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摘要：结合新建青岛至连云港铁路工程胶南（不含）至赣榆北（不含）段站前工程河崖吉利河特大桥110#-113#水中墩深水基坑施工实践，在双层钢板桩均无法打插至承台底部高程的工况下，阐述了双层钢板桩围堰（含围囹）设计、受力检算、施工控制、应急处理措施等技术要点，为今后同类施工状况提供经验及现场指导依据。
关键词：水中墩、双层钢板桩围堰
一、工程概况及重难点
河崖吉利河特大桥110#-113#水中墩位于山东省青岛市黄岛区大场镇吉利河，承台平面尺寸均为9.6m×6.4m。施工期间河流水位高程为2.6m上下，最高蓄水位高程为4.5m，水深为4m，河床高程为-1.4m，刚栈桥及施工平台高程为8.400m。
110#-113#墩中，112#墩承台底部高程最低（-6.680m），基坑开挖深度为5.58m（含30cm垫层），水面至基坑底深度为9.58m（含30cm垫层），地质从上之下分布情况为240Kpa粗砂、300Kpa二长花岗岩、500Kpa二长花岗岩和1500Kpa二长花岗岩，承台坐落土层为300Kpa二长花岗岩层，后续均以112#墩为例分析。
施工重难点：钢板桩端部无法打插至承台底部高程以下、钢板桩围堰整体稳定性控制措施（含设计及应力检算）、基坑上下钢板桩变形监测、桩缝及桩端止水、外层钢板桩内外侧止水处理以及紧急情况下应急处理措施（特别是位移及渗水应急处理）等。
二、钢板桩围堰（含围囹）设计
现场结合刚栈桥及施工平台的结构特点，施工时采用打插双排12m拉森Ⅳ型钢板桩，基坑尺寸按11m×8.5m进行控制。根据施工平台实际尺寸，在桩基施工平台拆除后，利用钢板桩沿平台内侧50cm处打插第一圈钢板桩，在第一排钢板桩内侧70cm左右位置打插第二圈钢板桩。中间设4道围囹(采用HW400*400mm型钢)，水平2道A530mm钢管支撑（竖向3道），四角水平斜支撑（均采用HW400*400mm型钢，H型钢设斜撑在2m位置），并在角部采用50cm*50cm角钢焊接，厚度不小于1cm。为不影响承台主体施工，第4道围囹只需增加HW400*400mm型钢斜支撑和50cm*50cm角钢支撑，不布设A530mm钢管支撑。
详见图1、图2所示:
图2 112#墩钢板桩围堰立面图（单位：cm）
三、钢板桩围堰体系受力检算
由图2看出，112#墩桥位处水深为2.6+1.4=4.0m，河床有2m左右透水粗砂，从粗砂底以下到承台底均为二长花岗岩。
粗砂重度γ选为18.8kN/m³，内摩擦角选为Φ=20.1°，主动土压力系数Ka=tg2（45°-20.1/2）=0.49；二长花岗岩容重取22kN/m³，内摩擦角Φ=30°，主动土压力系数Ka=tg2（45°-30/2）=0.33。
目前河流水位高程为2.6m，堤坝蓄水水位高程为4.5m，为保证施工安全，计算时按堤坝蓄水高程考虑水位。
根据钢板桩最不利受力情况进行计算：开挖至钢板桩底部，未设底部围囹前。
3.1钢板桩受力简图
最不利受力情况下，钢板桩竖向受力简图详见图3。
钢板桩计算模型
（kN/m）钢板桩应力
（MPa）钢板桩变形
（mm）钢板桩反力
（kN）
图4 钢板桩受力示意图
由图看出，钢板桩最大应力为19.5MPa，最大变形0.56mm，其变形、应力均符合设计要求。
3.3围囹受力分析
从计算看出，第三道围囹受力最大，以此为对象分析围囹受力，其计算模型、应力分布变形详见图5（计算模型中围囹仅考虑1道HW400×400mm型钢）。
从计算结果看出，围囹最大应力85.5MPa，最大变形6.7mm，即使在围囹不进行倒角处加强情况下，其变形、应力均符合设计要求。但第二道钢板桩出现向外水平力，因此，为防止围囹由于钢板桩出现向外变形而引起的下落，应在第二道围囹下按一定间距设置托撑，托撑可采用75角钢，做成三角托架，按2m一道焊接在钢板桩上。
四、钢板桩围堰施工控制
钢板桩围堰施工控制事项：钢板桩止水、围堰体系加固及整体稳定性、围堰体系监测应贯穿整个施工过程以及事件发生后的应急处理措施要到位。
4.1钢板桩止水
一般止水采用锯木灰与粘土拌合进行外围缝隙填塞。
