某大桥14#墩承台施工及验算分析

杨 朋 刘科强 王海峰 李 星 罗明浩 李建新

（1 广州航海学院 土木与工程管理学院；2 佛山市建盈发展有限公司）

0 引言

某大桥起讫桩号K0+000-K1+293，包括大桥1 座，其14#墩承台为1 个整体式承台，基础是由8 根直径φ2.5m 的桩基构成，承台设计砼方量为1049.34m3，钢筋设计量为61.7t，其中HRB400φ32 钢筋为45.65t，HRB400φ16 钢筋为16.05t。14#过渡墩位于水道旁，地面标高为1m，向下10m 地质一般为粉砂层与强风化砂岩层。在收到承台设计文件和技术资料后[1-7]，本项目部组织有关技术人员全面熟悉并核对，充分了解设计意图；检查图纸与其各组成部分之间有无矛盾和错误，核对地形地貌、工程地质和水文地质资料，技术要求是否正确；发现问题及时与设计单位联系，同时做好详细的设计文件复核记录，包括设计图纸的疑问和有关建议。在设计技术交底会上，认真听取设计单位对承台的设计依据、意图和功能要求说明，及本工程将采取的特殊结构、新材料、新工艺和新技术。根据对设计图纸的研究和对设计意图的理解，提出对设计图纸的疑问、建议和变更。最后在统一认识的基础上，对所探讨的问题逐一作好记录，形成“设计技术交底会议纪要”，作为指导施工的依据。用“设计技术交底会议纪要”内容，进行逐级层层交底，使参加本工程的全体技术人员正确理解设计意图和相互技术要求。为了确保工程的施工进度和安全，对大桥14#墩承台施工方案进行了比选及验算分析。

1 施工方案的比选

1.1 钢板桩围堰施工方案

根据设计文件，14#墩承台尺寸为22.75×10.25×4.5m，采用15m 长钢板桩围堰施工，对岩层区域打入到岩层。围堰横桥向宽24.75m，顺桥向宽度12.25m。

1.2 15m 长钢板桩围堰+抗滑桩施工方案

钢板桩围堰采用15m 长的拉森IV 钢板桩施工，围囹设置一层，标高为+1.0m，围囹采用双拼H700×300的型钢，内撑采用φ720×13mm 的钢管，待钢板桩插打完成闭合后，在大里程侧插打一排抗滑桩，用精轧螺纹连接至钢板桩上，然后进行钻孔桩施工。桩基施工完成后，开挖基坑、清淤凿除桩头，然后进行封底混凝土施工，待封底混凝土施工完成达到设计强度的70%后，拆除精轧螺纹和抗滑桩，然后进行承台施工。抗滑桩平面布置图见图1 所示。

图1 抗滑桩平面布置图

1.3 15m 长钢板桩围堰+支撑桩施工方案

钢板桩围堰采用15m 长的拉森IV 钢板桩施工，围囹设置两层，顶层围囹标高为+1.0m，底层围囹标高为-3.8m。双层围囹都采用双拼H700×300 的型钢，内撑采用φ720×13mm 的钢管，待钢板桩插打完成闭合后，先安装顶层围囹，低水位期在整平标高-2.5m 范围插打4根支撑桩（河道侧与河岸侧各2 根），然后进行钻孔桩施工。桩基施工完成后开挖基坑，当基坑挖到-4.5m 时，安装底层围囹，然后清淤凿除桩头，进行封底混凝土施工，待封底混凝土施工完成后，拆除底层围囹，进行承台施工。钢板桩围堰立面图见图2。

图2 钢板桩围堰立面图

1.4 两种方案的比选

两种方案的原理基本相同，两种方案均是在钢板桩插打完成闭合后进行桩基施工，桩基施工后进行基坑开挖，最后进行封底及承台施工。选用15m 长的钢板桩+抗滑桩施工，只在基坑顶放置一道围囹及内撑，但是需要插打抗滑桩并且用精轧螺纹连接，且对抗滑桩的深度有要求，因现场地质问题，抗滑桩插打非常困难，很难达到入土要求；选用15m 长的钢板桩+支撑桩，需要设置两道围囹及内撑，不需要插打抗滑桩，仅在围堰四角处插打四根支撑桩即可，采用双层围囹增加了钢板桩的稳定性，提高了施工的安全系数。综合考虑，采用15m 长钢板桩围堰+支撑桩的施工方案进行施工。

