中国铁建港航局集团路桥工程有限公司
摘要：本文主要针对钢板桩围堰技术在水上大体积承台工程施工的应用展开了探讨，通过结合具体的工程实例，对施工方案作了比选，并为施工过程中的多方面作了详细的阐述，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：钢板桩；围堰技术；承台施工
钢板桩的围堰施工，其作用是防止水和土进入建筑物的修建位置，以便在围堰内排水，开挖基坑，修筑建筑物。因此，做好钢板桩围堰的施工，对于大体积承台工程有着极大的帮助。基于此，本文就钢板桩围堰技术在水上大体积承台工程施工的应用进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定的帮助。
1 基本情况介绍
某连接桥为斜拉桥，桥梁全长684.43m，包括北引桥330.63m（K0+325.36～K0+656.0）、主桥204m（K0+656.0～K0+860.0）、南引桥150.6m（K0+860.0～K1+010.8）。连接桥P0～P18墩共有承台38个，C40混凝土，P17、P18承台在陆上，其余在水上。其中P12墩为主墩圆形承台，直径18.5m，承台高度4.0m，承台顶标高+0.5m，共2个主墩圆形承台。
2 施工方案比选
水上承台施工中，常采用钢套箱、钢板桩围堰两种施工工艺，两种施工方法优缺点如下：
钢套箱施工技术较成熟，可借鉴的工程经验较多，但施工工序多，吊装较困难，且本项目主墩承台两个，需一次性投入两套钢套箱，经济性较差。
钢板桩围堰施工工序简单，钢板桩可周转使用，但因为钢板桩接缝多，单层钢板桩围堰止水效果差，且由于潮差影响大，为保证围堰结构的安全性，需安装的围檩多，焊接工作量大。
两种方案各有优劣，但由于该项目主墩承台只有两个，尺寸较大，且工期紧，综合考虑最终选用单层钢板桩围堰施工工艺。另考虑到潮差较大（最大潮差约6.4m），为抵抗水头差引起的侧向水压力，对围堰结构支撑要求高，但又必须综合考虑承台施工过程中钢筋、模板等材料的吊装方便，经过各方面的比选，利用“圆箍”受力的原理，主墩采用圆形钢板桩围堰，不再增设其它内部支撑，具体图示如下：
图2 圆形钢板桩围堰设计示意图
3 施工工艺
综合考虑承台大小、模板安装空间需求以及受施工平台位置限制，P12主墩承台钢板桩围堰为D=21.6m的近似圆形（正16边形）围堰，设计围堰顶标高+5m，钢板桩底标高-10m，垫层标高-3.5m。围堰板桩每一条边线（约4m）由10片钢板桩组成，两边线折角22.5度。圆形围堰设4道内围檩，第1层围檩设在+4m，兼作定位架，第2层围檩设在+1.5m，第1、第2层围檩均选用I32a工字钢。第3围檩设在-0.5m，第4层围檩设在-2.5m，第3、第4层围檩均选用2I32a（双拼）工字钢。
围檩内侧设16根D530钢管桩，钢管桩围檩位置设牛腿，主要起定位作用。钢管桩桩底标高-8m，钢管桩桩顶标高+5m，钢管桩与承台边线的净距60cm，可满足模板安装空间需求，钢管桩设在钢板桩折角处，管桩之间用工32a工字钢连接，并与围檩工字钢联结受力，增加结构刚度。
图3 施工工艺流程图
4 计算分析
钢围堰采用Midas-Civil软件建立空间整体模型，利用Midas有限元分析软件对钢围堰进行空间和平面分析。
围堰钢板桩牌号选用FSP-IV拉森IV型钢板桩，屈服强度不小于345MPa，允许弯应力[σ]=273MPa。截面模量大于2270cm3/m的其它型号或品种的钢板桩均可满足强度要求，其技术参数如下。
钢板桩：宽度B=400mm，高度h=170mm，厚度t=15.5mm，截面积A=96.99cm2，重量W=76.1kg/m，惯性矩Ix=4670cm4，截面模量Wx=362cm3。
每延米钢板桩技术参数：重量W=190kg/m，惯性矩Ix=38600cm4，截面模量Wx=2270cm3，半截面面积矩Sx=1564cm3。
钢板桩围堰围檩及支撑体系选材材质均为Q235（A3）钢材，根据JTJ025-86《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》钢材容许应力：A3钢轴向应力[σ]=140MPa，弯曲应力[σw]=145MPa。Q235钢材的弹性模量E=2.06×105MPa，容重78.5kN/m3，泊松比为0.3。
