中铁二十五局集团有限公司 广东 广州 510600
摘要：以广珠铁路白坭河特大桥40#水中墩施工过程为背景，介绍了钢板桩围堰在铁路桥梁深水墩台施工中的运用，阐述了深水环境下进行钢板桩围堰施工的施工工艺及技术要领，并对施工过程发生的问题提出了具体解决办法。
关键词：深水 基础 钢板桩 围堰
Construction technology of deep water pier steel sheet pile cofferdam
Kang Yi
(China Railway 25 Bureau Group Co. Ltd. Guangdong Guangzhou 510600)
Abstract Based on the construction process of 40# pier in the White River Bridge of Guangzhou Zhuhai railway, The application of steel sheet pile cofferdam in the construction of deep water abutment of railway bridge is introduced. The construction technology and technical essentials of steel sheet pile cofferdam construction in deep water environment are expounded. Specific solutions to the problems in the construction process are also proposed.
Key words deep water; foundation; steel sheet pile; cofferdam
1工程概况
新建广州至珠海铁路复工工程1标白坭河特大桥为铁路双线桥，桥全长5696.715 m,共157墩2台158跨；主桥39＃～42＃墩位于白坭河海心洲河段，采用(71.5＋145＋70) m连续梁拱跨越白坭河主航道，主桥长286.5 m，40#～41#为深水墩，两墩承台尺寸均为(19.9×15×5) m，承台均采用钢板桩围堰施工。设计水位H1％＝5.04 m，Q1%＝2300 m3/s，V1％＝1.412 m/s，施工水位H20％约为3.194 m，其中40#墩河床表层为3.7 m细砂，二层为11 m厚的中砂层，三层为5.3 m厚的细圆砾土层，四层为4.6 m厚的粉质粘土层, 五层为弱风化灰岩。40#墩承台底设计标高为-12.243 m,埋入河床中砂层中。
2 施工方案及方法
2.1总体施工方案
根据现场实际情况及类似桥梁水中墩施工经验，结合当地水文资料及通航要求，选择非汛期进行施工。钢板桩围堰施工前，搭设钢管桩作业平台进行桩基础施工，完成后拆除作业平台，保留钢护筒，并在钢护筒顶搭设内撑施工平台，内撑完成施工后，再进行钢板桩围堰施工。
2.2总体施工顺序
采用先进行内撑系统下沉施工，再打设钢板桩的方法进行，其总体施工步骤为：施工准备→施工内撑→钢板桩围堰施工→封底混凝土施工→抽水→防渗与堵漏→观测变形→施工承台、墩身→拆除钢板桩围堰
2.3 施工准备
2.3.1钢板桩选型及检算
40#墩承台平面尺寸为15.0m×19.9m,厚度为5.0m，围堰采用单层型式，设计为矩形，每边较承台设计尺寸大1.4m，围堰平面尺寸为22.8m×18m。封底混凝土采用C25，厚度为6.5 m。
钢板桩拟采用德国拉森(Larseen)Ⅳ型桩，力学性能：[σ]=200MPa，I=31573cm4/m，W=2037m3/m，围堰顶标高按施工最高水位H20%＋0.5m设计，桩顶设计标高为3.694m,桩底设计标高为-23.306m，钢板桩桩长为27m,穿过5.3m细圆砾土层打入粉质粘土层中。
相同类型墩位的地质情况，取最不利的情况进行计算。因该墩岸侧地面标高较河侧高,对钢板桩的压力较大，所以计算取岸侧作为计算地质,以不排水开挖至-18.723m，封底混凝土未浇注为条件，分别计算钢板桩内外两侧各层地质受力。
式中：h为钢板桩在地层不同物质中的深度；其中：细砂：内摩擦角ψ为20 °，粘结力c为0kPa，天然容重γ为18.3KN/m3。中砂：内摩擦角ψ为25 °，粘结力c为0kPa，天然容重γ为18.3KN/m3。细圆砾土：内摩擦角ψ为40 °，粘结力c为0kPa，天然容重γ为18.0KN/m3。粉质粘土：内摩擦角ψ为6.9 °，粘结力c为11.0kPa，天然容重γ为17.2KN/m3。（由《简明施工计算手册》P132查得）
围堰由内支撑系统和钢板桩组成，为充分发挥板桩抗弯强度且经济合理使用材料，内支撑层数和间距布置采用等弯矩理论按七层设置，形成整体网状结构。其中：围檩第一、二层采用工字钢2I50b，三至七层采用工字钢3I56b；竖向连接一、二层采用工字钢I50b，第三层采用工字钢I56b，第四、五、六层竖向连接工字钢采用工字钢2I56b；斜向连接均采用槽钢[25。内撑：第一、二层采用工字钢2I50b，三至七层采用工字钢3I56b。如图01所示意。
图02最大应力σ=196Mpa，最大变形δ=71mm；图03最大应力σ=121Mpa，最大变形δ=71mm。
结果表明：该结构在钢板桩围堰内挖土至标高-18.746 m时，结构受力满足要求。
