特大桥主墩承台无底钢板桩围堰施工关键技术

吴玉贤

(保利长大工程有限公司，广东 广州 528400)

1 工程概况

中山东环高速公路工程位于中山市，线路全长54 km，大致呈南北走向。其控制性工程香山大桥跨越横门水道，为主跨880 m的双塔双索面上下双层8车道钢桁梁斜拉桥，桥型为倒Y型，主桥长度为136+312+880+312+136=1 776 m。香山大桥民众侧主墩承台位于横门水道内侧，承台区域河床面标高+2.0 m，常水位标高+0.52 m，平均高潮位+1.35 m，平均低潮位-0.27 m。

民众侧主墩承台为哑铃型多边形承台，下设50根φ3.3～φ3.0 m变截面桩基。承台外形尺寸为107.9 m×36.8 m(型宽×型长)，承台厚7.0 m，混凝土标号C40，方量多达2.3万m。承台顶面标高为+1.2 m，底面标高为-5.8 m。承台下设2.5 m厚封底混凝土，混凝土标号C25。承台立面和平面布置图如图1所示。

该承台采用无底钢板桩围堰方案施工，主要面临以下困难：(1)围堰内开挖深度达10.3 m，开挖面积达4 000 m，开挖方量约4万m。超大规模深基坑的开挖施工工序繁杂，安全风险高；(2)承台采用“分层开挖、分层浇筑”工艺施工，内撑和围檩设计复杂，加工制作与安装精度要求高；(3)，承台与系梁分开施工，过程中体系转换工艺复杂，钢板桩围堰止水难度大；(4)承台分两层浇筑成型，单次最大浇筑方量5 280 m，大体积混凝土的温控难度大。

2 总体施工工艺

民众侧主墩承台采用钢板桩围堰工艺施工，钢板桩长度24 m，拉森IV型。承台与系梁分开施工，即：先施工承台，经体系转换后再施工系梁。施工区域划分为左幅围堰区域、右幅围堰区域和系梁围堰区域。左右幅承台围堰区域相互独立，互不干扰；承台施工完成后，利用钢板桩围堰与承台侧面的挡墙形成无水作业环境，用于系梁施工。

钢板桩围堰开挖深度10.3 m，采用“逐层开挖、逐步下放并安装内撑系统”工艺施工；采用干、湿封底结合工艺浇筑封底混凝土，即：第一次浇筑2.2 m厚水下封底混凝土，等强后抽水，然后浇筑30 cm干封底混凝土进行找平；分两层浇筑承台、系梁混凝土，分层厚度3.2 m+3.8 m。

3 施工工艺流程

施工工艺流程见图2。

图1 主墩哑铃型承台立面和平面布置图

图2 施工工艺流程

4 施工关键技术

4.1 钢板桩围堰系统的设计与施工

(1)钢板桩围堰系统的设计

承台围堰平面尺寸为41.5 m×40.5 m系梁围檩平面尺寸为34.3 m×19 m。围堰至承台边的施工作业空间约2 m。承台围堰采用拉森IV钢板桩，单根长度24 m。钢板桩顶面标高+4.0 m，底标高-20.0 m。钢板桩围堰纵向共设置2道内撑系统。

其中，第一道内撑系统中线标高+2.0m，围檩采用3HM588型钢，内撑采用φ820×10 mm钢管，材质Q235B。为防止内撑与主塔预埋钢筋冲突，第一道内撑以斜撑为主。

第二道内撑系统中线标高-2.0 m，围檩采用3HN700型钢，内撑采用φ1 000×12 mm钢管，钢材材质Q355B。因第二道内撑在河床面以下4 m位置，采用“井”字撑与斜撑相结合的结构形式。第二道内撑外边缘距离钢板桩内侧净距5 cm，以便顺利下放。

(2)围堰系统的施工

首先抄平桩基钢护筒，安装内撑系统下放吊架。安装下层内撑系统至临时设计标高，并与下放吊架连接。然后直接安装上层内撑系统至设计标高。内撑系统安装完成后，插打钢板桩。从上游侧中间开始向两侧插打，至下游侧中间点合龙。

钢板桩插打前在锁口处涂抹专用油脂，减少插打阻力，并能增加防渗功能。采用震动打桩机沿钢板桩定位线插打钢板桩。每插打五根钢板桩复测其垂直度，如偏差过大及时纠正，确保将垂直度控制在1%以内。合龙钢板桩采用异形钢板桩，异形钢板桩宽度根据实测数据确定。

