深水裸岩地质条件下钢板桩施工技术研究
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作者:杨宝生
摘要：在裸岩地质条件下深水基础施工中一般采用双壁钢围堰施工，而采用钢板桩围堰施工研究相对较少。文章结合实际工程特点对围堰进行设计研究，介绍了锚固槽叠孔引槽技术、插打控制技术以及清基封底技术等，有效地解决了裸岩地质条件下钢板桩插打难、封底效果差等难题，为以后同类型裸岩地质深水施工提供了借鉴。
关键词：深水裸岩地质；钢板桩围堰；叠孔引槽；清基封底
中图分类号：U445.55+1-A-44-138-3
0 引言
目前我国正处于高速铁路快速发展的阶段，各类复杂地质条件下的桥梁基础施工越来越多，施工难度相对较大，对后续工序起着制约作用。钢板桩围堰作为水域基础施工中的一种常规方法，适用于各类土层，具有工艺简单、防水性能好、可周转性强、成本低等特点，被广泛地用于水域基础施工中［1-3］。但在深水裸岩地质条件下使用钢板桩围堰，由于插打困难、锚固长度不足、整体稳定性差、封底控制难等，给施工带来了各种不确定性因素，直接关系着工程建设周期的推进。本文以新建南玉铁路六景郁江特大桥基础施工为案例，参照同类型钢板桩围堰施工经验［4-7］，对裸岩地质情况下深水钢板段а叩纳杓坪褪┕ぜ际踅行专项研究，有效地解决了裸岩地质条件下钢板桩围堰插打难、封底效果差等难题，确保工程质量与安全，为以后类似桥梁的施工建设提供了宝贵的经验。
1 工程概况
新建南玉铁路六景郁江特大桥243#～246#墩，采用（65+120+65）m连续梁跨越甘棠河，线路与河道夹角为50°。为最大限度地保证桥梁基础不侵占河道，不影响河道通航及过水要求，连续梁244#、245#主墩下构设计为顺河道方向，墩梁之间存在50°夹角，施工控制水位+62 m。两个主墩均位于水中，墩处水深为10 m，河床无覆盖层，为裸岩地质。承台设计为低桩承台，承台位于河床面以下，承台尺寸为17.3 m×12.5 m，高3.6 m，承台底标高为+55.08 m。
2 围堰方案设计
2.1 钢板桩围堰结构布置
承台基础采取先搭设钢栈桥平台进行桩基施工，后采用拉森Ⅳ钢板桩围堰施工承台的方案［8-9］。搭设平台之前在河床进行水下爆破作业，需保证承台范围内爆破后标高≤+54.28 m，确保满足最小封底厚度80 cm。考虑到定位施工误差，围堰平面尺寸采用21.14 m×17.14 m，详见图1。围堰钢板桩长度为12 m，围堰顶标高为+64.08 m、底标高为+52.08 m。为了保证钢板桩的锚固长度，采用旋挖钻引孔后插打钢板桩合龙，在引孔内灌注混凝土，确保围堰锚固的整体稳定性及不透水性。围堰设置两道内支撑体系，第一层和第二层圈梁分别为双拼40a工字钢和双拼56a工字钢，内支撑为630 mm×8 mm钢管，详见图2。
2.2 钢板桩围堰结构设计
围堰抽水完成，此时第二层圈梁及内支撑均已安装，最大水头为7.72 m，此工况受力最不利［6-7］，钢板桩最大弯矩为101.9 kN・m，详见图3。单米钢管桩围堰抗弯模量为2.27×106 mm3，最大弯曲应力为45 MPa，小于允许弯曲应力215 MPa，满足要求［10-11］。
封底后抽水至第二层内支撑安装前，此工况受力最大，最大弯矩为106 kN・m，详见图4。单米钢管桩围堰抗弯模量为2.17×105 mm3，最大弯曲应力为49 MPa，小于允许弯曲应力215 MPa，满足要求。
内支撑最大轴力为758.7 kN，详见图5，推算最大应力为48.5 MPa，满足要求。
3 钢板桩围堰施工工艺
3.1 钢板桩引孔
