•橋　梁 •
京滬高速鐵路濟(jì)南黃河大橋鋼板樁圍堰設(shè)計與施工技術(shù)景兆德 1, 2 (11中鐵一局集團(tuán)有限公司 ,西安　 710054; 21北京交通大學(xué) ,北京　 100044)
摘　要 :在黃河中下游橋梁基礎(chǔ)施工中 ,針對黃河特殊的水文地質(zhì)條件 ,黃河主河道擋水支護(hù)圍堰和灘地承臺基坑開挖的擋土支護(hù)是橋梁基礎(chǔ)施工最重要的臨時結(jié)構(gòu) ,是基礎(chǔ)施工的關(guān)鍵。結(jié)合京滬高速鐵路濟(jì)南黃河大橋主橋基礎(chǔ)鋼板樁圍堰設(shè)計與施工 ,對黃河下游水中和淺灘橋梁基礎(chǔ)鋼板樁圍堰如何結(jié)合水文、地質(zhì)條件合理進(jìn)行方案比選 ,對鋼板樁圍堰的施工設(shè)計驗算以及對鋼板樁圍堰施工技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)敘述 ,對施工中采取的一些簡單有效的工藝措施做了說明。關(guān)鍵詞 :京滬高速鐵路 ;黃河大橋 ;鋼板樁圍堰 ;設(shè)計與施工

圖 1　濟(jì)南黃河大橋主橋布置 (單位 : cm )
　　　主橋橋址處河道河流平均流速 2107 m / s,黃河枯水期僅主河槽有水 ,設(shè)計施工洪水位 3015 m,河床高程枯水期為 + 24 m左右 ,汛期河床高程為 + 22～ + 17 m。
2　鋼板樁圍堰設(shè)計
211　設(shè)計思路
根據(jù)地質(zhì)詳勘資料 ,黃河大橋主橋 3、4、5號墩地處黃河南岸河漫灘 ,地表以下 19 m范圍均為富含水的粉土和粉砂層 ,在其下厚約 2m范圍 (高程約 +9～ + 11 m )有一個硬塑狀黏土層 ,分布比較完整且均勻。主橋 1、2號墩位于黃河主河道 ,河床高程 + 17～24 m,表層覆蓋層主要是松散的粉砂 ,在 +9～ +11 m有一個
收稿日期 : 2009 -11 -02;修回日期 :2010-01-22作者簡介 :景兆德 ( 1978—),男 ,工程師 , 2000年畢業(yè)于北京交通大學(xué)土木工程專業(yè) ,工學(xué)學(xué)士。
厚約 2m硬塑狀黏土層。厚約 2m的硬塑狀黏土層在鋼護(hù)筒施打和鉆孔樁施工過程均得到了確認(rèn) ,取出的土樣為黏性非常大的硬塑狀黏土塊。
根據(jù)詳細(xì)的施工調(diào)查 ,確定了主橋 1、2、3、4號墩承臺施工采用鋼板樁圍堰方案 ,0、5號墩承臺由于開挖深度較淺 ,采用明挖法開挖基坑、過程防護(hù)。 212　方案比選 21211　方案一 (長鋼板樁方案 )
主橋基礎(chǔ)鋼板樁圍堰平面為矩形 ,其內(nèi)口尺寸為 4615m ×2813m,鋼板樁單根長 24 m。水中 1、2號墩鋼板樁圍堰底口高程為 +710m,頂面高程為 +31m (承臺頂面高程 + 27 m,洪水位高程 + 3015m ) ,灘地 3、4號墩鋼板樁圍堰底口高程為 +615 m,頂面高程為 + 3015m。鋼板樁圍堰采用德國拉森 Ⅳ型鋼板樁 ,由單層鋼板樁和 3層由鋼管和型鋼組成的內(nèi)撐梁組成 ,鋼板樁內(nèi)支撐圈

景兆德 —京滬高速鐵路濟(jì)南黃河大橋鋼板樁圍堰設(shè)計與施工技術(shù)

•橋　梁 •梁為 I56組合結(jié)構(gòu) ,內(nèi)支撐為 <630 mm鋼管。岸上鋼板樁圍堰采用 50 t履帶吊配合液壓振動錘施工、水中鋼板樁圍堰采用水中平臺 40 t龍門吊機、 20 t浮吊配合液壓振動錘施工。岸上圍堰內(nèi)開挖清淤采用長臂挖

