钢板桩围堰在水中墩施工中的应用

摘要：钢板桩围堰具有强度高、防水性能好、容易打入坚硬土层等优点，可在深水中施工，因此，钢板桩围堰在水中墩施工中广泛应用。本文以某跨河大桥为例分析了钢板桩围堰施工技术要点。

关键词：钢板桩围堰；水中墩；施工技术

　　一、工程概况

某工程为跨越江特大桥，主桥桥式为（143+2+143）m加劲连续钢桁梁，梁长552m（含两侧梁端至边支座中心线各1.0m）。主墩177#桩基础为深水大直径群桩基础，直径Φ2.8m12根，承台尺寸为（26.85×16.80×6.00）m，墩身为门式结构，高34m；边墩178#群桩基础，直径Φ1.8m12根，承台尺寸为（19.5×13.0×4.0）m，墩高40m。围堰施工时，计划配置12m长钢板桩围堰8套来完成F169#～F1#、F194#共22个桥墩的承台及墩身施工，施工顺序自F194#墩向F169#墩由南向北推进。鉴于在海中插打钢板桩围堰没有太多的经验可借鉴，因此我项目部决定：先期从F194#、F1#～F169#区段开始设计施工，总结经验，为以后深水区施工奠定基础。

二、钢板桩围堰设计

根据施工的先后顺序，我们此次钢板桩围堰方案主要针对F169#～F1#、F194#墩承台直径为φ8.5m的围堰进行设计和检算。待施工积累一定的经验后再报一次F168#～F121#及F120#～F69#区段的钢板桩围堰施工方案和检算报告。

（一）围堰尺寸选择

1、围堰顶标高确定

H=10年-遇最高潮位+浪高+预留高度

H=4.6+0.40+0.1=+5.10m

2、单根钢板桩长度确定

L=堰顶标高-海床面标高+冲刷深度+嵌入深度

L=+5.10-(+0.5～+1.90)+3.00+3.00=10.60～9.20m

钢板桩长度L设计为12m

3、钢板桩围堰内直径确定

钢板桩围堰直径受承台直径和安装、拆卸承台模板时的作业面控制，因此在F194#、F1#～F169#区段内，通过计算及现场实际施工情况，确定用86根钢板桩。

Φ=承台直径+摸板厚度+内导向环（钢围囹）宽度+施工作业面宽度Φ=8.50+0.106×2+0.30×2+0.60×2=10.512m取围堰内直径Φ为10.595m（86根钢板桩）

（二）定位支撑导向环（钢围囹）材料确定

经过结构计算，钢板桩围堰导向环采用[25a槽钢做底部支撑，用Φ8钢筋与支撑焊牢卡住围囹，当围囹受到大于1.0t剪力时Φ8钢筋与[25a槽钢支撑受剪切破坏分与围囹开，则外力作用对桩基不会造成破坏。竖向设两道导向环即围囹，围囹间距3.0m，特殊情况下上下围囹之间间距可调整至2.20m。

三、钢板桩围堰施工技术

（一）钢板桩插打

1、钢板桩插打可以采用逐块插打到底的方式或着采用全围堰先合拢后，再逐块插打入底的方式。

2、从插打钢板桩时第一块时就必须确保平整，插好打稳几块之后，立即将导框与之固定，才能够继续插打。为了确保打桩质量，采用一台吊机来进行吊桩工作。在钢板桩起吊之后应当人为扶持插入前一块的锁口之中，动作保持缓慢，注意不得破坏锁口。在插入之后能够稍松吊绳，从而让桩以自身重力滑入；亦或者用锤重下压；在环境较为困难时，用滑车组强迫插桩也是可以的，但是要等插入一定深度并站立稳定后，才可以进行锤击。

3、为预防泥砂进入锁口内，对以后插打造成不利影响，应当用木栓塞住钢板桩打桩前进方向的锁口下端。

4、随时纠正歪斜，从而确保钢板桩插打正直，并能够顺利合拢。如果遇到歪斜过甚不能用拉挤办法整直的状况，必须拔起重打。在纠正亦是无效的状况下,可以特制楔形桩确保合拢。

5、在钢板桩组桩插打的情况下，可以采用油灰及旧棉絮填充组桩的嵌缝，以此来减少插打时的摩阻力，同时加强了防渗能力。

（二）围堰清基

钢板桩内土的清除工作用高压水射水进行清除，随着水位的下降，用泥土造浆，抽出泥浆达到挖基的目的。围堰内清基采用吸泥机吸泥。吸出的泥浆通过泥浆管排至船舶上的废浆池内。

钻孔桩施工完以后，先拆除钻机及木板平台，再安放好全部围檩支撑后，用抽水机把围堰内的水抽干，露出河床。然后在围堰中间设置两台泥浆泵用于吸泥清基。每台泥浆泵配备一台高压水，利用高压水产生的水压力将泥砂冲向泥浆泵，由泥浆泵吸出，排至船舶上的废浆池内。泥浆泵停放在第一道围檩支撑搭设的工作平台上。堰内的泥浆通过泥浆泵排至泥浆船上。在泥浆船上设置一台泥浆泵，其泥浆通过导管由泥浆泵打至废浆池内。