2 施工工艺

2.1 施工工序

承台处于陈村水道水中与堤岸之间，承台尺寸为22.75×10.25×4.5m。为保证河道通航，设计承台顶面位于河床底部，承台顶面高程为+0.2m，过渡墩14 号承台采用15m 钢板桩围堰法施工，首先横桥向按阶梯型整平原地面，顺桥向无坡度；低水位期插打4 根支撑桩（河道侧与河岸侧各2 根），在支撑桩顶拼装顶层内支撑，并利用顶层内支撑作为钢板桩导向插打钢板桩围堰；顶层内支撑与钢板桩焊接，割除地面以上钢板桩，根据实际水位，填土至标高+1.0～+2.0m，其中桩顶标高+1.5m区域填土至+2.0m，并铺设钢板用于施工机械通行；在围堰上游与河岸侧转角附近抛填碎石土蛇皮袋，防冲刷，然后插打钢护筒，进行桩基施工。桩基施工完成后，围堰清基至标高-0.8m，利用顶层内撑悬吊底层内撑，桩顶标高+1.5m 范围钢板桩与顶层内支撑间焊接进行破除，并恢复该区域钢板桩桩顶标高至+2.0m，然后再与该区域钢板桩重新焊接。底层内支撑随清基逐步下放至设计标高-3.8m，围堰内整平，且钻孔桩桩身采用高压水枪清洗后进行水下封底混凝土施工；封底混凝土达到设计强度后围堰内抽水；拆除底层内支撑，割除钢护筒，凿桩头，然后进行承台施工。

2.2 钢板桩围堰施工

14# 钢板桩设置双层围囹，底层围囹采用双拼H700×300 型钢，内撑采用Φ720×12mm 钢管，顶层围囹采用双拼H700×300 型钢，内撑采用Φ720×12mm钢管。钢板桩运到工地后，应进行检查、分类、编号及登记，在指定位置摆放整齐；钢板桩运到工地后，需进行整理。清除锁口内杂物(如电焊瘤渣、废填充物等)，对缺陷部位加以整修；为确保每片钢板桩的两侧锁口平行，使钢板桩的宽度都在同一宽度规格内，应对钢板桩的宽度全面检查，对每片钢板桩分为上中下三部分用钢尺测量其宽度，使每片桩的宽度在同一尺寸内，每片相邻数差值以小于1cm 为宜；对肉眼看到的局部变形可进行加密测量；对于超出偏差的钢板桩应尽量不用。钢板桩的其它检查：对桩身残缺、残迹、不整洁、锈皮、卷曲等均进行全面检查，并采取相应措施，确保正常使用；锁口润滑及防渗措施：对检查合格的钢板桩，为保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔，并增加钢板桩在使用时防渗性能。每片钢板桩锁口都须均匀涂抹黄油和锯末混合物，起到润滑和止水效果。

2.3 封底施工

14#墩钢板桩围堰封底前需进行清淤，14#墩钢板桩围堰封底用C20 混凝土，厚度2m，封底混凝土方量为466.4m3；在封底混凝土浇筑时，为方便施工和保证操作安全，利用贝雷梁在围囹和钢护筒上搭设封底操作平台；在封底过程中，必须保证内外水头一致，可在钢板桩上设置阀门作为连通管；水下混凝土浇筑施工采用分区分块进行，每次浇筑完一个区，再将导管漏斗等转移到下一个区进行浇筑，为此，在每一个区开始浇筑时，该区的所有导管必须布置到位；根据混凝土的技术性能要求，必须选用高质量的原材料及外加剂，以达到优良的混凝土配合比。为保证混凝土质量，所有材料在进场前严格根据质量方针和质量目标的要求，首先从原材料的控制，保证所有同工程质量有关的物资能满足规定的要求，钢筋、水泥等进场材料必须试验合格，然后报监理验收，通过后方可使用，不合格的材料坚决不能进场和使用。

3 14#边墩围堰计算

3.1 主要工况

通过对14#边墩钢板桩围堰施工顺序分析后可知，其受力可划分为以下几个主要工况：

工况一：桩基施工时，靠近河道侧钢板桩下端埋入土中，上端由顶层内支撑将围堰连接成整体。此时，钢板桩主要承受主动土压力及施工荷载产生的附加竖向压力，由于高水位情况下主动土压力小于低水位，故此阶段低水位控制。工况二：桩基施工完成后，移走钻机，基坑内、外同步开挖至露出原状土层，随后继续吸泥开挖基坑内土体至高程-6.1m（封底混凝土底位置）。其中，基坑开挖过程中无内、外水头差，下层内支撑随基坑开挖逐步下放直至高程-3.8m（封底混凝土顶以上0.5m位置）后停止下放。此时，钢板桩主要承受主动土压力。工况三：浇筑封底混凝土，基坑内抽水，施工承台。此时，钢板桩主要承受水压力和主动土压力，围堰内、外水头高差5.8m。

3.2 主、被动土压力及初始土压力计算

根据相关软件的计算，主、被动土压力及初始土压力计算结果见表1，通过验算14#边墩围堰计算符合要求。

表1 主、被动土压力及初始土压力计算结果

4 结论

对大桥14#墩承台施工方案进行优选及受力验算，保证了本工程施工的进度和安全。在实际施工时，还应采取措施加强深基坑的安全监测，对基坑周围的环境进行及时、有效的保护等工作。