掘機開挖和高壓射水吸泥法配合進(jìn)行 ,水中圍堰內(nèi)清淤采用高壓射水吸泥法�？紤]到鋼板樁下口深入到

+9～ +11 m硬塑狀黏土層以下 ,鋼板樁圍堰內(nèi)在清淤完成后可以不進(jìn)行水下封底 ,而是直接抽干圍堰內(nèi)的水 ,再澆筑 20 cm厚混凝土墊層 ,然后割除鋼護(hù)筒、鑿除樁頭 ,進(jìn)行承臺施工。

方案優(yōu)點 :鋼板樁圍堰不封底 ,降低了大面積封底混凝土施工的風(fēng)險和施工投入 ,減少了圍堰清淤深度 ,節(jié)約了大量的封底混凝土。同時圍堰內(nèi)開挖、清淤、混凝土墊層施工均在干處進(jìn)行 ,提高了施工效率 ,加快了施工進(jìn)度。
方案缺點 :鋼板樁長度增加了 6 m,增加了鋼板樁的投入。
21212　方案二 (短鋼板樁方案 )
采用長 18 m的鋼板樁 ,其他同方案一�？紤]到鋼

抽干圍堰內(nèi)的水 ,割除鋼護(hù)筒、鑿除樁頭 ,進(jìn)行承臺施工。
方案優(yōu)點 :鋼板樁減少了 6 m,降低了鋼板樁的投入。
方案缺點 :要進(jìn)行水下混凝土封底 ,增加了圍堰內(nèi)水中開挖和清淤的施工難度 ,降低了施工效率。大面積、大方量封底混凝土施工的難度和風(fēng)險很高 ,大量的封底混凝土增加施工的不確定性和施工成本。
21213　方案選用
經(jīng)過反復(fù)的現(xiàn)場調(diào)查和方案比選 ,確定采用方案一。從施工技術(shù)和安全可靠性方面考慮 ,如果按照方案一施工不能抽干圍堰內(nèi)的水 ,還可以按照方案二施工 ,不存在太大的風(fēng)險。從經(jīng)濟(jì)角度考慮 ,方案一施工成本較方案二要低很多 ,成功實施就意味著大量的成本節(jié)約。

213　水中鋼板樁圍堰設(shè)計驗算
水中 1、2號墩鋼板樁圍堰平面為矩形 ,其內(nèi)口尺寸為 4615m ×2813 m,鋼板樁單根長 24 m。鋼板樁圍堰底口高程為 +710m,頂面高程為 + 31 m。如圖 2、圖 3所示。鋼板樁施打完成后 ,安裝第 1層內(nèi)支撐結(jié)構(gòu) ,然后抽水吸泥至第 2層內(nèi)支撐以下 50 cm后安裝第 2層內(nèi)支撐結(jié)構(gòu) ,繼續(xù)抽水吸泥至第 3層內(nèi)支撐以下 50
cm后安裝第 3層內(nèi)支撐結(jié)構(gòu) ,內(nèi)支撐體系安裝完成后抽水吸泥至承臺底面以下 20 cm,澆筑混凝土墊層后進(jìn)行承臺施工。
圖 2　鋼板樁圍堰立面 (單位 : cm )

圖 3　鋼板樁圍堰平面 (單位 : cm )

景兆德 —京滬高速鐵路濟(jì)南黃河大橋鋼板樁圍堰設(shè)計與施工技術(shù)

圖 4　鋼板樁圍堰抗?jié)B流示意

景兆德 —京滬高速鐵路濟(jì)南黃河大橋鋼板樁圍堰設(shè)計與施工技術(shù)
•橋　梁 •
和鋸末的混合物堵塞漏水。由于水的側(cè)壓力 ,會促使鋸末堵住漏水。
3111213　導(dǎo)向圍囹的安裝措施
為防止圍堰的變形 ,要求將導(dǎo)向工字鋼圍囹與鋼板樁之間的間隙全部用型鋼焊接支撐連接 ,圍堰的 4個角進(jìn)行加強。
3111214　反向牛腿安裝
為防止鋼板樁受力過大后產(chǎn)生上拱 ,帶動圍囹朝上滑移 ,在導(dǎo)向工字鋼圍囹上側(cè)設(shè)置反向牛腿加以固定。
3111215　鋼板樁的合龍
鋼板樁圍堰在合龍時 ,兩側(cè)鎖口往往不盡平行 ,可在鋼板樁頂端使用千斤頂互頂或采用倒鏈向外側(cè)張拉調(diào)整至所需間距 ,然后施打合龍鋼板樁。實際施工中由于水流影響或其他原因 ,采用上述措施鋼板樁仍無法合龍時 ,可以制作異形鋼板樁進(jìn)行合龍。

