王建亮

1 工程概況

大西鐵路客運專線七標(biāo)段洪洞跨汾河特大橋，全長19.82 km，其中，跨汾河河槽為(40+64+64+40)m懸臂現(xiàn)澆連續(xù)箱梁。連續(xù)梁在335號～337號之間上跨汾河主河槽，中心里程為DK488+533.9，全長209.7m。其中336號承臺位于汾河主河槽中心。承臺底面標(biāo)高為440.259m，原地面標(biāo)高為449.659m，基坑開挖深度達(dá)到9.4m，地下水位為 448.659m。承臺尺寸為 18.6m ×18.6m×4.0m，承臺采用C40混凝土。本橋墩所處地質(zhì)0m～20m的板結(jié)粗圓礫層，摩擦阻力為650 kPa。綜上所述采用有擋有水基坑開挖。

2 有擋有水支護(hù)方式的選擇

通常承臺開挖的支護(hù)方式有拉森鋼板樁圍堰、沉井圍堰、鉆孔灌注樁圍堰、地下連續(xù)墻等，以下對其優(yōu)缺點進(jìn)行對比。

2.1 拉森鋼板樁

優(yōu)點:鋼板樁是工廠成品，強(qiáng)度、品質(zhì)、接縫精度等質(zhì)量有保證，可靠性高，而且具有較好的耐久性，可重復(fù)周轉(zhuǎn)使用。施工方便、工期短等特點也使其在具體工程中得以廣泛應(yīng)用。缺點:鋼板樁接頭防水效果較差，而且鋼板樁剛度比地下連續(xù)墻小，易引起開挖后撓度變形較大。鋼板樁打拔樁振動噪聲大，容易引起土體移動，導(dǎo)致周圍地基較大沉陷。

2.2 沉井圍堰

優(yōu)點:整體性較好、剛度和強(qiáng)度大、不需設(shè)置內(nèi)支撐、止水效果好。缺點:預(yù)制過程中，場地需求大，吊裝倒運工作量大，下沉過程中位置及垂直度控制困難，施工工期較長，回收困難。

2.3 鉆孔灌注樁

優(yōu)點:鉆孔灌注樁施工噪聲和振動小，剛度較大，就地澆筑施工，對周圍環(huán)境影響較小。缺點:適合軟弱地層使用，但不適宜在砂礫層和卵石中使用，不可兼作主體結(jié)構(gòu)，樁質(zhì)量取決于施工工藝和施工技術(shù)水平，施工時需要作排污處理，且不能止水。

2.4 地下連續(xù)墻

優(yōu)點:地下連續(xù)墻施工噪聲低、振動小。就地澆制、墻接頭止水效果好，整體剛度大，對周圍環(huán)境影響小。缺點:適合軟弱地層和建筑設(shè)施密集城市市區(qū)的深基坑。但是，地下連續(xù)墻泥漿處理、水下鋼筋混凝土澆制的施工工藝較復(fù)雜、造價較高，沒有較高的施工技術(shù)和管理水平難以保質(zhì)保量完成地下連續(xù)墻。

2.5 方案比對選擇

我們經(jīng)過對以上幾種承臺基坑開挖支護(hù)方案優(yōu)缺點比對，考慮施工工藝、地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)效益等各方面的情況，決定采用拉森鋼板樁圍堰的承臺基坑開挖施工工藝。由于該橋址地質(zhì)為粗圓礫土板結(jié)層，經(jīng)多次試驗，普通施工工藝插打鋼板樁非常困難，進(jìn)尺也較慢，且對插打設(shè)備、鋼板樁等損傷較大，采用普通插打鋼板樁施工工藝很難實現(xiàn)。經(jīng)研究分析，我們采用高壓射水輔助插打鋼板樁能夠有效解決以上問題。