清基过程中，派专人负责围堰的变化情况。主要注意以下变化：

（1）、围堰的漏水情况。钢板桩漏水量较大时，派人及时下去用棉絮封堵；当开挖至坑底时，当围堰脚漏水时局部用砼进行封堵。

（2）、钢板桩的变形和移位情况。随着开挖深度的增加，钢板桩所受的水压力和主动土压力较大，当钢板桩有异常情况时，立即停止清基，并及时向围堰内注水，使内外水压力保持平衡。并且在两支撑之间或第三道支撑和坑底之间加密支撑，确保钢板桩的稳定。

（3）、坑底的涌砂情况，当坑底地质与设计不符，为粉砂、细砂时，在基坑内抽水时，可能会引起涌砂的危险。当出现涌砂时，应立即停止清基抽水，并向堰内注水，使内外水压保持平衡，然后采用水中挖基，水下浇注封底砼。

（4）、清基过程中，要备有足够大的潜水泵，以防钢板桩出现异常时，保证钢板桩的内外水压力平衡。

（三）安装内支撑

当围堰合拢后，抽水施工承台前还须进行内支撑的安装，以防水压力过大影响围堰内的施工安全。内支撑的设置，除了考虑受力外，还应考虑不妨碍堰内施工。内支撑自上而下设置，一边抽水，一边安装，根据水压力和上压力计算决定支撑数量。内支撑周边梁采用2I55型钢和2I45型钢及2I40型钢，八字斜撑及水平撑采用2I40型钢和2I36型钢，上下间净距约2.5米，支撑拟采用三道。围堰内排水用抽水机，抽水机排水量应大于围堰内渗水量的1.5－2.0倍（抽完后留1－2台备用）。在抽水时，如发现有明显的渗漏，可在渗漏的围堰外侧放锯末，随着水流由外向内流人，锯末流人钢板桩缝隙内，起到堵漏的作用，也可在围堰的内侧用刮刀将干海带或棉纱插进钢板桩的缝隙内。

（四）钢管桩围堰合拢

精确测量合拢口大小。到合拢口只有一根钢管桩时，测量人员到现场实际测量其上口宽度，水面上口宽度及中间宽度，发现上下口宽度均为0.97m，而实际锁扣钢管桩宽度1.117m，比实际现场大0.147m。

加工异型锁扣钢管桩。经测量人员精确测量锁扣大小，锁扣钢管桩宽度比现场实际宽度大0.147m，经QC小组讨论决定制作异性钢管桩，加工异型锁扣钢管桩直径为0.967m，具体加工方案如下：在锁扣25工字钢割除15cm，再将工字钢焊接在设计钢管桩上面，成而保证锁扣钢管桩宽度为0.967m。

锁口的切割、焊接要严格控制，防止变形,严格控制锁口[14、锁口钢管与面板的相对位置，防止加工误差太大造成安装及调节困难。考虑到侧板安装过程中锁口[14处缝隙可 能会变大，而造成砂浆流失。因此在侧板下插前，在 两槽钢的内侧用85I胶粘贴宽8～10 cm、厚4 mm 的橡胶板，也可在灌筑砂浆时将橡胶板固定在Φ50 mm钢管两侧，随同钢管一起下放。 

（五）灌注混凝土

导管的布置：围堰基坑长26.4米，宽4.8米。按每根导管控制的半径为5m计算，沿宽度方向布置3根导管，由于采用输送地泵，将设直大储料斗，每根导管配一个料斗，料斗的容量需满足首灌混凝土数量要求，首灌要求导管埋深不小于30cm，通过计算，首灌量根据计算不少于9m3，以确保封底成功。

混凝土浇筑：由于封底厚度较小，只有1.0-1.5m，因此采用全高度斜截面，从围堰的上游向下游推进浇筑。当导管埋深不足30cm时，应及时补灌。相邻的导管进行了首灌前，进行了深度测量，使导管口至河底距离不小于15cm，如果小于15cm，将导管提高。漏斗按照编好的顺序进行了开盘，浇筑时及时测量混凝土面的高度变化，根据断面图，对灌注的位置和方量及时调整。

封底混凝土高程控制：测点布置保证每根导管、灌注桩和围堰壁能准确测量动态标高。测锤采用钢板焊接成三角锥形，测绳在使用前在水中浸泡24小时，校核其长度。混凝土浇筑前，沿测点逐点测量初始深度，并在固定位置做出标记，测出平台高程，作为控制封底混凝土高程的依据。为了加强封底混凝土高程的控制，每30min对各测点进行监控测量，将各测点数值在相应的施工控制断面图中反映，以较全面掌握浇筑情况。

 （六）拔桩

水中墩施工结束后，可立即拔除钢板桩。拔桩前向围堰内灌水，自下而上拆除内支撑，先拆除下部支撑，将水灌进一层，再拆除上部支撑。拔桩时应开启振动锤，将桩侧土振松后浮吊以最慢的速度起钩；观察浮吊吃水情况，逐渐加快起拔速度。

参考文献

[1]刘跃武.拉森钢板桩围堰在海河春意桥水中墩施工中的应用[J].桥梁建设,2012年z1期.

[2]皇甫海军,粱雪莲.海河特大桥钢板桩围堰施工监测[J].公路, 2013年9期.