2.3.2材料准备
材料整修：
（1）钢板桩进场后，先对钢板桩进行分类，然后进行详细检查，发现有弯曲变形的要事先进行整形、修正，并根据现场要求做好切割、焊接等准备。
（2）整理后的钢板桩堆放时要避免碰撞，尤其不能损坏锁口，尽量防止产生二次弯曲变形。
（3）桩施打前，要先将桩尖处的凹槽底口封闭，避免异物挤入，锁口涂上黄油，对锁口锈蚀或变形严重的，要进行整修矫正才能使用。
材料数量：见表01
表01
(1)用浮吊吊钩挂上振动锤，拉起锁口已涂抹润滑油的钢板桩至锤下，尽可能地使桩保持竖直，依靠桩与锤的自重沉桩至一定深度的淤泥下。
(2)试开打桩锤，控制锤打速度，由慢到快打至接近设计标高时停止锤机，再小心控制锤打力度至设计标高。
(3)依次类推，逐根拉起对准锁口，用人力辅助将钢板桩卡进锁口，稍松吊绳下降滑入，正常施打至设计标高。
(4)每根钢板桩施打完成后，与导向梁焊接。
(5)每完成10根测量校正1次，直至钢板桩施打完成。
(6)合拢时，如角桩无法精确闭合，则需现场加工异形钢板桩进行封口，确保止水质量。
2.4.4常见问题：
(1)打桩过程中受石块等侧向挤压发生偏斜时，可将钢板桩回拔一定高度后往复锤打，将块石震碎或使其位移后再行施工。
(2) 打桩过程遇上大块石或其他不明障碍导致无法打至预定深度时，可选择用转角桩和弧形桩绕过障碍物。
(3)在发现桩体沿轴线倾斜度较小时，可将桩体用钢索连接机械设备进行反向拉扯再锤击纠偏，如倾斜度较大，只能根据实际倾斜度加工异形桩进行纠偏。
(4)在地基较软处施打时出现的邻桩带入现象，可采用焊接部分邻桩成整体的方法来防止。
2.4.5控制要素：
(1)钢板桩轴线偏差±10 cm。
(2)钢板桩垂直度：小于1 %。
(3)钢板桩桩顶高程误差：±10 cm。
(4)钢板桩平面位移：小于15 cm。
2.4.6技术要领：
(1)采用同时将多根钢板桩成排插入导架内再进行有序施打的屏风式打法时，要注意以不同形式的施打顺序来进行主动纠偏。
(2)接长钢板桩时，拼接头不能处于本排钢板桩的同一水平线上，相邻两桩接头需水平错开至少2 m。因此，在钢板桩施工前要预先配桩，施工时按编定顺序施工。
(3)围堰抽水前，施工过程均需设置并保持内外水位连接管通畅，以防止水位差出现，围堰完成封底砼需排水施工时，再予以封闭。
2.5围堰封底
在围堰封底之前，为了减少底部混凝土与钢板桩之间的摩擦，便于钢板桩的拆除，在浇筑前可先用彩条布将底层混凝土与钢板桩分离。
2.6围堰抽水
在封底混凝土达到强度后进行抽水，抽水过程中应严格控制抽水速度。
2.7防渗与堵漏
（1）抽水时，如遇渗漏，可边抽水边在围堰外侧漏缝处洒撒大量木屑或谷糠、炉渣混合物，让其随水流夹带至漏缝处自行堵塞。
（2）围堰抽水后，观察围堰周壁止水效果，若仍有个别锁口变形较大的钢板桩由于接头不紧密而导致少量漏水，可用布条棉絮等在内侧嵌塞，外侧再包裹一层防水彩条布堵漏。
（3）在桩脚漏水处，采用局部砼封底等措施；如漏水严重堵漏困难时，可在钢板桩外侧补打木桩围堰，木桩围堰内侧铺设彩条布，再在彩条布与钢板桩围堰间填筑粘土进行封堵。
2.8变形观测
在钢板桩围堰挡水期间，需定期对钢板桩顶的位移进行观测，桩顶向基坑内的偏移量控制在2～8cm之间； 如出现位移超量，视情况进行额外锚定或加固板桩处理。
2.9承台和墩身施工
封底混凝土达到设计强度后，边抽水边进行内支撑与钢板桩的连接加固，即可进行承台施工；当承台混凝土强度浇注完毕并达到设计强度要求后，拆除承台模板，进行钢板桩受力体系转换，完成后进行墩身施工。
2.10钢板桩围堰拆除
2.10.1在墩柱浇筑完成后，进行支撑的切割工作，用浮吊进行拔桩。
2.10.2在内支撑全部拆除完成后，进行钢板桩的拔除。在拔桩时，采用振动锤进行拔除，拔一根清理一根。并及时运走，以保证场地的清洁。
2.10.3为防止将临近板桩同时拔出，宜将钢板桩加固槽钢逐根割断。
2.10.4先割除钢板桩的支撑，然后再拔围堰钢板桩。
2.10.5拔出的钢板桩应及时清除土砂，涂以油脂。变形较大的板桩需调直，完整的板桩要及时运出工地，堆置在平整的场地上。
2.10.6按与打板桩顺序相反的次序拔桩。
2.10.7钢板桩拔除后所留孔洞，均用注入法灌砂填实。
3、结束语
本文论述了广珠线铁路白坭河特大桥深水墩钢板桩围堰施工的技术特点，根据现场实际情况，对深水墩钢板桩围堰施工的施工难点进行了有益的探索和总结，对以后同类型的桥梁深水墩钢板桩围堰施工提供了借鉴和参考。
参考文献：
［1］汪正荣、朱国梁《简明施工计算手册》中国建筑工业出版社.2004.P95.
［2］《桥涵》（上册）人民交通出版社 P152.P345.P795.
［3］赵志缙、应惠清《简明深基坑工程设计施工手册》人民交通出版社.P282.P345.P362.
［4］《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
［5］《钢结构施工规范》（GB50755-2012）
作者简介：康毅（1977.9－），男，工程师，主要从事铁路工程、公路工程施工技术管理。
论文作者:康毅
论文发表刊物:《防护工程》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/18
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