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摘要：以温州市41省道永嘉福佑至沙头段公路工程岭下大桥左幅9#墩及右幅10#主墩施工为载体，介绍拉森Ⅳ型钢板桩围堰在砂卵层桥梁基础中的设计与施工；对类似工程有一定的借鉴作用。
关键词：钢板桩、围堰、施工。
1 概述
1.1工程概况
41省道永嘉福佑至沙头段公路工程岭下大桥横跨楠溪江，主桥跨径组合为60m＋100m＋60m三跨变截面连续箱梁桥，为控制性工程。桥位河床开阔，河槽常年有水。左幅9#墩及右幅10#墩为河槽水中主墩，承台尺寸为10.0m×10.0m×3.0m。主墩处河床面高程约17.0m，枯水时河床外露。
1.2 工程地质
根据地质报告，沉线桥梁基本位于冲积区平原区，地层以卵石为主，灰黄色,饱和，中密-密实，卵石大小一般2-8厘米，部分8-15厘米，少量20厘米左右，含量60-70%，砾石大小0.2-2厘米，含量约20%,卵、砾石次圆状、次棱角状，中风化状，竖硬，余为砂土，厚9.2-31.4m。
2施工方案选择
岭下大桥为41省道永嘉福佑至沙头段公路工程的控制性工程。岭下大桥跨楠溪江，施工方案需考虑山区河流洪水期流量涨落大、洪峰流量、流速快、携带大量砂石。冲刷力强，桥梁基础施工过程需采取相应的防护措施。
工程任务量大，工期十分紧张。这要求水中墩施工在确保安全质量、经济效益的情况下。施工周期最短。为此，在确定水中墩承台施工时，考虑了3种方案。
方案一：钢筋混凝土沉井围堰。在墩位处进行钢筋砼沉井预制、下沉、沉井封底施工，然后沉井内排水，再进行承台施工。待承台、墩身、墩帽施工完毕后，拆除沉井上部围堰。沉井方案为水中墩施工常规方案，施工工艺较成熟，但从预制、下沉到封底施工周期太长，根据工期沉井围堰在墩身浇筑完后需进行水下切割，成本较大，经济效益不明显。
方案二：钢套箱围堰施工。在桩基础钢护筒上搭设施工平台，再在施工平台上搭设施工钢围堰的起吊架，再进行钢套箱围堰拼装，下钢套箱围堰，下沉、清基、封底施工。钢围堰内抽水后进行承台施工，待承台、墩身、墩帽施工完毕后，拆除钢围堰。钢套箱围堰方案为水中墩施工常规方案，大约需投入围堰模板及内支撑约80t，施工工艺较成熟，但施工周期较长，且钢围堰在墩身浇筑完后需进行水下切割，且泥面以下钢围堰很难回收，成本同样较大，经济效益较差。
方案三：钢板桩围堰旋工。钻孔桩基施工完毕后拆除钻机。将履带吊机开往施工现场，通过震动打桩锤将钢板桩插打在待施工的承台四周，形成钢板桩围堰。安装内支撑，抽水堵漏，清理至承台底标高，再进行承台施工，待承台、墩身施工完后，拆除承台、墩身模板，进行钢板桩拔除施工。此方案施工内容较少，可看作水中深基坑施工：同时，钢板桩围堰插打时间很短，拔除费用不高，钢板桩可全部回收，不需要进行水下切割施工，此方案优势明显，缺点是需作好水下堵漏工作。
经过技术经济比较。考虑施工工期紧张。决定采用矩形单层钢板桩围堰进行水中墩承台施工。
3钢板桩围堰设计
根据岩土工程勘察报告及工程所在地场地特点．结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑，选用拉森Ⅳ型钢板桩。
该型钢板桩宽度适中，抗弯性能好。依地质资料及作业条件选用钢板桩长度为9m。
钢板桩插打范围为承台的平面尺寸外加1.6m宽的施工预留空间，即：尺寸为13.2m×13.2m(如图1、图2)。打桩设备为QUY70履带吊机、DZ90型振动锤。
3.1坑底隆起验算
当围堰内抽水和基坑挖深时．由于围堰内基坑底面上水压与土压的不平横力。坑底软土可能受挤在坑底发生挤高隆起现象(如图3)。
(1)计算参数
滑弧中心：最下道支撑；
滑弧位置：通过桩底；
应力状态计算方法：总应力法；
桩墙弯曲抗力：不考虑；
垂直滑面阻力：忽略；
滑面水平应力：不考虑。
(2)计算结果
下滑力：476.3kN/m；
抗滑力：1008.2kN/m；
安全系数：2.12，要求安全系数：1.9 。
3.2整体稳定计算
(1)计算参数
整体稳定计算方法：瑞典条分法；
应力状态计算方法：总应力法；
土钉法向力折减系数：ξ=0.5；
土钉切向力折减系数：ξ=1.0；
锚杆法向力折减系数：ξ=0.5；
锚杆切向力折减系数：ξ=1.0；
桩墙抗滑考虑方式：滑面绕桩；
浸润线不考虑止水帷幕；
滑弧搜索不考虑局部失稳；
考虑开挖工况；
搜索范围：坡顶：全范围；坡底：全范围；
搜索方法：遗传算法。
(2)计算结果
开挖至11.00m(深6.00m)(图4)
图4整体稳定计算示意图
滑弧：圆心(2.13m,-0.00m)，半径：8.85m，起点(-6.72m,0.00m)，终点(8.64m,6.00m)，拱高比0.683；
下滑力：523.43kN/m；
土体(若有则包括搅拌桩和坑底加固土)抗滑力：1014.14kN/m；
