浅谈钢板桩围堰施工

摘要：钢板桩围堰因其强度高，穿透土层能力强，适用面广，施工周期短，回收周转率高，造价相对低廉，在深基坑开挖及水中基础施工中得到广泛应用。大城西黄河特大桥9#墩采用钢板桩围堰，顺利完成了后续承台及墩身施工，本文结合该工程详细论述了钢板桩围堰的一般施工工艺。

关键词：钢板桩围堰；施工；工艺

1  工程概况

大城西黄河特大桥位于内蒙古自治区包头市和鄂尔多斯市交界处，全长1520m，桥梁跨径组合5×50m+60m+10×100m+60m+3×50m，主桥6#～16#墩为10跨变截面连续箱梁。其中9#桥墩位于黄河南岸边，根据设计钻孔资料，地质成分主要为粉砂、细砂，地表平均标高为+997.000，施工期黄河水位为+995.820，地下水位+995.000。

9#墩共有桩基础10根，直径φ200cm，呈梅花形布置。承台呈八角形，平面尺寸18.8m×12.44m，承台顶面标高+992.630，底面标高+988.630。承台施工采用钢板桩围堰，围堰平面尺寸为21.6m×15.2m，钢板桩采用德国拉森IV型，长度12m。

2  设计思路

运用CAD软件对钢板桩进行预拼装模拟，确定钢板桩围堰平面尺寸为21.6m×15.2m，并计算出围堰长边钢板桩数量为53片，短边数量为37片，同时确定围堰转角桩位置及方向。9#钢板桩围堰平面图见图1。

图1  9#钢板桩围堰平面示意图

由于承台开挖深度超过8m，而实际钢板桩长度仅有12m。为保证围堰安全，避免因钢板桩入土深度不足而可能出现的钢板桩向内侧移、基坑底部隆起及管涌，经现场探明地下水位，确定围堰钢板桩顶标高为+996.300。由于该标高低于地表平均标高，因而施打钢板桩之前，需对围堰各边用挖机开挖以提供作业空间。在随后的围堰施工中，采用水下吸泥、水下混凝土封底，以水压平衡围堰外侧主动土压力。

围堰各层围囹及内支撑设计时，对钢板桩、围囹及内支撑进行强度、刚度、稳定性验算，同时确保围堰施工时不影响承台的相关施工。

3  施工准备

钢板桩运抵工地后，应整齐并分散堆放，避免集中堆压而出现过大变形，检查钢板桩桩身是否顺直，有无漏洞，对其分类编号后并作好相应记录。经测量拉森IV钢板桩平均长度为12m，两侧锁口中心距为40cm，平均高度为37cm。同时测量钢板桩锁口缝平均宽度为2cm，通过随后的钢板桩施打总结，该误差应控制在5mm以内。锁口缝过窄会导致钢板桩跟桩、倾斜、下沉困难等诸多问题，锁口缝过宽则钢板桩容易脱槽，导致围堰出现开裂。为保证质量对钢板桩进行锁口通过试验，即采用长度约为2.5m的同型号拉森IV钢板桩通过两侧钢板桩锁口，对不能通过的钢板桩予以校正或更换。

在9#桥墩地面测放围堰四个角点，挖机以该边线为中心开挖三条宽度为2.5m，深度为1.5m的沟槽，并预留围堰南侧长边供履带吊等设备进入围堰内。再次测放围堰各角点，并对围堰各边中点进行加密测放。

    为保证围堰平面尺寸及外观，9#钢板桩围堰在施打钢板桩前制作了简易导梁，根据现场测放点对导梁定位，为防止导梁移位，用型钢将其连接固定到该墩桩基护筒上。

检查钢板桩施工相关设备。根据类似围堰施工经验，9#墩钢板桩围堰采用DZ90震动锤施打，经检查，该震动锤夹板牙齿无明显磨损，试震后表明性能良好，满足要求。

4  钢板桩施打

50t履带吊由围堰南侧进入围堰内，采用DZ90震动锤对钢板桩进行施打。

施打第一片钢板桩时，在导梁上焊接限位框架，控制好板桩的平面位置，并用经纬仪加强监控，确保钢板桩竖直，下沉到达设计标高后即停止施打。

在施打过程中，应对钢板桩锁口涂刷一定量的黄油，这样做有两个目的：一是减少钢板桩锁口摩擦，二是减少钢板板桩锁口渗水。施打板桩时，应力求钢板桩尤其是围堰的角桩尽量竖直，发现倾斜应及时予以纠正。

钢板桩施打过程中应对测放点加强保护，为避免测点因震动而出现移位，应加强对围堰角点及加密点的复核。

因9#墩地质主要为粉细砂，且地层含有大量地下水，在该钢板桩围堰施工过程中频繁出现跟桩情况。现场采用将相邻板桩焊接为整体的方法，同时对钢板桩锁口加大黄油用量，实践表明该方法可以有效减轻钢板桩跟桩。

当事先经过开挖的围堰三边施打完毕后，履带吊退出围堰外施打围堰合拢边。

围堰即将合拢时，预留6～8片钢板桩的位置用以调整，施打时必须精确、严格控制板桩的平面位置和竖直度，发现偏位或倾斜应立即停止板桩施打，用手拉葫芦予以矫正或拔除后重新施打。

