24米拉森钢板桩应用于沌口长江公路大桥

1 工程概况

武汉沌口长江公路大桥主桥为(100+275+760+275+100)m双塔双索面钢箱梁斜拉桥，塔柱总高为233.7 m，钢箱梁含风嘴全宽46m。主桥2号墩为辅助墩，采用矩形承台，承台长35m、宽17m、高5m，设置18根3 m钻孔灌注桩，设计桩长35m。承台底标高+6.034 m，顶标高为+11.034m，厚5.0m，采用C35混凝土分2层浇筑，第一层厚2.5 m，第二层厚2.5m。主桥2号墩基础结构布置如图1所示。

2号墩桩基逐孔地质钻探结果显示，墩位处地质组成为:覆盖层主要为粉质粘土和粉细砂，其下为泥质灰岩。河床泥面平均标高约+9.41~+10.56m，岩面平均标高-6.35~-3.4m，砂层厚度达7m。

根据长江水利委员会水文局长江中游水文水资源勘测局多年的测量数据，每年10月份到第二年4月份为枯水期，水位在14~16 m(国家85高程)之间，常年水深5m以上，2号墩桥位处水流流速为0.8~1.8 m/s。

2 总体施工方案

主桥2号墩基础采用“先桩后围堰”施工工艺，钻孔桩施工完成后，采用钢板桩围堰进行深基坑承台施工。钢板桩围堰采用“先支法”施工工艺，首先采用导向挂靴工艺，分层整体下放围檩系统，下放到位后插打钢板桩;然后水下吸泥完成后浇筑封底混凝土，待封底混凝土强度达到设计强度后逐级抽水，并将第一层、第二层围檩与钢板桩密贴进行体系转换;第三层钢板桩围檩施工完成后进行最后一级抽水，再进行承台施工。承台采用定型钢模板分2次浇筑，第一层承台浇筑完成后，采取回填+混凝土的方式进行钢板桩围堰体系转换后拆除第三层钢板桩围檩，然后再进行第二层承台施工，墩身出水后将钢板桩拆除。

3 钢板桩围堰结构设计

采用拉森IVw(600mm×210mm)钢板桩，单根长24 m，内侧距承台边缘1.2m。钢板桩设计顶标高为+20.0m，底标高为-4.0m;设计高水位+20.0m(按此标高计算设计，确保围堰结构安全不坍塌)，低水位(抽水及施工水位)+1 6.0 m;高水位施工时水流流速2.0m/s，抽水时水流流速1.0 m/s;设计封底混凝土底标高+3.334 m，顶标高+6.034m，水下混凝土设计为C25;围檩系统共3层，由3HN700×300型钢、φ1000mm×10mm钢管、2HN588×300型钢等组成。2号墩钢板桩围堰布置如图2所示。

经过计算，钢板桩围堰系统结构受力及稳定性满足设计规范要求。

4 钢板桩围堰施工关键技术

4.1 第一层，第二层围檩下放及安装

采用导向挂靴工艺下放围檩。导向挂靴(见图3)共计12件，采用HN700×300型钢，长度视施工水位调整。导向挂靴上的围檩牛腿顶标高与第二层围檩底标高对应。根据钢护筒位置及垂直度的测量结果，进行导向挂靴的支撑制作安装(导向挂靴与钢护筒之间的支撑杆件)，以保证导向挂鞋安装后的垂直度和平面位置满足围檩下放设计要求。

导向挂靴安装完成后，进行第一层、第二层围檩制作及下放。

(1)第二层围檩制作及下放。在导向挂靴水面以上同一标高面上安装临时拼装平台，进行第二层围檩整体制作(见图4)。围檩制作完成后，根据第一层和第二层围檩的层距，在第二层围檩上设置12根φ426mm钢管竖向支撑(用于搁置第一层围檩)，并在围檩4个转角处安装4根标杆(用于观测下放速度和下放深度)。采用卷扬机和150t浮吊整体吊起围檩后拆除拼装平台，进行第二层围檩整体下放(见图5)，直至第二层围檩搁置在导向挂靴的围檩牛腿上。

因围檩位于水下，下放时，采用水面解钩方式进行吊点钩头脱钩。水面解钩方式:在围檩吊点上挂设卡环，将长钢丝绳穿入卡环，钢丝绳琵琶头挂在起重设备的钩头，围檩下放到位后，解除钢丝绳的一端，起钩。

(2)第一层围檩制作及下放。采用第二层围檩相同的制作方式，在导向挂靴水面以上同一标高面上安装临时拼装平台，根据设计结构图纸进行第一层围檩整体制作。制作完成后，采用卷扬机和150t浮吊整体吊起后拆除拼装平台，进行第一层围檩整体下放，直至第一层围檩搁置在第二层围檩12根4.4钢板桩围堰内分级抽水φ426mm钢管支撑上。

4.2 超长钢板桩插打

根据钢板桩施工桥位处的地质条件及钢板桩插打泥面以下的深度，进行钢板桩插打激振力计算。选用 ICE815液压锤 进行钢板桩插打，能够满足激振力要求。

钢板桩一般最大长度为18m，插打前需要在专用场地上进行接长，接长后运至施工现场。钢板桩在接长胎架上接长(见图6)，要求胎架顶面水平高差小于2mm，同时下部支点不少于9个，以确保钢板桩接长的顺直度、锁扣对接等质量满足施工要求。

