摘要：本文介绍水中桥承台基础采取钢板桩围堰施工技术及控制要点。
关键词：钢板桩；围堰；施工技术
引言
深基坑支护施工技术是一项富有挑战性的工作，在水环境、淤泥层厚及基坑开挖深度较大情况下，支护采取钢板桩围堰，它是一种可重复利用的绿色建材，能够降低造价和满足环境保护，在当前的工程建设中得到更加广泛地运用。
1.工程概况及地质
营前大桥跨越上洞江，与河流呈49°夹角，水深约2~9m，水流较缓，水量主要受大气降水和水闸调节控制。其铁路桥30#~33#桥墩位于上洞江河中，水中桥墩需安装围堰进行承台、墩身的施工，并借用栈桥及钻孔平台满足施工作业要求。
工程区域地貌为冲淤积、冲海积交互相地貌单元交接地带，场地地面高程在4.8~7.2m。工程区域河床底部主要为淤泥质土和粉质粘土，厚度约30~35m。
2.围堰施工方案比选
方案比选主要有两种：钢套箱方案及钢板桩围堰方案。经比较，钢套箱方案钢材投入多、回收率低，下沉时设备及人员投入多，工序复杂；钢板桩围堰方案能够迅速展开施工，速度快，周期短，且支护材料可回收利用，经济性较钢套箱方案好，但必须加强止水措施，所以选用钢板桩围堰方案。
总体方案：大桥主墩深水承台基础釆用钢板桩围堰进行支护施工，钢板桩采用SKSP-Ⅳ拉森钢板桩，长18或24m，钢板桩围堰范围13.2m×10.8m或10.8m×10.8m，比承台周边尺寸大0.85~1.05m。钢板桩周圈咬合紧密，有止水措施。围堰内侧四周圈采用双拼2I40工字钢2~4层以围檩形式支护，四角釆用Ф426×10mm钢管作斜撑。承台底面位于河床以下1.0~2.5m，基底采用2~2.5m厚C25混凝土封底，抽水采用4台大功率抽水机，分层抽水，分层支护，围堰内周边50cm以内设汇水渠、积水坑。承台施工一次性浇筑，钢板桩围堰内支撑同样从下往上依次拆除。钢板桩施工采用50t履带吊及DZ90振动锤实施插打及拔除。
3.钢板桩围堰设计
3.1最不利结构受力确定
根据施工组织设计及地质资料，铁路桥XY32#墩围堰跨度最大，承台埋深深度最大，水深最深，钢板桩围堰受力最为不利，本围堰结构按此验算。
3.2计算方法
本项目采用平面杆系结构弹性支点法（m法），利用MIADS软件建立空间模型计
算钢板桩围堰。为保证验算偏于安全，各类土层的地基水平抗力系数的比例系数（m）
取值按照《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63—2007）规定取最小值。
本计算做出如下假设：
（1）计算时取1m宽单位宽度钢板桩，不考虑钢板桩之间的摩擦力；
（2）因土处于饱和水状态，为简化计算且偏安全考虑，不考虑土的粘聚力（c=0）；
（3）本工程土压力计算采用不考虑水渗流效应的水土分算法，即钢板桩承受孔隙水压力、有效主动土压力。计算主动土压力强度时，为安全起见，不考虑钢板桩与土的摩擦作用及土体粘聚力。
3.3.围堰施工步骤及工况划分
围堰的主要施工顺序是先插打钢板桩至合拢，再进行围堰内抽泥至封底混凝土底面，后浇筑水下封底砼。封底砼达到设计强度后再进行围堰内抽水作业，从上至下依次安装内支撑，同时进行钢板桩堵漏。
具体XY32#墩钢板桩围堰分为以下5种计算工况：
工况一：围堰内第一次抽水至+4.10m
工况二：第一道内支撑安装后，围堰内第二次抽水至+2.10m
工况三：第二道内支撑安装后，第三次抽水至-0.90m
工况四：第三道内支撑安装后，围堰内第四次抽水至-2.90m；
工况五：第四道内支撑安装后，抽光围堰内水。
钢板桩围堰支撑结构布置图
根据上述施工工况，分别采取MIADS建模计算钢板桩及各支撑在各工况可能出现的最大反力和钢板桩最大内力是否满足规范要求，以考察是否满足施工安全。
4.施工工艺技术
4.1钢板桩围堰施工流程
施工准备→测量定位→导向装置制作→打钢板桩→安装内支撑→逐层抽水、安装内支撑→水下开挖→浇筑水下封底混凝土→清基堵漏→破桩桩检→承台、墩柱施工→逐层充水、从下往上拆除内撑→拔桩
4.2施工准备