开挖后，根据渗水情况，可采取在两层钢板桩之间填塞黏土措施进行封堵；为了保证良好的止水效果，可以将外层钢板桩两侧填筑编织袋装土，防止抽水时因水流导致黏土流入基坑内，从而引起底部大面积穿孔（钢板桩底部穿孔时也采取此种方法进行填堵）。
第4道围囹安装完成后由测量进行承台放样，按照承台尺寸进行垂直开挖，以减少基坑底部开挖面积，起到减压止水的效果，承台混凝土浇筑时应保证基坑墙壁的稳定性，防止土石脱落，从而影响承台混凝土强度。
4.2围堰体系加固
为了保证围堰体系的整体性，在两排钢板桩顶部之间加设刚性支撑（围堰每边在中间位置和两侧均采用I20工字钢进行连结，工字钢中间位置采用C20钢筋按每m一道进行加固布设），外排钢板桩与平台钢管立柱进行连结（直接采用2根I20工字钢并排与施工平台A530mm钢管立柱进行刚性连结），以确保钢板桩围堰整体的稳定性。
围囹与钢板桩需密贴，不密贴处需采用楔形块楔紧，保证每根钢板桩均匀受力。
4.3围堰体系监测
水中墩钢板桩围堰体系是风险性较大，监测工作是整个围堰体系实施过程中的重要组成部分，必须贯穿整个围堰及承台施工过程。
4.3.1监测点布置
钢板桩桩身监测拟在围堰每边中点布置1个观测点，因施工时采用双侧钢板桩，每个墩共布置8个。钢支撑监测应考虑到围堰支护体系受力情况，每个围堰中选取A530mm钢管支撑（每层2道）与围囹结点为观测点，共计12个；在最底层围囹处增选一组斜角为观测点，共计4个。监测点位置详见图6：
4.3.2变形监测
变形监测主要包含水平位移和沉降观测。钢板桩围堰及钢支撑进行水平位移监测时，应采用测边交会法进行观测监测点棱镜安装采用强制归心装置，以利提高精度。变形点相对于工作点的点位误差控制在±20mm范围内。钢板桩围堰及钢支撑进行沉降观测时，选用徕卡DNA03电子精密水准仪，变形点的垂直中误差控制在±5mm范围内。为保证监测精度各监测点的高程值由各工作水准基点组成一个闭合水准路线环。
五、应急处理措施
5.1钢板桩变形应急处理
5.2渗水应急处理
1）施工前应做好救生防护，备足求生圈、救生衣，制作好安全通道以便应急撤离。
2）对渗水量较小，不影响施工也不影响周边环境的情况下，钢板桩之间渗水点可以采用锯木灰进行填堵缝隙，围堰基坑底部可采用设排水沟+集水井的方法，利用22KW泥浆泵进行抽排。
3）渗水量较大时在满足上1条措施要求时，钢板桩缝隙渗水按照类似处理经验，可在双层钢板柱中间采用填筑黏土（遇到钢板桩底部串通时，在钢板桩两侧人工回填编织袋土或砂），填筑高度至少达到河流水面，但现场要时刻观测黏土填筑时钢板桩围堰的位移及围堰体系的整体稳定性情况。
4）如上述措施达不到预期效果，且渗漏水位置埋深较大，则可在双层钢板桩之间采用压密注浆方法，注浆封堵。注浆浆液中应掺入适量水玻璃，使其能尽早凝结，也可采用高压喷射注浆方法。采用压密注浆时，应时刻关注施工对围堰及支撑结构产生位移，必要时可采取对围堰内进行局部反压回填土，待注浆达到止水效果后再重新开挖。
5）如出现流砂及管涌时，在保证人员、设备等安全撤离后，亦可采取上述方法将围堰内全回填土后，待注浆达到止水效果后再重新开挖。
六、结束语
河崖吉利河特大桥110#-113#水中墩深水基坑在双层钢板桩端部均无法打插至承台底部高程以下的工况条件下，通过钢板桩围堰整体稳定性控制（含设计及检算）、基坑上下钢板桩变形监测、桩缝及桩端止水、外层钢板桩内外侧止水处理、以及紧急情况下的位移及渗水应急处理等方面的控制，确保了水中墩的顺利完成，为今后的同类桥梁施工提供经验积累。
参考文献：
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[2]肖佳鹏.武汉白沙洲大桥南岸水中墩基础施工[J].桥梁建设.2008.
[3]牵建阁.浅谈汝河大桥水中墩施工技术[J].交通科技.2005.
论文作者:蔡明飞
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/16
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