围堰结构所受的侧面压力为静水压力，水面计算到+5m。静水压力为三角形荷载Pa=pgH1，H1距离水面的高度。
动水压力的合力着力点假定在平均高潮水位线+2.5m以下0.3倍水深处（计算水深6m）。
式中：γw为水的重力密度，KN/m3；ν为流水速度，m/s，取大潮流速1.36m/s；A为阻水面积，m2，计算至一般冲刷线处，3.14×21.6m/2×6m=203m2；g为重力加速度，g=9.18m/S2；K为桥墩形状系数，矩形桥墩取1.3，方形桥墩取1.5，圆形桥墩取0.8。
在钢板桩围堰支护设计中，分别按施工过程进行如下工况进行计算，汇总如下：
表1
钢板桩材质为Q295，荷载分项系数取1.35，则允许弯应力为：σ=295/1.35=218.5MPaσ<[σ]=273MPa，钢板桩强度满足设计及规范要求。
5 施工监测
通过对已埋设在围堰钢板桩内的专用测斜管自下而上进行测试，每间隔0.5m为一个读测点，测得沿钢板桩深度各处的不同倾角，通过换算得出堰体各标高位置处的水平位移值。通过钢板桩水平位移的监测数据采集、计算和分析，可以了解围堰在水压力荷载作用下的侧向变位情况，沿深度各测点随时间的侧向位移发展情况直观地反映出钢板桩的变形趋势，判定围堰是否会因内外水头差变化而产生变形失稳。围堰产生整体失稳之前，测斜管的变形速率加剧，局部曲率变化异常，预示失稳前兆。围堰的侧向位移量及位移速率资料是控制围堰内降水施工速率的重要依据之一。在钢板桩围堰挡水期间，定期对钢板桩顶的位移进行观测，桩顶向基坑内的偏移量稳定在规范要求以内，说明堰体是稳定的。
6 止水
水上钢板桩围堰要获得较好的止水效果，通常采用双层钢板桩围堰，双层钢板桩间距通常0.5～1m，中间填塞黄泥等止水材料。但是综合考虑经济性以及施工工期等因素，更多选用单层钢板桩围堰方案。单层钢板桩围堰渗漏主要体现为板桩锁口渗漏。钢板桩锁口止水密封效果与多方面因素有关，如自身锁口形状及咬合程度、钢板桩施打后的弯曲变形、倾斜旋转，地质条件等。钢板桩止水构造：相邻钢板桩的连接是通过锁口的咬合作用连接的，从止水性来说，没有缝隙完全咬合的状态是最理想的，但在制作钢板桩时，考虑施工的便利会留有一些富余。锁口的咬合状态如下图，与正常状态相比，拉伸、压缩状态的过水量极少。
图4 钢板桩锁口咬合状态图
首先钢板桩施打前，应检查锁口是否变形，如变形，应立即进行调整。保证钢板桩垂直度，插打过程中钢板桩锁口内设置足够的黄油，保证其锁口质量。钢板桩施打时，应注意每根钢板桩之间锁口是否咬合，同时防止施打过程中因咬合太紧产生的变形。
缝隙较宽时，可用麻丝、棉絮、土工布等进行堵塞。在钢板桩锁口外侧由潜水员下水填塞麻丝等材料进行止水，并利用大功率水泵抽水，保持内部水位比外侧低，使水压力作用方向始终往内，以保证填塞效果。通过填塞止水后，1台7.5kW水泵可满足围堰内抽水。
参考已实施项目使用的各种钢板桩的情况来看，进口新日铁热轧新钢板桩止水效果较好，围堰成型后未覆盖塑料膜的情况下，2台20kW的泥浆泵能够一次性将围堰内水抽空，采用填塞麻丝等方法对锁扣进行止水后，1～2台7.5kW污水泵能够保证承台施工过程中的渗水及时排出；部分国产的热轧钢板桩和韩国旧桩由于渗水较严重，可采用覆盖塑料膜，并投入3～4台20kW泥浆泵抽水，对锁扣进行止水后，后续承台施工过程须投入2～3台7.5kW污水泵进行排水。
7 结论
综上所述，钢板桩围堰施工质量的好坏对于大体积承台工程的施工有着重要的影响，为此，我们需要重视钢板桩围堰的建设工作，采取有效的措施做好工程施工，以保障围堰的施工质量，从而为大体积承台工程带来帮助。
参考文献：
[1]符义涛.钢板桩围堰在桥梁水中承台施工中的具体应用[J].中国新技术新产品.2014（04）.
[2]王浩钦.拉森钢板桩围堰在大体积承台施工中的应用[J].中国科技纵横.2012（10）.
论文作者:徐巩固
论文发表刊物:《基层建设》2016年5期
论文发表时间:2016/6/30
标签：围堰论文; 钢板论文; 标高论文; 水压论文; 位移论文; 圆形论文; 体积论文; 《基层建设》2016年5期论文;