为了使封底前围堰内外水压力一致，在每个围堰上四周设置4个联通水管，连通管采用φ325钢管。水管标高同常水位标高，并在围堰内侧设置水阀。

钢板桩插打完毕后将第一层内撑系统与钢板桩连接，形成一个整体。第二层内撑系统随着基坑开挖而逐步下放，每次下放深度0.5 m，直至下放至设计位置为止。

4.2 超大规模深基坑分层开挖与防护

为便于开挖，在钢护筒顶部搭设开挖作业平台。主要采用长臂挖掘机进行基坑开挖，从基坑中间开始，向四周扩展。内撑下、钢护筒及钢板桩围堰附近采用小型挖掘机进行开挖，机械难以开挖到位的边角部位采用人工清理。在开挖过程中保证开挖面土体高差不大于1.0 m。

基坑开挖至-3.0 m时，逐步下放第二层内撑系统至设计标高-2.0 m位置。派遣潜水员将围堰与内撑系统之间空隙用钢板塞垫密实，确保第二层内撑系统与钢板桩牢固连接后方可继续进行基坑开挖施工。开挖过程中应实时掌握钢板桩桩顶偏位、深层位移、变形等数据，发现异常及时处理。

4.3 水下封底施工

水下封底的成功与否是整个主墩承台施工成败的关键所在。水下封底施工面临浇筑方量大、浇筑范围广、浇筑时间长，水下封底质量难保障等困难，主要从以下几方面着手确保封底质量：

(1)准备工作

①封底施工前派遣潜水员满铺土工格栅，土工格栅设置横、纵两层，并固定在钢护筒上，防止上浮；

②清理钢护筒周围以及钢板桩围堰四周封底混凝土范围内的附着物，确保封底混凝土与钢护筒及钢板桩围堰的粘结质量。

③开展封底混凝土流动性能相关试验，根据试验结果合理布置封底浇筑点。单侧承台布置60个浇筑点，系梁区布置20个浇筑点。

④另外，浇筑点对应位置底部铺设4 mm薄钢板，以免封底混凝土陷入围堰底部淤泥中，影响封底质量。

(2)水下封底混凝土施工

采用拔球法浇筑封底混凝土。总封底总体顺序为从承台最外侧开始向桥轴线方向逐步推进。即：先利用料斗浇筑最外侧一排浇筑点，至设计标高或混凝土不再下落后，再转移料斗至第二排浇筑点，依次循环直至封底施工完毕。浇筑时应控制导管口距离基坑底20 cm，且应保证首批混凝土埋管深度不小于60 cm。

封底混凝土顶面标高控制标准：0～+10 cm。封底混凝土浇注过程中，应对混凝土面进行“勤测、勤量”。封底施工结束前，全面量测封底混凝土顶面高程，重点量测导管作用半径相交处、钢护筒周围、钢板桩周围。根据量测结果对高程不足处的附近导管进行补浇筑，确保封底顶面平整、厚度均匀。

4.4 干封底施工

水下封底混凝土达到设计强度后，低潮位时关闭联通水管，进行围堰内抽水施工。过程中如发现漏水应及时堵漏。堵漏采用快速堵漏剂封堵锁口位置或在钢板桩围堰渗漏外侧散装细颗粒堵漏物。内侧用板条、棉絮、麻绒等嵌塞。抽水完成后割除多余桩基钢护筒，然后采用汽车泵浇筑30 cm干封底混凝土进行找平。

4.5 承台、系梁围堰体系转换

每层承台混凝土浇筑完成后回填之前，安装挡墙钢筋，浇筑挡墙混凝土。左右幅承台全部施工完毕并回填后，插打系梁区钢板桩围堰，采用类似工艺安装系梁区内撑系统。拆除影响系梁施工的部分钢板桩围堰，此时挡墙、系梁区钢板桩与挡墙之间的承台混凝土三者形成新的围堰系统。分层开挖系梁区基坑，并逐步下放第二层内撑系统至设计标高。基坑开挖到位后采取相同工艺浇筑封底混凝土、分层浇筑系梁区混凝土。

4.6 施工过程中的监控量测

综合考虑本工程的地质条件、水文条件、围堰结构形式、周围环境、施工工艺及工序等因素，施工过程中对钢板桩围堰顶部水平位移、竖向位移、深层水平位移、围堰周边土体地下水位、河提位移与沉降等数据进行实时监控量测，确保承台施工安全顺利进行。

5 结 语

通过钢板桩围堰系统的设计与施工、超大规模深基坑分层开挖与防护、水下封底与干封底施工、承台系梁围堰体系转换等主墩承台无底钢板桩围堰施工关键技术的研究与应用，项目较好的克服了香山大桥民众侧主墩承台施工中面临的种种困难。主墩承台于2021年11月1日开始进行围堰施工，至2022年4月30日承台系梁全部施工完成，前后历时180 d，圆满完成民众侧主墩承台施工任务。