首先将进场钢板桩进行检查、丈量、分类、编号，选用同种型号的板桩，进行弯曲整形、修正、切割、焊接，整理出施工所需型号、规格、数量的钢板桩，确保每片钢板桩的两侧锁口平行。
发现缺陷随时调整，整理后在运输和堆放时尽量不使其弯曲变形，避免碰撞，尤其不能将连锁口碰坏。同时对两侧锁口用一块同型号长2～3m的短桩作通过试验，以2～3人拉动通过为宜，或采用卷扬机拖拉。锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯等缺陷，采用冷弯，热敲（温度不超过800～1000℃），焊补、铆补、割除、接长等方法加以整修。同时要求接头强度与其它断面相等，接长焊接时，用坚固夹具夹平，以免变形。
本围堰钢板桩长度最长为24m，需要对现有模数钢板桩进行接长。钢板桩接长采用A型45°坡口进行满焊，“U”形内侧焊接加劲板，焊接完成后，用2m长钢板桩从焊接钢板桩一端插人、穿出到另外一端，检查锁口质量，对接新桩插打时对接接头错开保证接头在同一断面不超过50%。对新桩或接长桩、在桩端制作吊桩孔。桩打入前将桩尖处的凹槽底口封闭，避免泥土挤入，锁口宜涂以黄油或其它油脂，对锁口变形、锈蚀严重的钢板桩，整修矫正。转角处采用90度的转角桩。
插打钢板桩之前须检查振动锤，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的检查，确保线路畅通，功能正常，且夹板牙齿磨损不宜太多。
4.3测量定位
施打前，应在围堰上下游一定距离和两岸陆地上设置全站仪观测点，用于控制围堰长短方向钢板桩的的施打定位。
4.4导向装置制作
导向架采用均采用20a工字钢制作，导向架由托架、斜撑、导向梁组成。托架端头与桩基钢护筒焊接牢固；斜撑呈45度夹角，与钢护筒及托架焊接牢固；导向梁平放于托架之上与托架焊接。
4.5钢板桩打入总体施工流程
4.5.1钢板桩初始打入控制
钢板桩从河北侧围堰中心开始打入第一片钢板桩，然后逐步向两边插打，在河下游合拢。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，并且围堰周边的钢板数要均分。导梁为单项导梁，确保插打第一片钢板桩的垂直度。最初的一、二块钢板桩以导梁为定位、垂直插（此项工作应反复仔细校正钢板桩位，确保垂直）至设计标高。打设位置和方向要确保精度，以起到样板的作用。每完成3米测量校正1次，确保在同一直线上。每根钢板桩施打完毕后，即与横钢焊接牢固。根据起吊能力确定逐根插打到稳定的深度，待全部插打完毕后再依次打到设计标高。
其余各钢板桩，则以已插好的钢板桩为准，起吊后人工扶持插入前一片钢板桩锁口，然后用振动锤振动下沉。插入桩位的钢板桩需紧靠导梁。插打一片或几片后，将已插好的钢板桩点焊固定于导梁上。整个施工过程中，要用锤球始终控制每片桩的垂直度，及时调整。调整工具有千斤顶、木楔、导链等。插打过程中，须遵守“插桩正直，分散即纠，调整合拢”的施工要点。
在施工过程中，钢板桩如需拼接时，两端钢板桩要对正，可先在一端上面焊接一块限位板然后将另一端缓缓放下并进行对焊，再焊接加强板。焊接时必须保证焊接面平整且焊缝有足够厚度。插打钢板桩要充分采取止水措施，以防钢板桩围堰大量漏水。合拢段，到剩下最后一部分时，要先插后打，若合拢有误，用倒链对拉，使之合拢。合拢后，再逐根打到设计深度，在用倒链对拉时不要过猛，以防止合拢段缝隙过大。
钢板桩合拢通过精确计算，确定拢口位置，采用配桩法合拢。配置相应规格的异形钢板桩，现场实测异形钢板桩的角度和尺寸，根据实际切割焊接异形钢板桩，以确保整个围堰的密封性。
4.5.2钢板桩打入过程控制
履带吊停于栈桥，侧向施工，便于测量人员观察。挂上振动锤，升高，理顺油管及电缆。
锤下降，开液压口，拉一根桩至打桩锤下，锁口抹上润滑油，起锤。
待钢板桩尖离开水面30cm时，停止上升。锤下降，使桩至夹口中，开动液压机，夹紧桩。上升锤与桩，至打桩地点。
