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摘要：钢板桩围堰广泛应用于桥梁墩台基础深基坑的施工，本文介绍了三门峡黄河公铁两用桥主桥深基坑钢板桩围堰设计优化和施工技术
关键词：钢板桩围堰，钢板桩，优化，内支撑，角桩，封底混凝土
1.前言
当桥梁墩台基础靠近水源且基坑开挖深度较大时常常需要施工钢板桩围堰作为基坑支护及挡水结构，本文主要介绍了三门峡黄河公铁两用桥主桥靠近黄河主河槽的墩台深基坑钢板桩围堰的设计优化和施工技术。
2.工程概况
2.1.概述
三门峡黄河公铁两用大桥是蒙西至华中地区铁路煤运通道、运城至三门峡铁路及山西省、河南省规划的运三高速公路跨越黄河的共用桥梁。主桥跨黄河主槽，采用公铁合建上下层布置横断面方案，公路在上，为双向六车道高速公路，铁路在下，为四线客货共线铁路。布置为0#～11#墩，采用门型空心高墩，钻孔桩基础，（84+9×108+84）m连续钢桁结合梁，铁路采用正交异形板桥面结构，公路采用混凝土桥面板组合体系。
主桥10#墩位于黄河南岸，采用群桩基础；承台平面尺寸42.3×24.6×4.5m，加台平面尺寸为38.4×13.6×2m，顶面高程+317.530，底面高程+311.030。地面高程+318.0，施工水位316.808m。。
2.2.工程地质和水文条件
桥址区主要地层：粉土、粉细砂、粉质粘土、细圆砾土，其中粉细砂层和粉质黏土层为主要地层。粉细砂层密实饱和，细砂为主,局部夹砂砾胶结层；粉质粘土质地坚硬，主要有粉粒及粘粒组成，质地均匀。
桥位地表水主要为黄河中游的三门峡水库，黄河两岸河流多为季节性河流。7～9月为枯水期，其余月份为蓄水期，枯水期、蓄水期水位落差在15m左右，水位落差大。
桥位地下水主要分布于黄河河漫滩和低阶地以及高阶地区，主要赋存于砂卵砾石层中，一般为潜水，局部具承压水特征。水位埋深随阶地升高而加深，埋深1～40m，水位动态变化大。
3.施工工艺
3.1.主要技术参数
10#墩采用拉森-Ⅳ型钢板桩围堰作为止水和基坑支护结构。围堰尺寸45.16m×27.56m，基坑开挖深度8.57m，按照计算钢板桩深入基坑底9.324m，选用18m钢板桩，围堰顶高程+318.500m，地面高层+318.000m，，封底砼厚度1.6m，采用C30水下混凝土。围堰设置两层内支撑，第一道内支撑设置在+315.030，第一道内支撑圈梁采用3HN700×300型钢组焊，内支撑N钢管采用Φ820×10mm钢管，在围堰四角采用3HN700×300加强，第二道内支撑设置在+316.530，第二道内支撑圈梁采用HN700×300型钢组焊，内支撑钢管M采用Φ630×10mm钢管。
3.1.1.钢板桩选取
在施工水位以上的土层取天然容重，以下取浮容重，深度计算最不利工况（基坑开挖到位，浇筑封底混凝土之前）计算，绘出桩土压力分布图，利用等值梁发计算钢板桩长度选取18m
3.1.2.结构优化
考虑库区施工最高水位，钢板桩围堰原设计双层内支撑，但钢围堰实际施工时间为7-9月，此时库区为枯水期，将围堰结构做如下优化：取消原设计顶层内支撑，将原设计底层内支撑上移1.4m，将围堰结构改为单层内支撑，经计算，围堰结构满足受力要求。
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3.1.3.围堰结构稳定性验算
利用midascivil8.32软件建立最不利工况计算模型，即围堰开挖至设计封底混凝土底标高，封底混凝土浇注之前：
3.2施工准备
在钢板桩堆放基地对钢板桩进行分类、整理，发现缺陷随时调整，选用同种型号的钢板桩，进行弯曲整形、切割、焊接，整理出施工需要的型号、规格、数量的钢板桩。整理后在运输和堆放时尽量不使其弯曲变形，避免碰撞，尤其不能将连接锁口碰坏。
机械设备投入：采用DZ-120A型振动锤，85T履带吊机配合作业。振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要进行专门检查，确保线路畅通，功能正常，夹板牙齿不能有太多磨损。
3.3首桩定位控制