钢板桩插打前，在导向挂鞋上安装1圈钢板桩插打操作平台(外轮廓边线与围檩边线在一个垂直面)，作为钢板桩导向和定位平台。操作平台标高设置在距钢板桩设计顶标高下0.5m位置处。

钢板桩插打时，充分考虑水流的影响，钢板桩插打顺序为:从上游中部开始，由两侧向下游施工，并在下游一侧拐角桩处合龙。其中，前3根钢板桩插打最为关键，尤其是首根，确保垂直度(≤1‰)满足设计要求后再进行后续钢板桩插打。在插打过程中，加强测量工作，发现倾斜，及时调整，保证桩身垂直打入设计标高位置。根据现场实际平面尺寸和垂直度进行异型钢板桩加工，然后进行合龙。

钢板桩插打完成后，在钢板桩上设置监控点，以便观测施工期间钢板桩围堰的变形情况。

4.3 钢板桩围堰内吸泥封底

在钢板桩围堰内，采用高压水泵射水、气举反循环吸泥至基坑设计底标高。吸泥时，均匀对称吸泥，同时注意围堰内外水头差，确保钢板桩围堰结构安全。钢板桩插打时，在钢板桩围堰下游侧钢板桩上安装2个大水阀，在水面以上进行开关，以保证钢板桩围堰内吸泥时围堰内外水头差平衡。

钢板桩围堰内吸泥完成后，潜水员下水，利用高压水枪对钢护筒四周和钢板桩进行冲洗，并检查钢板桩锁扣间是否闭合。若发现锁扣间有缝隙，利用棉絮、木屑、钢板水下单边焊等方式进行堵塞。

钢板桩围堰内吸泥完成并水下冲洗和封堵检查完成后，进行水下混凝土封底。封底混凝土厚2.7m，浇筑面积582m2，总方量1747 m3。

4.4 钢板桩围堰内分级抽水

封底混凝土强度达到设计强度的90%后，采取分级抽水方式进行钢板桩围堰内抽水。抽水过程中，逐层对钢板桩围檩系统进行完善及体系转换。

长江水位每年变化较大，2号墩钢板桩围堰封底完成后，长江水位仍处于高水位，水位标高维持在+17.5m左右，不能满足抽水水位工况。鉴于此，结合钢板桩受力原理，采取以控制钢板桩内外水头差的原理进行分级抽水。分级抽水前，观测钢板桩上设置的测量点的变形。

 分级抽水过程中，采取下发分级抽水指令的方式进行抽水，每次分级抽水至围檩下0.2m时，立即进行该层围檩系统结构完善和体系转换。首先在围檩底端位置处将16根I25a型钢焊接在钢板桩上，将围檩搁置在I25a型钢上;然后检查围檩与钢板桩之间接触状态，若存在间隙，采用不同厚度的钢板(3，6，10，12mm等)进行塞垫，塞垫钢板与围檩焊接牢固，不能与钢板桩进行焊接，在钢板桩转角处容易出现钢板桩与围檩间隙过大现象，该处需要采用型钢进行加固，确保钢板桩与围檩系统密贴;最后割除围檩下放时竖向支撑，完成围檩结构体系转换。

钢板桩抽水过程中，同时进行漏水点堵漏工作。对于小漏点，采取锯末拌砂的混合料在漏水点外侧以抛撒方式进行堵漏，效果明显;对于较大漏水点，在漏水点外侧用彩条布或塑料薄膜进行密贴，漏水情形立马改善。

4.5 第三层围檩施工

第三层围檩在原河床面以下，需封底完成并抽水后进行施工。当钢板桩围堰内抽水至第三层围檩底口20cm时，进行第三层围檩施工，然后再进行后续抽水作业。第三层围檩采取散拼的方式进行安装。

4.6 钢板桩围檩内基础施工

钢板桩围堰抽水完成后，立即进行桩基钢护筒割除和桩头破除。桩头破除完成后，浇筑垫层。浇筑垫层时，确保垫层平面尺寸较承台尺寸大40cm左右，且保证垫层与钢板桩之间有一圈30 cm以上的排水沟，进行排水。

第一层承台混凝土浇筑完成并将模板拆除后，采取在承台与钢板桩之间回填细砂加水密实，并在其顶面浇筑一层20cm混凝土的方式，进行钢板桩围堰第三层围檩体系转换，然后拆除第三层围檩，进行第二层承台施工。钢板桩围堰第一层承台施工如图7所示。

5 结语

武汉沌口长江公路大桥主桥2号墩承台基础采用钢板桩围堰进行施工，从2015年10月钢板桩插打，到2016年2月钢板桩破除完成，仅4个多月就完成了施工，钢板桩围堰施工效果好。在10m水头差、泥面高差5m的情况下，钢板桩围堰内仅布置1台50 m3/h的污水泵就能满足排水要求，节约了施工成本，提高了施工工效，缩短了施工工期。

“长江第一宽”

沌口长江大桥2017年12月28日开通