桩基施工完成后拆除钻孔平台，保留三侧的支栈桥，作为钢板桩围堰的引孔操作平台。对钢板桩围堰的轴线位置进行放样，采用旋挖钻配80 cm钻头沿围堰四周重叠钻孔，相邻孔位咬接20 cm，成槽深度为1.7 m。
3.2 钢板桩插打
在钢板桩插打前，先安装第一层内圈梁，后利用履带式打板机插打，选定远离岸边侧的一个邻近角桩的位置作为起步控制桩，采用限位卡板严格控制垂直度，每根桩插打后及时与安装的第一道内圈梁进行锁定固定，确保平面位置，每完成2 m测量校正1次，在过程中实现精准控制。钢板桩选择在距离角桩4～5根的位置进行合龙，便于合龙偏差的调整。
3.3 围堰清基
在钢板桩围堰插打合龙后，对基底的淤泥及爆破碎块重新进行清理。清基采用抓斗和空气吸泥机配合使用，抓斗用于清理基坑中的较大石块，吸泥机清理基坑中及孔槽内的淤泥等杂物。同时，采用高压风管冲洗钢板桩的内壁、钢护筒的外侧壁，并安排潜水员进行水下专项检查摸排，确保清基质量［12］。
3.4 围堰封底
围堰采用水下封底法，在围堰4个角点布置4套导管进行主灌，两套导管布置在中间位置进行补充灌注。先采用4套导管在围堰四周外侧进行锚固槽的灌注，灌注高度为1.7 m，先保证围堰内、外部隔离且不贯通，确保围堰内的封底质量。待围堰外侧四周锚固槽封底到位后，将4套导管移至围堰内侧的锚固槽中，进行内侧封闭灌注，灌注高度为1.7 m。
待内外锚固槽均灌注完成后，进行围堰内侧封底，水下灌注80 cm厚度的混凝土。正常灌注时，每隔15 min进行一次混凝土面测量，要严格控制导管埋深。混凝土最终灌注要求比设计封底混凝土标高低5 cm，在封底混凝土强度达到设计强度后进行抽水，完成后再灌注找平。
3.5 抽水及内支撑安装
封底完成后，按设计要求焊接好内支撑，内支撑由斜撑和直撑组成，采用630 mm×8 mm的钢管。为确保内支撑与圈梁整体受力，对内支撑与圈梁连接处设置限位加劲板，起到增加受力的作用。对圈梁与钢板桩间存在间隙的，为避免局部应力集中，在圈梁与钢板桩缝隙处塞木楔和支垫钢板，确保均匀受力。
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封底混凝土达到设计强度后利用水泵进行抽水作业。在抽水过程中由于水位不断降低，钢板桩围堰的受力状态将持续向最不利的情况变化，因此在抽水过程中应及时对钢板桩围堰进行监测，如钢围堰出现局部漏水，应边抽水边堵漏，直至围堰内水位降至第二道内支撑位置。然后安装第二道圈梁及内支撑。
4 结语
六景郁江特大桥跨甘棠河连续梁主墩基础位于裸岩地层，施工地质条件复杂，经过围堰受力检算及专家论证，选取的围堰结构形式为拉森Ⅳ型钢板桩围堰，采用两层内支撑体系，从理论分析确保了结构的安全。施工中经过研究探索，先采用旋挖钻进行叠孔洗槽引孔，确保了钢板桩的锚固长度。插打时采用边插打边固定的施工方案，确保了钢板桩的垂直度及平面位置，插打过程中实现“2 m一复核”，提升了过程的精度控制。封底采用三工序法，即“先钢板桩外侧锚固槽外封闭，再钢板桩内侧锚固槽封底，最后整体封底”的施工工艺，从工艺上保证钢板桩的锚固受力和内外隔离不漏水，从根本上确保了封底质量，解决了裸岩地层锚固和封底的技术难题，为后续类似复杂地质条件下围堰施工提供了宝贵的经验。
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作者简介：
杨宝生（1983―），高级工程师，主要从事铁路建设安全管理工作。
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