中鐵十三局廈深鐵路指揮部田樹坤徐多鄒洛
內容提要：中鐵十三局承建的榕江特大橋主橋為110+220+220+110m鋼桁梁柔性拱結構，為客貨共線並用雙線鐵路橋，全長7686.96m，共207個墩台，主橋邊墩及南北引橋廣泛採用拉森鋼板樁圍堰施工承臺。
本文結合榕江特大橋水中橋69號承臺施工，重點介紹鋼板樁圍堰施工的相關技術。
關鍵詞：淺灘拉森iv 鋼板樁設計計算施工技術
廈深鐵路是國家《中長期鐵路網規劃》「四縱四橫」杭州至深圳沿海快速鐵路通道的重要組成部分。榕江特大橋位於潮汕地區，與榕江近乎正交，共223個墩台，全長7686.96m。
70~74號墩上部結構為110+220+220+110m鋼桁梁柔性拱主跨度在世界同類橋型中居首位。70號和74號墩及南北引橋廣泛採用鋼板樁圍堰施工承臺。榕江岸堤內淺灘上69號承臺施工，在全橋範圍內，首次採用拉森鋼板樁圍堰，工藝成型後，被廣泛應用於全橋。
69號墩承臺平面尺寸為20x14.4m，厚度5m（含1m厚承臺補塊），承臺頂標高為+0.842m，承檯底標高為-4.158m。承臺工程量見表1
表1 69號墩承臺工程數量表
69號墩位於岸堤內淺灘上，河床標高為+1.3m，採用築島施工，墩位處淤泥層厚達20m。20年一遇洪水位為+2.634m，69號墩承臺施工時按+2.6m水位進行計算和分析。
拉森iv型鋼板樁具有以下優點：
高質量（高強度，輕型，隔水性良好）；
施工簡單，工期短、耐久性好，壽命在50年以上；
互換性好，可重複使用58次。
結合以上優點，綜合現場的水文、地質因素，確定選用拉森ⅳ型止水鋼板樁進行施工。
69號墩鋼板樁圍堰內平面尺寸為21×15.4m，圍堰頂標高為+3.0m，鋼板樁底口標高為-15.
0m，封底砼厚度80cm，封底碎石墊層厚度20cm，基坑開挖底標高-5.1.6m，基坑開挖最大深度7.
76m，設定兩道框架式內支撐，第一道內支撐設定標高為+1.9m，第二道內支撐設定標高為-1.4m。
鋼板樁及其內支撐平面布置見圖2
圖2 鋼板樁圍堰支撐平面布置圖
工況一：基坑內清淤至+1.3m標高位置，基坑深度1.5m，準備安裝第一道內支撐。
工況二：基坑清淤至-2.2m標高位置，基坑深度4.8m，準備安裝第二道內支撐。
工況三：第二道支撐安裝完後，基坑清淤至設計坑底-5.16m標高位置，基坑深度7.76m。
工況四：封底砼澆築完成，基坑深度6.76m，封底砼看做一道內支撐。
工況五：澆築完成第1次承臺砼，承臺與鋼板樁之間填砂，拆除第二道內支撐。
鋼板樁清淤到設計坑底標高-5.16m，基坑深度7.76m。鋼板樁入土深度計算如下：
按土壓力相等原理計算淤泥質土綜合內摩擦角：
φd=π/2-2arctan[tan(45°-φ/2)-2c/γh=10.5°
h：計算基坑深度，7.76m
c：粘聚力標準值，5.77kpa
φ：內摩擦角標準值，4.14°
γ：淤泥質土天然容重，15kn/m3。
主動土壓力係數計算：
ka=tan(45°-φd /2)=0.69
被動動土壓力係數計算：
kp=tan(45°+φd /2)=1.45
由下圖，mr的斜率：
kn=γ·（kp-ka）=15×（1.45-0.69）=11.4
主動土壓力：e1=mq=ka·γ·h=0.69×15×7.76=80.3kn/m
db板樁上的荷載gdbm一半傳至d點，另一半傳至被動土壓力mrb，
則：γ·（kp-ka）·x-ka·γ·
15×0.76 x-0.69×15×7.76 x -0.69×15×7.76×3.76=0
11.4 x2-80.3 x -302=0；解得 x=9.76m；
板樁總長度：l=7.76+9.76=17.52，實際取18m。相關設計標高及計算參考圖1。
圖1 設計標高及計算簡圖
69號墩鋼板樁圍堰按內腔尺寸大於承臺1.0m考慮，即圍堰內腔尺寸為26.6x15.