根据设计图纸利用一个测量控制点上的全站仪控制桩位，利用另一测量控制点上的全站仪进行复核。施工中采用全站仪或经纬仪控制钢板桩垂直度，垂直度出现偏差时需将桩向上拔出一段距离后重新插入，以控制垂直度，钢板桩垂直度允许偏差1%。
3.2.角桩准备
因本围堰平面型式为封闭式矩形，插桩时需进行转直角及封闭合拢，故需事先加工角桩，角桩采用配套的专用角桩。
插打钢板桩
(1)插打顺序从中间开始打入第一片钢板桩，然后逐步向两边插打，最初的一、二块钢板桩的插打位置和方向确保精度，以起到导向作用。每完成3米对钢板桩测量校正1次，确保错打钢板桩在同一直线上。
(2)插打钢板桩过程中，钢板桩下端有土挤压，钢板桩锁扣之间缝隙较大，上端会产生远离第一根钢板桩的方向倾倒。因此，每打四、五根钢板桩就要用垂球吊线，严格控制钢板桩的倾斜度。
(3)每根钢板桩施打至相应标高后，与相邻钢板桩焊接牢固，增加整体稳定性，以避免施打钢板桩时阻力太大而带动相邻钢板桩下沉。要求每根钢板桩标高误差≤10cm。
(4)钢板桩应紧贴导向架施打，每隔40cm，将1根钢板桩与围檩焊接加固，以增加整个结构的稳定性。
(5)在插打过程中，加强测量工作，发现倾斜，及时调整，为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直。在整个钢板桩插打过程中必须保证合拢密实，以防漏水。
(6)对准钢板桩与定位桩的锁口，靠震动锤与桩自重压到桩所要插打的位置。
(7)利用锤惯性自重及震动力下插钢板桩，开动振动锤打桩下降，控制打桩锤下降的速度，尽可能的使桩保持竖直，以便锁口能顺利咬合，提高止水能力。
(8)板桩至设计高度前20cm时，停止振动，振动锤因惯性继续转动一定时间，打桩至设计高度。
(9)注意事项：
①插打时要严格控制垂度，特别是第一根桩；
②在硬塑性粘土上插打钢板桩时，可采用“插打-拔起-再插到”的方法，让水渗入到粘土之间，减少摩擦，加快插打速度；
④当钢板桩难以下插时，应停下来分析原因，检查锁口是否变形，桩身是否变形，钢板桩有无障碍物等；
⑤定期检查履带吊机大臂的螺栓，以防松动掉落；
⑥振动锤的夹板由液压控制，必须经常检查液压设备，防止因液压泵失灵而引起钢板桩掉落
⑦振动锤接电缆应经常派人进行检查，以防漏电；
⑧钢板桩插打过程中安排专人检查钢丝绳是否断头、卡头、松动现象。
3.3.合拢段施工
首先将角点一边的钢板桩插打完成，利用已经做好的角桩做好转弯工作，转弯之后留出3m左右的调整空间做为合拢段。合拢段的钢板桩数量控制在6～8根，要先插后打。若合拢有误，则用千斤顶对顶或者用倒链和滑轮组对拉使之合拢。合拢后再逐根打到设计深度。
3.3.1.封底混凝土施工
3.3.1.1.料斗及导管支撑系统搭设
封底平台：封底平台在护筒上临时搭设。封底平台主梁采用双拼HN700×300，次梁采用HN500×300，面板采用钢板铺设。
导管采用直径300mm的无缝钢管，导管使用前作水压、水密性实验，合格后使用。试验的水压按导管超压力的1.5倍取值。料斗采用直接置于夹具梁上，导管采用手拉葫芦吊挂于夹具梁上。
4.总结
三门峡黄河公铁两用桥主桥10#墩承台采用钢板桩围堰施工，通过设置导向、钻机引孔、监测点及测力计布设、精确测量等措施保证了钢板桩围堰的施工质量及安全，并根据现场实际情况，通过设计优化，减少了内支撑的体系转换，缩短了工期12天，同时减少了内支撑材料，降低了成本。10#墩承台实际施工工期62天，变形观测最大变形量75mm，。保证施工质量的同时顺利的完成了工期计划。
参考文献
《热轧U型钢板桩》（GB/T20933-2007）
《钢结构设计规范》（GB50017—2003）
《简明施工计算手册》（第三版）（汪正荣主编）中国建筑工业出版社2005.7
《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024—85）
论文作者:赵和生
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/28
标签：钢板论文; 围堰论文; 黄河论文; 封底论文; 基坑论文; 水位论文; 混凝土论文; 《防护工程》2017年第36期论文;