3 施工方案簡述

3.1 施工準(zhǔn)備階段

1)材料準(zhǔn)備:拉森鋼板樁、內(nèi)徑為15mm，壁厚為0.5mm普通鋼管、與鋼管相匹配的螺紋套筒、充足的水源、C20混凝土30m3等。2)機(jī)械設(shè)備準(zhǔn)備:50t履帶吊、90 kW振動錘、高壓水泵、電焊機(jī)、300 kW發(fā)電機(jī)、抽水泵8臺、挖掘機(jī)2臺，其中長臂挖機(jī)1臺、混凝土運輸車1臺、自卸式運土車4臺等。3)現(xiàn)場準(zhǔn)備:進(jìn)場后對粗圓礫板結(jié)層鋼板樁防護(hù)制定相應(yīng)的施工方案，并做好適用鋼板樁施工的“三通一平”現(xiàn)場準(zhǔn)備工作。4)插打工字鋼與基坑開挖之前做好施工測量工作，測量班測量放樣出插打工字鋼的位置，并做好標(biāo)志，核對無誤后施工。5)根據(jù)圖紙?zhí)峁┑牡刭|(zhì)及工程主體鉆孔灌注樁施工現(xiàn)場渣樣情況，制定基礎(chǔ)開挖和支護(hù)方案。6)機(jī)具進(jìn)場，調(diào)試運行，檢查機(jī)械的各種性能指標(biāo)，確保處于良好狀態(tài)。7)鋼板樁選用樁長12m、寬度0.75m的Ⅳ新型鋼板樁，其主要技術(shù)參數(shù)為:Ⅰ=39 600cm4/m，W=2 200cm3/m，Q=105 kg/m。8)鋼板樁進(jìn)場后，進(jìn)行檢查、分類、編號及登記。整修后板樁符合下列技術(shù)要求:每組鋼板樁的寬度允許偏差為±30mm;鎖口內(nèi)外光潔，并呈一直線;鎖口在拼裝處的高低偏差均不大于2mm;鎖口拼接處盡量緊密，間隙不大于3mm;全長不得有焊瘤、鋼板或其他突出物，保持平滑，兩端均切割整齊，上端按拔樁需要開圓孔(千斤繩眼)，并焊鋼板加固圓孔;每組長度誤差相對中間一塊長度在2mm以內(nèi);鋼板樁的扭曲及彎曲符合施工技術(shù)要求。

3.2 鋼板樁施工工藝

3.2.1 鋼板樁施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→施工放樣及插打定位樁→插打鋼板樁→開挖基坑→鋼板樁內(nèi)支撐安裝→鋼圍堰封底、抽水→堵漏→承臺施工。

3.2.2 施工放樣及插打定位樁

插打定位鋼板樁之前，現(xiàn)場技術(shù)人員通知測量班對336號承臺按照設(shè)計輪廓線大小向外擴(kuò)0.5m進(jìn)行放樣，即鋼板樁插打范圍為19.6m×19.6m。放樣結(jié)束后，在應(yīng)該插打工字鋼的位置處，用白灰撒線做好標(biāo)記。待設(shè)備就位后，插打定位樁。

3.2.3 高壓射水輔助插打鋼板樁

1)高壓射水系統(tǒng)制作。a.高壓水槍頭制作，采用內(nèi)徑為15mm，壁厚為0.5mm的普通無縫鋼管，每根鋼管的長度根據(jù)鋼板樁的長度確定為12m。材料準(zhǔn)備好后，將鋼管的出水端加工成扁橢圓形，橢圓寬度控制在2mm，進(jìn)水端加工成螺紋套筒。b.高壓水槍頭制作完，將其焊接到鋼板樁中央，焊接要牢固，并確保防止鋼管被焊漏。制作完成的高壓射水鋼板樁整齊擺放在施工現(xiàn)場。經(jīng)技術(shù)人員驗收通過以備使用，如圖1所示。c.高壓射水鋼板樁與高壓水泵相連。采用連接套筒將焊接好的高壓射水鋼板樁與高壓水泵相連，如圖2所示。d.高壓射水輔助插打鋼板樁。插打鋼板樁時，啟動90 kW振動錘往下振動，同時啟動高壓水槍射水。通過此施工工藝，能夠有效縮短施工周期。為了減少插打時鎖口間的摩擦和減少鋼板樁圍堰的滲漏，在鋼板樁鎖口內(nèi)涂抹黃油混合物油膏。

圖1 高壓射水鋼板樁（單位：mm）

圖2 高壓射水鋼板樁與高壓水泵連接圖

2)高壓射水輔助插打鋼板樁原理。筆者認(rèn)為高壓射水輔助插打鋼板樁原理主要有以下兩點:a.高壓射水可以沖散板結(jié)在粗圓礫土之間的粘土，給鋼板樁入土提供更大的空間。b.高壓射水射出的水可以在鋼板樁與粗圓礫土之間形成潤滑作用，從而有效地減小摩擦阻力。

