番禺大桥钢板桩围堰的技术特点

第2期(总第117期)华东公路No.2(Total　No.117) 1999年4月20日EAST CHINA HIGHWAY April　1999
3　收稿日期:1998212201
番禺大桥钢板桩围堰的技术特点●
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【摘要】　介绍广东省番禺大桥水中主墩巨型围堰的施工全过程,着重阐述了用拉森 型钢板桩构筑5410m×1916 m矩形围堰的施工工艺及方法。

关键词　钢板桩　围堰　干封　水封
1　引言
番禺大桥是跨越珠江,连接广州市的又一座特大桥,位于洛溪大桥下游约215km处。

它北接广州未来中心的南北向主干线——华南大道,南与番禺市的迎宾大道相连,经虎门大桥至深圳,是勾通珠江三角洲各地的交通枢纽,同时也是内地与港澳来往的重要通道。

该工程总长4875m,其中桥长占3467m,主桥为双塔双索面预应力混凝土斜张桥,主跨380m。

由于其桥面宽度为3717m,故基础和承台的宽度也都很宽。

该桥水中主墩——82#墩采用18根5310m钻孔灌注桩作基础,施工时曾用拉森 型钢板桩构筑了一个5410m×1916m的矩形围堰,其面积之大足可容纳普通大桥两个桥墩的基础,可算是巨型围堰,因而施工难度也随之增大,现仅就其主要技术特点作一简述。

2　用桩基平台代替围囹结构
通常在水中基础的钢板桩围堰施工中,一般都用“围囹”来作为钢板桩的导向和支承结构。

82#墩如若采用“围囹”方案,不仅其结构庞大复杂,而且还需用大量锚碇设备和工程船舶(如围囹拼装船、导向船、定位船、拖轮、吊船等),很不经济。

该墩靠近岸边(其中心至河南岸河堤约100m),施工水深一般只有6m～7m,最深时约10m,覆盖层厚度一般6m～8 m,且土质为淤泥、砂粘土之类——这对于打入桩施工是很方便
的,因此改用钢桩
平台代替了“围
囹”。

钢桩系由2—
[20(或2—[22)组
成的箱形合槽,长
度约1510m。

入土
深度5m～6m。

为
提高其单位桩承载
力,特在距桩尖约
5m处的桩身上,
加焊了用槽钢构成
的水平横担,以增
大桩身在土中的承
载面积。

钢桩间距
一般为210m(5
310m钻孔桩的范
围内约410m),钢
桩之间用型钢焊联
成整体,使之形成
一个桩基平台,其
顶面为钻孔桩施工
平台,四周则设置
了2层由I36组成
的上、下内导环。

实
践证明,这一方案
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・
在特定条件下是经济合理的。

3　取消外导环　增设新型导向结构
以往的钢板桩围堰在插钢板桩时大都采用内、外导环加导向木的方式来导向,但效果并不理想——随着钢板桩插入数量的增多,外导环变形、松垮的情况也就越来越严重,有时甚至还会妨碍插钢板桩,根本起不了什么导向作用。

82#墩围堰规模巨大,钢板桩总数达372块(周长14712m ),每块长度约1615m ,如若仍
沿用老办法,不但钢板桩难插,而且由于周长大,累积误差大,钢板桩也很难准确合拢,最后势必要采用异形钢板桩等措施来弥补。

针对
这一情况,我们将外导环取消,并增设了导向轨、导向卡等新型导向结构。

导向轨用I 30做成,按一定距离垂直焊在上、
下内导环上。

导向卡则由角钢和钢板组焊而成,先预制成凹形卡块然后焊在与导向轨相应位置的钢板桩凹槽内如图1。

导向轨和导向卡的作用,不仅在于插打钢板桩时能准确地导向,而且还由于其精确的定位,消除了累计误差,使钢板桩能顺利合拢;此外它还使钢板桩与上、下内导环扣接在一起,增强了抗风浪能力。

它们的位置皆根据钢板桩尺寸以及予计的打入深度计算确定。

图1　导向结构平面布置
这种导向结构的使用效果很好,整个施工过程都很顺利。

4　打破常规的合拢方向
通常在一般河流中插钢板桩的顺序是从上游插起,经两旁至下游合拢;而在潮汐河段,则是从上、下游分别插起,经两旁至中间合拢。

但82#墩不仅位于珠江水系的潮汐河段,而且在
靠主河槽一侧还常有高速双体客轮通过,侧向波浪十分汹涌,如按常规顺序来插钢板桩,则在合拢时很可能会出现“鼓胀”现象,使钢板桩难以合拢。

