•橋　梁 •
京滬高速鐵路濟南黃河大橋鋼板樁圍堰設計與施工技術景兆德 1, 2 (11中鐵一局集團有限公司 ,西安　 710054; 21北京交通大學 ,北京　 100044)
摘　要 :在黃河中下游橋梁基礎施工中 ,針對黃河特殊的水文地質條件 ,黃河主河道擋水支護圍堰和灘地承臺基坑開挖的擋土支護是橋梁基礎施工最重要的臨時結構 ,是基礎施工的關鍵。結合京滬高速鐵路濟南黃河大橋主橋基礎鋼板樁圍堰設計與施工 ,對黃河下游水中和淺灘橋梁基礎鋼板樁圍堰如何結合水文、地質條件合理進行方案比選 ,對鋼板樁圍堰的施工設計驗算以及對鋼板樁圍堰施工技術進行詳細敘述 ,對施工中采取的一些簡單有效的工藝措施做了說明。關鍵詞 :京滬高速鐵路 ;黃河大橋 ;鋼板樁圍堰 ;設計與施工

圖 1　濟南黃河大橋主橋布置 (單位 : cm )
　　　主橋橋址處河道河流平均流速 2107 m / s,黃河枯水期僅主河槽有水 ,設計施工洪水位 3015 m,河床高程枯水期為 + 24 m左右 ,汛期河床高程為 + 22～ + 17 m。
2　鋼板樁圍堰設計
211　設計思路
根據(jù)地質詳勘資料 ,黃河大橋主橋 3、4、5號墩地處黃河南岸河漫灘 ,地表以下 19 m范圍均為富含水的粉土和粉砂層 ,在其下厚約 2m范圍 (高程約 +9～ + 11 m )有一個硬塑狀黏土層 ,分布比較完整且均勻。主橋 1、2號墩位于黃河主河道 ,河床高程 + 17～24 m,表層覆蓋層主要是松散的粉砂 ,在 +9～ +11 m有一個
收稿日期 : 2009 -11 -02;修回日期 :2010-01-22作者簡介 :景兆德 ( 1978—),男 ,工程師 , 2000年畢業(yè)于北京交通大學土木工程專業(yè) ,工學學士。
厚約 2m硬塑狀黏土層。厚約 2m的硬塑狀黏土層在鋼護筒施打和鉆孔樁施工過程均得到了確認 ,取出的土樣為黏性非常大的硬塑狀黏土塊。
根據(jù)詳細的施工調查 ,確定了主橋 1、2、3、4號墩承臺施工采用鋼板樁圍堰方案 ,0、5號墩承臺由于開挖深度較淺 ,采用明挖法開挖基坑、過程防護。 212　方案比選 21211　方案一 (長鋼板樁方案 )
主橋基礎鋼板樁圍堰平面為矩形 ,其內口尺寸為 4615m ×2813m,鋼板樁單根長 24 m。水中 1、2號墩鋼板樁圍堰底口高程為 +710m,頂面高程為 +31m (承臺頂面高程 + 27 m,洪水位高程 + 3015m ) ,灘地 3、4號墩鋼板樁圍堰底口高程為 +615 m,頂面高程為 + 3015m。鋼板樁圍堰采用德國拉森 Ⅳ型鋼板樁 ,由單層鋼板樁和 3層由鋼管和型鋼組成的內撐梁組成 ,鋼板樁內支撐圈

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•橋　梁 •梁為 I56組合結構 ,內支撐為 <630 mm鋼管。岸上鋼板樁圍堰采用 50 t履帶吊配合液壓振動錘施工、水中鋼板樁圍堰采用水中平臺 40 t龍門吊機、 20 t浮吊配合液壓振動錘施工。岸上圍堰內開挖清淤采用長臂挖

掘機開挖和高壓射水吸泥法配合進行 ,水中圍堰內清淤采用高壓射水吸泥法�？紤]到鋼板樁下口深入到

+9～ +11 m硬塑狀黏土層以下 ,鋼板樁圍堰內在清淤完成后可以不進行水下封底 ,而是直接抽干圍堰內的水 ,再澆筑 20 cm厚混凝土墊層 ,然后割除鋼護筒、鑿除樁頭 ,進行承臺施工。

方案優(yōu)點 :鋼板樁圍堰不封底 ,降低了大面積封底混凝土施工的風險和施工投入 ,減少了圍堰清淤深度 ,節(jié)約了大量的封底混凝土。同時圍堰內開挖、清淤、混凝土墊層施工均在干處進行 ,提高了施工效率 ,加快了施工進度。
方案缺點 :鋼板樁長度增加了 6 m,增加了鋼板樁的投入。
21212　方案二 (短鋼板樁方案 )
采用長 18 m的鋼板樁 ,其他同方案一�？紤]到鋼