5  围堰开挖、吸泥

钢板桩围堰合拢后即可准备开挖。结合9#钢板桩围堰实际情况，采取先用挖机开挖，后水下吸泥的方法。

围堰开挖前，在围堰各边中心处做好观测点并记录好初始坐标。在随后的围堰开挖及吸泥过程中，测量人员密切监控观测点，并分析、记录监测点位移情况。

    挖机进入围堰开挖，当围堰开挖深度达到3m深度时，挖机停止开挖并退出围堰外，安装第一层围囹及内支撑。

第一层内支撑系统安装完毕后，采用高压水射水，吸泥泵开始吸泥。吸泥到相应深度后，及时安装围堰第二层、第三层围囹及内支撑，同时割除围堰内钢护筒。

当吸泥到第三层围囹标高后，在围堰底局部观测到轻微程度的管涌现象，项目部立即加大投入迅速安装第三层围囹及内支撑，随后对围堰内注入深水直至第一层支撑，确保围堰内的水头压力，防止管涌现象的加剧和蔓延。随后采用水下吸泥的方式直到围堰封底设计标高。

6  围囹、内支撑安装

9#钢板桩围堰设计为三层围囹及内支撑。

围堰第一层围囹设计中心标高+995.230，第二层设计中心标高+993.430，第三层设计中心标高+990.430。围囹及内支撑系统如图2所示。

图2  9#钢板桩围堰围囹、内支撑示意图

围囹采用双层I56，并用缀板将其固定为格构式梁体。为使围囹准确安放到设计标高，下放前根据围囹设计标高，在围堰各边每间隔4m焊接固定一个三角托架，托架采用I12型钢加工，安装时应保证三角托架顶面在同一水平面上。然后将陆上加工成型的围囹各边梁体依次吊放到位，下放时围囹尽量向外靠近钢板桩，局部和板桩缝隙过大、无法靠拢，则用木楔或型钢予以填充。

内支撑采用壁厚6mm的φ630钢管桩，与围囹呈45°夹角设置。为避免钢管桩端部应力集中而出现局部失稳，钢管桩端部与围囹间用δ=16mm厚的钢板隔开以扩散应力，并在接触部位沿钢管桩周圈焊接6～8块三角加劲板。

为避免围囹在受压情况下出现整体失稳，在主要支撑系统安装完成后，在围堰各边围囹上对称加焊一定数量的倒扣三角托架，托架采用[10型钢加工。

第三层内支撑因低于承台顶面2.2m，为了不影响承台施工，将内支撑φ630钢管桩改作2I56，角度不变，长度缩减为4m，预留出一定的承台施工空间。

7  围堰封底

围堰封底前，潜水员对整个围堰底部“扫床”，确保围堰底部已吸泥到设计深度，尤其是钢板桩槽口、护筒周侧等死角如发现有淤泥堆积，达不到设计深度，必须将淤泥予以清除。

9#钢板桩围堰采用水下混凝土封底，混凝土标号为C20，塌落度控制在18～22cm。封底混凝土设计底标高为+987.130，顶标高为+988.630，设计混凝土方量450m3。

因诸多因素的，该围堰并没有采用常规的集料斗+导管封底的施工方法，而是采用了天泵直接泵送，泵管直接伸入围堰底的方法。为确保混凝土不产生离析现象，施工中采用海绵球塞住泵管端部，并严格控制泵管端部距围堰底部悬空为10～15cm。当混凝土泵送压力过大，泵管将出现轻微跳动，此时应立即提升泵管，减小泵管埋置深度，但不应提离混凝土面，施工中控制泵管埋深约50cm即可保证顺利泵送。

由于围堰面积较大，为了确保封底混凝土的质量，使围堰板桩槽口及各角落均充盈混凝土，该围堰共设置了12个下料点。

浇筑混凝土时，用测绳及时测量下料点附近混凝土顶面标高，当距设计顶标高约15～20cm时即可停止该点混凝土浇筑，拔出泵管继续浇筑下一个下料点。浇筑混凝土由一边向另一边连续推进，确保不留接缝，一次性完成浇筑。

8  承台施工

待封底混凝土达到设计强度后，即对围堰进行抽水，抽水过程中密切关注围堰的变形情况。如发现围堰出现变形，应立即停止抽水，并向围堰内注水，然后分析原因，对围堰现有围囹及内支撑系统进行加固。

实践证明，9#钢板桩围堰封底效果十分理想，仅钢板桩底部锁口有轻微渗水。采用水泵对围堰不间断抽水，即可保证承台施工在无水条件下进行。

围堰封底混凝土总体较为平整，承台施工前用砂浆找平至设计承台底标高，随后按照承台一般施工工艺进行后续施工。

9  围堰拆除

承台及墩身施工完毕后，即对围堰围囹及内支撑进行拆除。拆除时按照从下至上的原则进行，每次拆除支撑前必须先将围堰内注水至所拆围囹高度。

围囹及内支撑系统全部拆除后，注水至略高于围堰外地下水位标高，然后用震动锤对钢板桩拔除。围堰北侧边钢板桩因紧靠黄河河道，采用水上浮吊对钢板桩进行拔除。

拔除钢板桩时，将震动锤夹住钢板桩后空震1-2min，使钢板桩周围土体在高频震动下“液化”，

然后开始缓慢提升震动锤，即可拔出钢板桩。

10  结语

大城西黄河特大桥9#墩钢板桩围堰经过精心设计，科学施工，在借鉴类似围堰工程经验的基础上，结合工程实际情况对以往的施工方法作出了相应调整和改进，并取得了巨大成功。这种有益的创新值得我们在今后的施工中继续探索。

参考文献

[1] 王娟娣.基础工程.浙江大学出版社，2008年1月第1版.

[2] 宋二祥.深基坑支护设计与计算分析.清华大学土木工程系.2007年6月.