作用 ,方案和預(yù)想的非常吻合 ,實施很成功。而圍堰底面滲流的水可以斷定是圍堰外 2m硬塑狀黏土層以上透水粉砂層經(jīng)鋼板樁間縫隙滲入圍堰內(nèi)。
每個圍堰內(nèi)約有 4 500 m3粉砂土體 ,按照一個圍堰內(nèi) 3～4臺吸泥機 ,6把高壓水槍 , 20個操作人員的配置 ,水中 1號墩累計經(jīng)過 11 d全部吸泥清淤至設(shè)計位置 ,2號墩累計經(jīng)過 9d全部吸泥清淤到設(shè)計位置 ,為承臺的順利實施奠定了堅實的基礎(chǔ)。

31115　圍堰基底墊層施工
鋼板樁圍堰內(nèi)吸泥清淤至設(shè)計高程后 ,在圍堰 4個角埋設(shè) 4個鋼管積水井 ,利用汽車泵澆筑 20 cm厚混凝土墊層。

312　灘地鋼板樁圍堰施工
灘地 3、4號墩鋼板樁圍堰施工條件較水中好 ,采用 50 t履帶吊進(jìn)行鋼板樁施打 ,施工過程和水中 1、2號墩類似。高壓射水吸泥還是在干處進(jìn)行 ,沒有進(jìn)行

黃河大橋主橋鋼板樁圍堰平面尺寸超大、圍堰很
深 ,在國內(nèi)鋼板樁圍堰施工中罕見 ,設(shè)計施工中采取了
加長鋼板樁 入土深度 ,在每個內(nèi)支撐端部增加八字形
撐架 ,豎向每層撐間增加空間桁架 ,每層內(nèi)支撐與鋼板
樁間設(shè)上下限位牛腿等許多有力措施 ,整體穩(wěn)定性得
到了保障。方案合理利用粉砂層中 2m厚硬塑性黏土
不透水夾層 ,將鋼板樁深入夾層以下 ,在工藝上取消了
水下吸泥清淤和水下混凝土封底 ,消除了水下封底施
工的難度和風(fēng)險 ,減小了施工中的不確定性 ,降低了施
工成本 ,節(jié)約了施工工期。
京滬高速鐵路濟(jì)南黃河大橋主體工程已基本完
成 ,工程實踐證明 ,在黃河下游和類似地質(zhì)地區(qū)水中橋
梁基礎(chǔ)施工中 ,采用不進(jìn)行水下混凝土封底的鋼板樁
圍堰 ,施工方便快捷、安全可靠并節(jié)約成本 ,取得了很
好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益 ,也為類似工程的基礎(chǔ)施工
提供了寶貴經(jīng)驗。

參考文獻(xiàn) :

[1]　陳明憲 .斜拉橋建造技術(shù) [M ].北京 :人民交通出版社 , 2003.

[2]　余志成 ,施文華 .深基坑支護(hù)設(shè)計與施工 [M ].北京 :中國建筑工業(yè)出版社 , 2005.

[3]　劉自明 .橋梁深水基礎(chǔ) [M ].北京 :人民交通出版社 , 2003.

[4]　錢家歡 .土力學(xué) [M ].南京 :河海大學(xué)出版社 , 1988.

[5]　歐陽效勇 ,任回興 ,徐　偉 .橋梁深水樁基礎(chǔ)施工關(guān)鍵技術(shù) [M ].北京 :人民交通出版社 , 2006.

[6]　韓躍國 ,陳永勇 ,皮海波 .永修大橋主墩鋼板樁圍堰設(shè)計與施工 [J ].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計 , 2008 (5).

鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計　RA ILWA Y　STANDARD　D ES IGN　2010 (4)