要同土质情况结合，以利于钢板桩的打入或拔出，一般钢板桩的施工采用振动锤沉桩。
1、钢板桩定位
以筑岛为施工平台，在平台上放出围堰的边线，通常采用钢板桩内边缘线，也可取钢板桩墙的中心线。
2、安装导向架
钢板桩墙设计为圆形，在围堰轮廓内每间隔5米左右准确定位1根钢管桩中心，人工下挖直径1米深2米孔作为引导孔，在孔内安装导向装置（若因地下水位较高无法形成导向孔时，导向装置部分安装在地面以上，四周用斜向支撑固定），使用DZ90A型振动锤插打导向桩。根据现场条件，可采用单边式导向架（即单面围檩支架），也可采用夹紧式导向架（即双面围檩支架）。根据钢板桩打入的设计深度，导梁设置的位置比钢板桩顶低30～50cm，确保桩锤不会碰到导梁。
3、钢板桩安装前施工准备
钢板桩在拼组前必须对于其进行检查、分类、编号，同时对于两侧锁口用一块同型号长2～3m的短桩作通过测试，以2～3人拉动通过为宜，或者采用卷扬机拖拉。对缺陷部位加以整修，对于检查合格的钢板桩对其锁口采取润滑及防渗措施。接长焊接时，为防止变形先用坚韧夹具夹平，焊接时先对焊，再焊接加固板，保证接头强度与其他断面相同。对于新桩或接长桩,在桩端制作吊桩孔。拼组前对其进行检查、分类、编号。
4、打桩
1）先由测量技术人员定出钢板桩围堰的中心，然后放出钢板桩围堰内边线，每隔5m设置导向桩，导向桩直接使用钢板桩，利用工字钢设置导向架，打桩时利用导向架控制钢板桩的轴线。
2）打桩前，未防止泥土进入锁扣，施工前将桩尖处的凹槽底口封闭，锁口通不过或者桩身有屈曲、扭曲、死弯等缺陷，采用冷弯，热敲(温度不跨越800～1000℃)，焊补、铆补、割除、接长等要领加以整修。
3）施打时一部分逐块插打，后一部分则先插合拢后，然后打至设计深度。
5. 围檩、支撑安装
钢板桩环形封闭后，先对第一道钢围檩（导向架）进行加固，开始开挖时先用普通挖掘机，挖深至3米后进行围檩支撑安装，有水时，进行抽水。继续开挖，采用长臂挖掘机。钢围檩、支撑安装穿插在每次开挖后进行，基坑每挖深2-3米安装一道钢围檩。围堰支撑采取弦支撑。抽水降水采用井点降水施工工艺。
6.井点降水
降水井采用深井（管井）井点降水施工方案，降水井采用钢筋骨架、竹竿井笼，外包不少于两层尼龙纱布（不小于200目），降水井井笼内径不小于80cm。
降水方案设计共有降水井管井6眼，采用AT400QJ450-38/1型潜水泵，单基坑用电总功率为45*6=270KW，考虑同时3个基坑在抽排水，则总功率为270*3=810kw,同时考虑其他小型设备作业及功耗损失，在两岸需设置2台500KVA的变压器供水中个墩位的施工。变压器安装后，分别进入一级配电箱构成电源的总控制系统，然后均衡地分配给二级配电箱来对各降水井点进行控制。配电箱需编号，加安全栅栏，悬挂警示标牌，并做防雨措施。明敷线路须架空。
降水井在抽水期间，对降水用水泵在井下的工作状况需及时掌握，因此需加装自动监控系统。可对总出水量、井内水位、水泵电机运行等及时进行监控。
7.混凝土封底浇注
由于采用水下封底可能造成钢板桩无法拔出，影响材料周转回收，故采用先抽水、支撑，后封底。当清淤达到要求后，即可按常规进行干封底施工。
8. 围堰及筑岛拆除
当墩身施工完毕后，先拆除钢板桩围堰的围檩及弦支撑，再进行钢板桩的拔除，拔除按与打桩顺序相反的次序进行，最后挖除筑岛泥沙，恢复原来河道。
9. 钢板桩围堰施工监测技术
基坑开挖过程中，在钢板桩及围檩支撑设置观测点，施工时每天观察三次，每8小时观测一次，连续观测三天，若变形稳定，改为每天一次。若施工监测过程中超出最大变形量，立即停工整改，重新加固，情况稳定后继续施工。
施工监测及时的反应围堰支护体系的工作性状是否处于安全状态，并判别是否需启动应紧方案，是否要对下一步的施工方案进行相应的调整，设计所用的参数是否准确并需调节参数对设计进行调整等等。这些信息都需要通过监测进行获取，在掌握这些信息的基础上才能不断减弱甚至削除各种不稳定因素，逐步加强各种有利于稳定的因素，最后实现工程顺利竣工。
六、结语
我们修筑了过水便涵、逐渐填土筑坝，在极短的时间内完成了筑坝、筑岛、围堰、钻孔有条不紊、有需衔接的流水作业过程。使各项后续工程都进入了良性循环和可控的轨道。
参考文献:
[1]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-99）
[2]薛亚忠. 钢板桩在深基坑支护中的应用[J].科技与创新，2016（1）：143～144.?
[3]宁英杰，蔡钢，周剑伟. 拉森钢板桩在承台深基坑中的应用[J].交通世界，2016（Z2）：116～117+122.
论文作者:陈兆辉
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
标签：钢板论文; 围堰论文; 水中论文; 导向论文; 基坑论文; 作业论文; 潮位论文; 《防护工程》2019年第3期论文;