对准桩与定位桩的锁口，锤下降，靠锤与桩自重压桩至淤泥以下一定深度不能下降为止。
试开打桩锤30秒左右，停止振动，利用锤惯性打桩至坚实土层，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。
板桩至设计高度前40cm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。
松开液压夹口，锤上升，打第二根桩，以上类推至打完所有桩。
打桩前一般应在锁口内涂以黄油、锯末等混合物，在打完钢板桩后，开始进行钢板桩围堰内的止水处理。
4.5.3钢板桩的施工中遇到的问题及处理
由于河床地质结构复杂，钢板桩打拔施工中常遇到一些难题，常采用如下几点办法解决：
打桩过程中有时遇上大的孤石或其它不明障碍物，导致钢板桩打入深度不够，则采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。
钢板桩在软泥质地段挤进过程中受到泥中块石或其它不明障碍物等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，采取以下措施进行纠偏：在发生偏斜位置将钢板桩往上拔l.0m～2.0m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使块石等障碍物被振碎或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜度。
钢板桩沿轴线倾斜度较大时，采用异形桩来纠正，异形桩一般为上宽下窄和宽度大于或小于标准宽度的板桩，异形桩可根据据实际倾斜度进行焊接加工；倾斜度较小时也可以用卷扬机或葫芦和钢索将桩反向拉住再锤击。
软泥质基础较软，有时施工发生将邻桩带入现象，采用的措施是把相邻的数根桩焊接在一起，并且在施打当桩的连接锁口上涂以黄油等润滑济减少阻力。
4.6封底混凝土位置淤泥清理
由于工程地质以淤泥、砂层为主，现场主要采用水下射水吸泥。
在插打完成后开始用泥浆泵配合高压射水将围堰内的土方清除。围堰内取土，应为不排水取土，过程中同时使用抽水机对围堰内进行补水，需保持内外水位一致，以保证围堰安全。开挖时及时测量坑底标高，如达到设计底标高，停止高压射水，泥浆采用吸污灌车运至弃土场。
开挖后要派专人探测基底高程，做好各处的测深记录，保证吸泥到设计标高。
4.7水下混凝土封底浇注
封底混凝土强度等级采用C25，经过计算厚度采用2～2.5m。按水下混凝土设计配合比。封底前在底部钢板桩四周用土工布将钢板桩与封砼隔离，以便将来钢板桩顺利拔除。
要注意封底混凝土浇筑顺序和方法，避免影响混凝土的浇筑质量，造成封底失效或渗漏。采用多导管分布浇筑封底混凝土，采用一次性布管法。
剪球和浇筑的顺序为：由底往高，从边到中；控制混凝土的扩散半径不超过3~4m，同时严防先剪球的导管混凝土扩散到附近未剪球的导管位置；导管停注时间不宜超过30min；派专人探测混凝土高程，做好各处的测深记录，保证导管埋深不少于50cm，控制浇筑中混凝土高差小于1m，浇完时平面高差小于50cm。同时应注意剪球时，导管下口至底部距离不宜过大和过小，防止隔水栓（球）卡管事故，或者首批混凝土扩散后埋置深度不足。
4.8围堰抽水与支撑
钢板桩围堰封闭后逐层抽水、焊接逐层内撑，抽水过程中应严格控制抽水速度和抽水高度。当抽水达到预定的深度后，应及时加支撑防护。围堰抽水期间，随着水位下降，逐一安装围檩内撑，安完一层，降一层水，不得超出。
围檩上下共设置2~4道。围檩分别采用2I40工字钢，四角斜撑和格构内撑采用Ф426×10mm钢管，具体支撑形式见围堰支撑结构布置图。
围檩按设计高程预先焊好HN300*150型钢切割好的短牛腿作为临时支撑，待各围檩安装并连接就位后，再与钢板桩焊接牢固。围檩合拢段按实际丈量长度在现场加工改制。
4.9防渗与堵漏
钢板桩打入之前一般应在锁口内涂以黄油+锯末或砂+锯末等混合物。当锁口不紧密漏水时，用棉絮等在内侧嵌塞，外侧包裹一层防水帆布，起到防水效果。