为此我们改在靠岸一侧(南侧)合拢,从而避免了“鼓胀”现象。

5　抽水封底首获成功
封底混凝土是钢板围堰的一个重要组成部分,当围堰内进行抽水施工时,它不仅起封底阻水作用,而且还是钢板桩的下部支承结构,因此它的质量好坏便直接关系到围堰的安全,一旦出问题后果不堪设想。

按照常规,封底混凝土都是用水下混凝土灌注——这似乎已是天经地义的事。

然而我们根据82#墩的具体情况,采用的则是先将围堰内的水抽干,然后再灌注混凝土的特殊方法(简称“干封”)。

511　分析了“干封”的可能性
(1)82#墩灌注封底混凝土的时间是在冬
季——枯水期,此时的平均高潮水位约为+115m ,平均低潮水位约为-012m ,对抽水施工极
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为有利。

(2)原设计的封底混凝土顶面标高为-012 m,底面标高为-415m,底面与河床面之间约有110m～310m厚的回填土。

如果我们能选到合适的回填料,使围堰内土的透水性降低,并适当地提高回填料的顶面标高(亦即提高了封底混凝土的底面标高,减少了封底厚度),使围堰内的水深相应减小,则在围堰内抽水“干封”的可能性是很大的。

(3)由于灌注水下混凝土必须满足导管埋置深度、混凝土流动梯度等技术要求,封底混凝土的厚度不能太薄,但若改为“干封”则其厚度可减到110m左右,封底混凝土的底面标高就可提高到-310m左右,抽水难度大大减少,从而进一步增大了“干封”的可能性。

(4)根据我公司以往的施工经验,选用石粉作为回填料是合适的。

石粉是采石场加工混凝土骨料——碎石时筛分的剩余物质,其级配优于河砂,回填后能获得比河砂更大的密实度。

同时,它还有一个比粘土更优越的特性——在水中回填后自然密实度大。

虽然粘土本身的透水性小,但回填后若不经碾压,其颗粒不易破碎,空隙较大,而石粉回填在水中不经碾压便能自然密实。

此外,石粉中往往含有10%左右的粘土粉未,这对石粉的板结,降低透水性也是有利的。

实践证明,选用石粉作回填料确实优于河砂和粘土。

512　“干封”的技术措施
(1)由于回填石粉后的实际孔隙比很难测得,渗透系数也就很难算准。

为慎重起见,在石粉填到标高-315m时,即填到距封底混凝土顶面设计标高约115m时,作了一次抽水试验。

试验结果表明,只要有足够的抽水能力,完全有把握将围堰内水位降到-315m,这就从实践上为“干封”提供了有力的依据。

(2)做好了“干封”和“水封”的两手准备。

在上述抽水试验时,特意将回填石粉的顶面标高定在-315m。

这样,即使水抽不干,封底厚度仍有115m,尚可“水封”。

(3)为了保证在抽水“干封”情况下钢板桩围堰的安全,使之不被水压力向内挤垮,我们一方面认真检算了围堰内土层(包括回填石粉在内)被动土压力抵抗水压力的能力,另一方面在钢板桩与上、下内导环之间加焊废旧小型钢,使之联成整体,经检算这样即使把钢板桩下端当作悬臂梁看待,也不致被不挤垮。

因而起到了双保险作用。

(4)在回填石粉时,因水位稍高,钢板桩与下层内导环之间尚未用废旧小型钢焊联,钢板桩与上层内导环之间的联接只能看作是铰接,为防止钢板桩向外挤出,采用在围堰外抛投砂袋的方法进行了防护。

(5)为便于抽水,围堰内设置了若干个汇水井。

此外,还设置了若干条边沟,将基坑表面积水引入汇水井。

(6)在抽水试验成功后,为使“干封”的条件更可靠,我们将回填石粉的顶面标高又提高了015m～110m,这样不仅节约了大量混凝土,而且保证了围堰内的水位能较长时间地低于封底混凝土底面。

取得了好的效果。

6　结语
由于在各个施工环节都作了周密安排,经过大家的共同努力,“干封”终于在特定条件下首获成功。

82#墩建成至今已2年有余,作为临时结构的钢板桩围堰也早已完成了历史使命,但那些颇具特色的施工方法,尤其是抽水“干封”的新创举,则为建桥事业提供了新的经验。

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