抽干圍堰內的水 ,割除鋼護筒、鑿除樁頭 ,進行承臺施工。
方案優(yōu)點 :鋼板樁減少了 6 m,降低了鋼板樁的投入。
方案缺點 :要進行水下混凝土封底 ,增加了圍堰內水中開挖和清淤的施工難度 ,降低了施工效率。大面積、大方量封底混凝土施工的難度和風險很高 ,大量的封底混凝土增加施工的不確定性和施工成本。
21213　方案選用
經(jīng)過反復的現(xiàn)場調查和方案比選 ,確定采用方案一。從施工技術和安全可靠性方面考慮 ,如果按照方案一施工不能抽干圍堰內的水 ,還可以按照方案二施工 ,不存在太大的風險。從經(jīng)濟角度考慮 ,方案一施工成本較方案二要低很多 ,成功實施就意味著大量的成本節(jié)約。

213　水中鋼板樁圍堰設計驗算
水中 1、2號墩鋼板樁圍堰平面為矩形 ,其內口尺寸為 4615m ×2813 m,鋼板樁單根長 24 m。鋼板樁圍堰底口高程為 +710m,頂面高程為 + 31 m。如圖 2、圖 3所示。鋼板樁施打完成后 ,安裝第 1層內支撐結構 ,然后抽水吸泥至第 2層內支撐以下 50 cm后安裝第 2層內支撐結構 ,繼續(xù)抽水吸泥至第 3層內支撐以下 50
cm后安裝第 3層內支撐結構 ,內支撐體系安裝完成后抽水吸泥至承臺底面以下 20 cm,澆筑混凝土墊層后進行承臺施工。
圖 2　鋼板樁圍堰立面 (單位 : cm )

圖 3　鋼板樁圍堰平面 (單位 : cm )

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圖 4　鋼板樁圍堰抗?jié)B流示意

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•橋　梁 •
和鋸末的混合物堵塞漏水。由于水的側壓力 ,會促使鋸末堵住漏水。
3111213　導向圍囹的安裝措施
為防止圍堰的變形 ,要求將導向工字鋼圍囹與鋼板樁之間的間隙全部用型鋼焊接支撐連接 ,圍堰的 4個角進行加強。
3111214　反向牛腿安裝
為防止鋼板樁受力過大后產生上拱 ,帶動圍囹朝上滑移 ,在導向工字鋼圍囹上側設置反向牛腿加以固定。
3111215　鋼板樁的合龍
鋼板樁圍堰在合龍時 ,兩側鎖口往往不盡平行 ,可在鋼板樁頂端使用千斤頂互頂或采用倒鏈向外側張拉調整至所需間距 ,然后施打合龍鋼板樁。實際施工中由于水流影響或其他原因 ,采用上述措施鋼板樁仍無法合龍時 ,可以制作異形鋼板樁進行合龍。

作用 ,方案和預想的非常吻合 ,實施很成功。而圍堰底面滲流的水可以斷定是圍堰外 2m硬塑狀黏土層以上透水粉砂層經(jīng)鋼板樁間縫隙滲入圍堰內。
每個圍堰內約有 4 500 m3粉砂土體 ,按照一個圍堰內 3～4臺吸泥機 ,6把高壓水槍 , 20個操作人員的配置 ,水中 1號墩累計經(jīng)過 11 d全部吸泥清淤至設計位置 ,2號墩累計經(jīng)過 9d全部吸泥清淤到設計位置 ,為承臺的順利實施奠定了堅實的基礎。

31115　圍堰基底墊層施工
鋼板樁圍堰內吸泥清淤至設計高程后 ,在圍堰 4個角埋設 4個鋼管積水井 ,利用汽車泵澆筑 20 cm厚混凝土墊層。

312　灘地鋼板樁圍堰施工
灘地 3、4號墩鋼板樁圍堰施工條件較水中好 ,采用 50 t履帶吊進行鋼板樁施打 ,施工過程和水中 1、2號墩類似。高壓射水吸泥還是在干處進行 ,沒有進行

黃河大橋主橋鋼板樁圍堰平面尺寸超大、圍堰很
深 ,在國內鋼板樁圍堰施工中罕見 ,設計施工中采取了
加長鋼板樁 入土深度 ,在每個內支撐端部增加八字形
撐架 ,豎向每層撐間增加空間桁架 ,每層內支撐與鋼板
樁間設上下限位牛腿等許多有力措施 ,整體穩(wěn)定性得
到了保障。方案合理利用粉砂層中 2m厚硬塑性黏土
不透水夾層 ,將鋼板樁深入夾層以下 ,在工藝上取消了
水下吸泥清淤和水下混凝土封底 ,消除了水下封底施
工的難度和風險 ,減小了施工中的不確定性 ,降低了施
工成本 ,節(jié)約了施工工期。
京滬高速鐵路濟南黃河大橋主體工程已基本完
成 ,工程實踐證明 ,在黃河下游和類似地質地區(qū)水中橋
梁基礎施工中 ,采用不進行水下混凝土封底的鋼板樁
圍堰 ,施工方便快捷、安全可靠并節(jié)約成本 ,取得了很
好的社會效益和經(jīng)濟效益 ,也為類似工程的基礎施工
提供了寶貴經(jīng)驗。

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鐵道標準設計　RA ILWA Y　STANDARD　D ES IGN　2010 (4)