4m，則鋼板樁圍堰內周長= 21×2＋15.4×2=72.8m。
鋼板樁根數計算：角樁採用兩片鋼板樁90°幫接。
[（21-0.3×2）/0.4+2+（15.4-0.3×2）/0.4+2]×2=184片，
鋼板樁重量：184×18×76.1＝252t 。
鋼板樁圍堰不發生管湧的條件：滿足最大滲流力不大於土體浮容重，即：k·j·γw≤γb
k：抗管湧安全係數，取1.5；
j：最大滲流力，j=h/(h+2t)；
γw：地下水重度，取10kn/m3 ；
γb：土的浮容重，γb=γ-γw=5kn/m3；
h：基坑深度，7.76m；
t：鋼板樁入土深度，9.84m；
k·j·γw=1.5×7.76/(7.76+2×9.84)×10=4.2＜γb=5，故，不會發生管湧。
圍堰內抽水乾封時，進行基坑底抗隆起計算。取最不利工況三進行計算。
抗隆起安全係數：
k=(2γ·h·ka·tanφd +2π·c)÷(γ·h )+(2γ·h2·ka· tanφd +4h·c)÷(γ·h·h )
= (2×15×17.6×0.69×tan10.5°+2π×5.77)÷(15×17.6)
+(2×15×17.62×0.69×tan10.5°+4×17.6×5.77)÷(15×17.6×7.76 )
=1.19＞1.1
故，基坑不會隆起。
按垂直滲流力不超過封底砼自重計算封底厚度，
即：ks·j·γw·g≤γc·g·x
1.05×7.76/(7.76+2×9.84)×10=3.0
則封底最小厚度：x=3.0/γc=3.0÷24=0.125m。
按封底砼承受第一次承臺砼重量計算封底厚度：
承臺第一次2m厚鋼筋砼的重量由封底砼與樁基間的摩阻力承擔，封底砼自重不計，根據相關試驗資料及經驗，封底砼與樁基間的摩阻力可取300kpa。
第一次承臺鋼筋砼重量:g=26×20×14.4×2=14976kn
封底砼與樁基間的摩阻力：
f=12×（3.14×2×0.8×300）=18086kn＞g
故，封底砼厚度取0.8m滿足要求。
鋼板樁進場前必須檢查、整理，發現缺陷隨時處理，整理後在運輸和堆放時盡量不使其彎曲變形，避免碰撞，不得碰壞鎖口，正式使用前根據設計樁長進行焊接接長，並應逐根進行鎖口檢查。
樁打入前將樁尖處的凹槽底口封閉，避免泥土擠入，鎖口內塗黃油。
將施工區域控制點放樣標明，並經過複核無誤後加以有效保護。
利用樁基鋼護筒安裝第一道內支撐，兼做鋼板樁打設的定位導向框架，即第一道內支撐。
鋼板樁從岸堤側圍堰邊中心開始打設第一片鋼板樁，然後逐步向兩邊插打，在下游合龍，最初的
一、二塊鋼板樁的打設位置和方向精確定位，以起到樣板的作用。
每完成3 公尺測量校正一次，確保各鋼板樁在同一直線上。每根鋼板樁施打完畢後，與導向框焊接固定。
在整個鋼板樁圍堰施打過程中，開始時可插一根打一根，即將每一片鋼板樁打到設計位置，臨近角樁或合龍前剩下最後20片時，要先插後打，若與角樁連線錯位或合龍有誤，則採用倒鏈對拉調整，使之吻合，再逐根打到設計深度。
圖2鋼板樁平面布置圖
準備：吊車停在離打樁點約 4m 左右的地點，側向施工，便於測量人員觀察。掛上振動錘，公升高，理順油管及電纜。錘下降，開液壓口，夾住一根鋼板樁，鎖口抹上潤滑油，起錘。
自沉：將鋼板樁對準定位樁鎖口，錘下降，靠錘與樁自重壓樁至淤泥以下不能下沉為止。
振沉：開錘打樁下沉，控制打樁錘下降速度和鋼板樁垂直度，使鎖口順利咬合，提高止水能力。
慣沉：板樁至設計高度前40cm 時，停止振動，靠振動錘慣性打樁至設計高度。
將打設完成的鋼板樁與內支撐焊接牢固，完成單根鋼板樁振打施工。
圍堰採取邊清淤、邊抽水、邊安裝內支撐的施工方法，即在清淤到內支撐位置時，停止清淤，將水抽乾後，安裝該道內支撐，繼續向下清淤，逐次完成所有內支撐的安裝，並清淤到設計基坑底標高。
清淤時隨時測量坑底標高，達到設計底標高，及時停止清淤。
在清淤、抽水過程中，安排技術員對圍堰的變形進行全程觀測，變形觀測點設定在圍堰上口和內支撐位置，長邊設定三個點，短邊設定2個點，實測圍堰上口變形不大於10mm，內支撐位置變形不大於5mm。
清淤達到設計標高，圍堰內抽水（控制抽水速度，全程觀測），並觀測滲水速度，滲水量不大，採用抽完水後幹澆封底砼（如69號墩）。如果滲水量大，則採用水下混凝土進行封底施工，水下封底時。封底混凝土強度等級採用 c20，封底厚度為0.
8m，當採用水下封底時，考慮浮漿影響，增加0.2m封底厚度。
乾封混凝土澆築時，為防止混凝土離析，自由傾落高度不得超過2.0m，混凝土從汽車幫浦中直接輸送澆築時，混凝土出口到已澆築混凝土面的距離宜為50cm。
混凝土澆築方法採用整體分層連續澆築，不留施工縫，分層厚度為30cm。為了使混凝土不出現冷縫，要求前後兩層澆築混凝土間隔時間控制在2小時以內。
振搗時，採用插入式振搗器，垂直振搗，快插慢拔。快插防止表面混凝土與下面混凝土發生分層、離析，慢拔使混凝土填滿振動棒抽出時造成的空洞。插入試振搗器的移動間距為30cm～50cm，插點均勻布置。
幫浦送混凝土振搗時間為每個振點為10s。掌握振搗時間，防止過振漏振，視混凝土表面呈水平不再顯著下沉，表面泛出灰漿為準。
按設計引數，擬定滲水量大，制定水下混凝土封底施工預案：
料斗儲滿料後，開始首灌壓水，開管壓水用砍球法，砍球後開啟儲料倉閥門，同時將混凝土不斷幫浦送至儲料倉內。首次壓水導管埋深不小於0.7m，首灌砼在水下流動半徑按4.
5m考慮，首灌砼方量不少於22方。
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