土钉/锚杆抗滑力：0.00kN/m；
桩墙的抗滑力：0.00kN/m；
坑内水压抗滑力：167.99kN/m；
安全系数：2.26。
3.3钢板桩围堰内支撑设计
在确保安全的前提下．基坑支撑的施工与基坑内水位的下降按“先支撑后降水，分层支撑分层降水”的原则进行。结合本基坑工程的特点，共设2层内支撑，围囹采用2HN400×200型钢，支撑采用φ630×8钢管，下料长度按实际丈量长度在现场加工制作。
4钢板桩围堰施工
4.1钢板桩的组拼
选择、整修钢板桩，每三块钢板桩套连成组，同时将黄油、沥青混合物嵌入锁口内，组桩及单桩的锁口内，涂以黄油混合物油膏(重量配合比为黄油：沥青=1：1)，以减少插打时的摩阻力，并加强防渗性能。
4.2测量定位及导向安装
为确保打入桩的精度，利用已有的桩基钢护筒施工平台进行导向设置。测量放出钢板桩插打的平面位置。导梁采用第一道支撑作为钢板桩的定位系统。导梁固定在钻孔桩钢护筒上，待插打入少量钢板桩后，可逐渐将导梁固定到钢板桩上。
4.3钢板桩的插打
(1)插打钢板桩采用QUY70履带吊机+震动锤(DZ90型1组台而成。起吊前，锁口内填嵌黄油沥青混合料。钢板桩逐块(组)插打到底或全围堰(矩形围堰可为一边)，先插合拢后，再逐块(组)打八，矩形围埋一般先插上游边，在下游合拢。
(2)采用复式滑车组纠正钢板桩的倾斜。在插桩过程中，应做到“插桩正直、分散偏差、有偏即纠、调整合拢”的要点。
(3)打桩时必须在桩顶安装桩帽，以免桩顶破坏切忌锤击过猛，以免桩尖弯卷，造成拔桩困难。
图5
(4)超厚砂卵石层地质条件下钢板桩的施打遇到以下问题，通过改进施工工艺得以克服。
①砂卵石层中钢板桩难以插打到位，在插打过程中，遇到粒径较大卵石导致无法插打到位的时候，通过采用反复的提起再插打，扰动砂卵石，砂卵石受挤压位移，从而达到设计的入土深度。采用反复的提起再插打还是难以插打到位时，采取对钢板桩桩头进行加固处理和高压水枪进行引孔。采用专用钢板桩内焊接两根钢管，一根气管一根水管，分别通压缩空气和高压水进行引孔。
②钢板桩插打垂直度偏差大。首根钢板桩插打应从两个相互垂直的方向同时控制，且应紧靠围囹边缘徐徐下降，待插入河床后，用L型卡具限制钢板桩侧向和外向偏移，L型卡具与围囹进行临时固定。
③围堰合拢问题。围堰合拢采取根据现场角部两临近板桩的距离和倾斜情况特制角桩，确保围堰顺利合拢。
4.4开挖、抽水堵漏
钢板桩插打完，即进行基坑开挖和抽水施工。须加设内支撑，先支撑再开挖和抽水，并检查各节点是否顶紧，防止开挖和抽水而出现事故。开挖和抽水速度不能过快，且要随时观察钢板桩围堰的变化情况。当锁口不紧密漏水时，用棉絮等在内侧嵌塞，在桩脚漏水处，采用混凝土封底等措施堵漏。
4.5工况顺序
该基坑的施工工况顺序如图5所示：
4.6拔桩
承台、墩身施工完后。拆除承台、墩身模板，进行钢板桩拔除施工。
钢板桩拔桩前．先将围堰内的支撑，从下到上陆续拆除，并陆续灌水至围堰外水位，使内外水压平衡，使扳桩挤压力消失，用拔桩机夹住钢板桩头部振动1min～2min，使钢板桩周围的土松动，产生“液化”，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。
5结语
通过采用反复的提起再插打，扰动砂卵石，砂卵石受挤压位移，从而达到设计的入土深度。通过改进钢板桩桩头和制作专用引孔设备，使钢板桩在超厚砂卵石层地质条件下插打困难等问题迎刃而解。
钢板桩围堰自身止水效果好。较新的钢板桩沉桩后锁口处止水良好, 基本上不要作大的处理。
采用钢板桩围堰的第一道支撑作为钢板桩的定位系统，可以精确的控制围堰位置和保证钢板桩插打的垂直度。
施工前期，编制了钢套箱法、沉井等方案进行比较。这些方法不仅工期长造价高，且施工困难，后经仔细研究和多方面论证比选，决定采用本方案。本工程的岭下大桥、渡头大桥、小港1号桥、小港2号桥、方巷桥主墩和桥台均采用了钢板桩围堰施工,事实证明在超厚砂卵石地层水中深基坑采用钢板桩围堰十分成功．取得了非常好的效果。操作简单,平均45d 周转一次,周转快,大大节省了工期,节约了成本,为项目创造了效益。因此对于类似地质、水文条件的工程，本案值得借鉴与参考。
参考文献
[1] JTG D63-2007 公路桥涵地基与基础设计规范[S]；
[2] JTS 167-4-2012 港口工程桩基规范[S]；
[3] JTS167-3-2009板桩码头设计与施工规范[S]；
作者简介：郑诚（1986），男，本科，工程师，主要从事项目管理和施工技术工作。
论文作者:郑诚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/5/14
标签：围堰论文; 钢板论文; 卵石论文; 沉井论文; 基坑论文; 方案论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;