钢板桩围堰抽水过程中要加强钢板桩的止水堵漏措施。抽水时同时在外侧水中漏缝处撒大量锯末+砂（砂与锯末各50%），使其由水夹带至漏水处自行堵塞，在桩脚漏水处，采用局部砼封底等措施。若漏水严重，堵漏困难时，在钢板桩外侧补打木桩围堰，木桩围堰内侧铺设帆布，在帆布与钢板桩围堰间填筑粘土进行封堵。
4.10基底清理
钢板桩支护止水完成后，进行基底清理工作。在承台四角挖集水坑，周边做排水沟，用水泵及时排除围堰内渗水。
水下浇注封底混凝土时，顶面平整度较差，且有表层密实度较差，采用风镐修整到承台设计底标高处，并保持承台范围干燥，方便桩头凿除和桩检。
4.11钢板桩监测
钢板桩插打完成后在桩顶布设8个位移监测点，每层钢围檩布设2组净空监测点，确保施工安全；安装第二层钢围檩时对首层钢围檩及桩顶进行位移及首层钢围檩进行监测，当位移值较大时对钢板桩4角插打φ630mm钢管桩进行加固，净空收缩值较大时减小钢围檩间距及增加对撑；钢围檩安装完成后前3天每天对钢围堰进行监测，当无监测值无变化时改为3天监测一次；施工过程中7天对围堰进行监测，若位移值及收缩值有变应减短监测时间，若变化值过大应停止围堰内施工人员撤离，对围堰进行加固；施工过程中严格按照施工方案及技术交底施工。
4.12钢板桩拔除
钢板桩拔除采用振动锤，作业前对每个板桩的打入情况，作详细调查，以此判断拔桩作业的难易程度。
在墩柱浇筑完成后，进行支撑的切割工作，由下往上逐层先充水后拆除，每层充水标高低于内撑0.5m。
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，尽量使板桩下部与混凝土脱离，然后再进行拔桩。先略锤击振动各拔高1～2m，然后挨次将所有钢板桩均拔高1～2m，使其松动后，再挨次拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力，将相邻的桩一齐拔出。拔一根清理一根。并及时运走，以保证场地的清洁。
5.钢板桩围堰施工注意事项
⑴钢板桩围堰因严格按照施工图和施工组织设计要求的施工步骤逐步施工，严禁擅自改变施工步骤，以保证钢板桩围堰结构受力合理，安全可靠。
⑵要对钢板桩外观表面缺陷、长度、宽度、厚度、端部矩形比、平直度和锁口形状等项内容进行检验，对不符合要求的钢板桩进行矫正，以减少打桩过程中的困难。
⑶装卸钢板桩宜采用两点吊装的方法进行操作，每次吊起的钢板桩根数不宜过多并应注意保护锁口避免损伤。
⑷钢板桩堆放的地点，要选择在不会应压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上，并便于运往打桩施工现场。
⑸依据基坑、沟槽开挖设计截面宽度要求，测放出钢板桩打设位置线，使用全站仪将各角点测量出定好各点桩位。镭射仪架设在已经定好的桩位上，并对准前方的桩位点，且镭射仪射出的红外线的标高应与完成桩桩顶标高一致。
⑹围堰内吸泥施工过程中应向围堰内注水，以维持围堰内外水位一致，减小钢板桩的受力，保证施工安全。
⑺灌注水下混凝土封底前应搭设封底平台，合理布置封底砼导管，保证混凝土供应，保证封底混凝土质量。
⑻在抽水过程中，随时观察钢板桩的变化情况，若有明显的倾覆或变形状态，立即对钢板桩加固处理。
6.结束语
钢板桩作为基坑支护结构的一种，它具有强度高、适应性强、结合紧密、施工便捷、重复使用和减少土方开挖量等优点，而这些优良性能的前提是其必须满足其内力的设计要求。在实践施工过程中，钢板桩的具体选用根据基坑特点，经过经济、技术及工期等综合比较，最后进行优化，从工程整体考虑来得出最优化的配选。
论文作者:邹田生
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/26
标签：钢板论文; 围堰论文; 封底论文; 混凝土论文; 工况论文; 过程中论文; 标高论文; 《基层建设》2019年第4期论文;