原理可概括為采用高壓射水可以加快鋼板樁周圍土的液化，大大減少鋼板樁入土進(jìn)尺過程中的阻力，起到潤滑劑的作用，從而使得鋼板樁在板結(jié)粗圓礫土地層順利插打進(jìn)尺成為現(xiàn)實。

3.2.4 基坑開挖

首先采用普通挖掘機(jī)對基坑開挖范圍進(jìn)行開挖，基坑開挖至地面標(biāo)高-2.0m時，安裝第一道鋼圍檁，內(nèi)支撐由HW400×400×15×15型鋼圈梁及φ630×12的鋼管支撐組成，安裝高程為-1.5m(假設(shè)地面高程為0)。然后，采用長臂挖掘機(jī)繼續(xù)進(jìn)行開挖至-5.5m，安裝第二道鋼圍檁。第二道鋼圍檁安裝完畢之后，繼續(xù)開挖至承臺底面往下50cm，即開挖基坑高程為-10m(假設(shè)地面高程為0)。最后，采用C30混凝土進(jìn)行封底，封底混凝土厚度可以根據(jù)鋼板樁圍堰內(nèi)外水頭差計算而得。本工程封底混凝土厚度為60cm。

3.2.5 鋼板樁內(nèi)支撐安裝

我們通過計算可知本工程設(shè)置兩道圍檁即可滿足鋼板樁的穩(wěn)定性要求，設(shè)置圍檁的同時在四個轉(zhuǎn)角部位加設(shè)斜八字支撐，圍檁采用HW400×400×15×15型鋼，斜支撐采用φ630×12鋼管。圍檁安裝高程分別為-1.5m，5.0m。圍檁安裝固定，首先在安裝位置下方焊接承受圍檁自重的短型鋼牛腿托架，然后將圍檁與鋼板樁緊靠焊接固定，牛腿設(shè)置間距為5.0m。需要強(qiáng)調(diào)的是，對于部分拉森鋼板樁側(cè)面與圍檁之間存在的空隙，必須用不同厚度的鋼楔子和鋼板將空隙塞緊并焊接牢固，防止松動掉落。

3.2.6 鋼板樁圍堰封底、抽水

鋼板樁封底混凝土為承臺施工平臺，封底混凝土澆筑并達(dá)到一定強(qiáng)度后，抽干水后進(jìn)行承臺施工。封底混凝土采用C30早強(qiáng)混凝土。

以上工序結(jié)束后，進(jìn)行承臺施工。

4 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益分析

高壓射水輔助插打鋼板樁首先保證機(jī)械設(shè)備的安全，采用普通施工工藝插打鋼板樁90 kW振動錘很容易損害，但是采用新的施工工藝對機(jī)械設(shè)備損傷很小，僅此一項將節(jié)約資金10萬有余。其次，保證施工進(jìn)尺速度，采用普通施工工藝一天僅能插打兩根，甚至兩根都完成不了，但是采用新工藝30min插打一根鋼板樁，因此將節(jié)約工期30 d左右，工人工資按照80元計算，將節(jié)約人工工資2.4萬元，柴油消耗按照每天82 L/h×12 h=984 L，柴油將節(jié)約資金984 L/d×6.3元/L×30 d=18.6萬。最后，保證施工工期，僅施工工期一項價值無法估量，尤其是對于處于控制性工期的施工工點。

綜上所述采用高壓射水輔助插打鋼板樁將節(jié)約10+2.4+18.6-2(普通鋼板材料費)=29萬元。

高壓射水輔助插打鋼板樁施工技術(shù)具有施工技術(shù)簡單，易于施工人員掌握、提高施工效率、有效縮短施工周期等特點，是一種經(jīng)濟(jì)合理的施工方法，而且其適用于板結(jié)粗圓礫土插打鋼板樁施工。在板結(jié)粗圓礫土插打鋼板樁施工，鋼板樁進(jìn)尺困難、對機(jī)械設(shè)備損害大的條件下，采用高壓射水輔助插打鋼板樁施工，優(yōu)質(zhì)高效的完成了施工任務(wù)。

5 結(jié)語

大西鐵路客運專線洪洞跨汾河特大橋跨汾河主河槽連續(xù)梁336號承臺基坑開挖采用拉森鋼板樁有水有擋支護(hù)方式進(jìn)行基坑支護(hù)，并成功運用了高壓射水輔助插打鋼板樁的施工工藝。節(jié)約了施工成本，縮短了施工周期，提高了現(xiàn)場施工管理水平，為今后類似基坑開挖施工積累了寶貴的施工經(jīng)驗。