钢板桩围堰在深水基坑中的应用

钢板桩围堰在深水基坑中的应用

王小虎

中铁十五局集团第一工程有限公司陕西省西安市710016

摘要：钢板桩围堰施工是指运用钢板桩在基坑施工的过程中起到围护隔离作用实现基坑支护以便进行基坑施工过程的作业方法。钢板桩围堰施工方法具有施工速度快、具有一定抗倾覆能力、止水效果好、占用作业空间小、施工便捷等优点，因此广泛应用于桥梁工程、码头、导流堤、地基、防渗墙、挡水墙基础开挖等临时性防护工程。本论文以沙颍河大桥工程的实施为例，介绍钢板桩围堰在深水基础中的应用。

关键词：钢板桩围堰；深水基坑；技术应用

引言：钢板桩围堰适用于地质条件比较好，且水深10m以内的工程。当进行水工建筑，且施工面积很大时，经常做成构体围堰。我国近年来吸收了外国的先进技术，工程技术得到了极大的发展。本文对深水基础中钢板桩围堰施工技术做出了一定的介绍。

一、工程概况

沙颍河大桥桥长824.5m，其中桥梁主跨采用连续梁（75+128+75）m形式。主跨主墩水深均在6.0m以上，设计为低桩承台。综合考虑施工区域内的地质、水文等自然条件，并结合现场的施工技术装备和施工经验，承台采用24m长拉森Ⅳ钢板桩围堰施工方案。基坑长26.2m*宽23.2m深水围堰，水面以上预留钢板桩1.5m长，从水面算开挖约14m，水下封底混凝土厚2m。

图1-1钢板桩围堰示意图

二、对钢板桩施工的要求

在选择钢板桩时，要根据具体的实际情况，在综合考虑施工条件、安全施工、地质情况之后，选择相适应的钢板桩，并对钢板桩围堰进行验算。对于钢板桩插打必须要进入不透水层以下，板桩围堰的尺寸一般比承台尺寸大1.0～1.5m，以便在承台施工时留有足够工作空间。在对基坑护壁钢板桩的平面进行布置时，应该尽量保证平直整齐，这样有利标准钢板桩的利用和支撑设置。此外在对钢板桩进行安装时还要保证周圈咬合紧密，有止水措施。围堰内侧四周圈采用双拼H型钢，分五层围檩支护形式。围堰基底采用C25水下混凝土进行封底。在进行整个基础施工期间，不能碰撞或者任意拆除支撑，除此之外，禁止在支撑上进行任意切割和电焊。

三、在插打前要进行的准备工作

3.1完成设备进场

根据钢围堰结构设计要求，要组织钢板桩及内支撑型钢梁材料进场。进场之后，要检查钢板桩。修整其中变形较大或受力损伤的结构件。如果经过修整还是达不到闭水的要求，应该及时做出更换。如果是要对新制钢结构、钢板桩进行计算，必须严格依据计算图示进行，可以使用等强度结构进行代换。

3.2对振动锤要进行仔细的检查

振动锤对打拔钢板桩来说，是一个十分重要的设备，在打拔前一定要进行专门检查，以保证其线路畅通，能够正常运行。

3.3要对钢板桩进行处理

同一围堰的钢板桩尽量使用同样的锁口，要提前计算出要使用钢板桩的数量，再进行物资的购买。在进行检查时，要排除锁口破裂、扭曲、变形的钢板桩，去除钢板桩表面因为留下的残渣瘤。此外还可以在钢板桩锁口内涂抹黄油以减少插打时锁口间的摩擦以及减少钢板桩围堰的渗漏。

四、钢板桩围堰施工方案

4.1钢板桩的插打施工

钢板桩利用浮吊、配合振动锤逐根插打。插打前在导向架上设置限位装置，限位装置采用型钢加劲板形成，大小比钢板桩每边放大1cm，插打时，钢板桩桩背紧靠导向架，边插边打将吊钩缓慢下放，这时在相互垂直的两个方向用全站仪进行观测，以确保钢板桩插正、插直。插打过程中，遵守:”插桩正直，分散即纠，调整合拢”的施工要求。

4.2钢板桩的合拢施工

合拢前的准备：钢板桩合拢应选择在角桩附近（一般离角桩4～5片），如果距离有差距，可调整合拢边相邻一边离导向架的距离。插打至合拢面时，应精确丈量尺寸，考虑到钢板桩锁口的间隙和钢板桩本身的性能，合拢面尺寸应大于理论尺寸15～20cm为宜，避免合拢口尺寸过小；再根据钢板桩的宽度，计算出所需钢板桩的片数，按此确定下一步钢板材如何插打（是增加钢板桩，还是钢板桩插打时向外绕圆弧）。

合拢时桩的调整处理：为了便于合拢，与合拢口相邻的10～15片钢板桩采取先插至桩的稳定高度（保证钢板桩自身稳定即可），主要有利于钢板桩的调整。并且合拢处的两片桩应一高一低，便于插桩，待合拢后，再将桩打至设计标高。方形钢围堰有4个面，打完的每一片钢板桩都要沿导向架的法线和切线方向垂直。为了防止合拢处两片桩不在一个平面内，一定要调整好角桩方向，让其一面锁口与对面的钢板桩锁口尽量保持平行。

4.3水下混凝土封底

钢板桩围堰合拢后使用抓斗配合吸泥机对堰内河床进行开挖，开挖至设计标高后，由潜水员对钢板桩围堰外侧基底情况及堰内的情况进行准确检查，按照检查结果安排机械对基底进行修整。封底混凝土的施工平台利用钻孔时的施工平台，在平台工字钢间隙，布置6根ø325mm混凝土灌注导管。每根导管配备一个2.0m3的砼漏斗，在混凝土灌筑时使用。

封底混凝土采用垂直导管法灌注水下混凝土，首灌保证导管下端埋入混凝土堆内至少1.00m以上。在灌筑过程中在布置的测量点对基底的混凝土面进行检查，保证基底混凝土面的平整。

4.4安装内支撑

当围堰合拢并完成水下混凝土封底后，抽水施工前还须进行内支撑的安装，以防水压力过大影响围堰内的施工安全。

每道围檩采用双拼40H型钢，内支撑采用Ø608螺旋管，内支撑的设置，除了考虑受力外，还应考虑不妨碍堰内施工。内支撑自上而下设置，常水位31.5m，第一道围檩设置与常水位同一个平面，上层3道围檩之间较大，围堰外侧为水压力，下层2道围檩之间距离较小，围堰外侧为土压力。围堰安装，当水抽至双拼围檩下边檐0.5m，停止抽水，开始安装围檩，一次安装完成5道。根据水压力和土压力计算决定支撑数量。围堰内用抽水机排水，抽水机采用大于围堰内渗水量的1.5～2.0倍（抽完后留1～2台备用）。

钢围堰在抽排水时必须及时实施堵漏处理，一般的做法是在钢板桩施打过程中用棉絮、黄油等填充物填塞接缝；也可在钢板桩全部插打完毕开始抽水安装围檩时，采用一边抽水一边顺着钢板桩的接缝下溜较干细砂的方法，借助水压力将细砂吸入接逢内而达到堵漏的目的。对于变形较大的接缝在围囹安装后用棉絮塞填。

五、施工工艺

5.1技术准备

①根据施工图纸要求，调研施工现场的地质、水文资料，根据基础结构尺寸及设计高程，确定围堰形状和平面尺寸，进行施工设计计算，确定钢板桩插打深度，围檩层数及结构形式，施工流程，在保证安全、可靠、经济、合理的前提下，编制设计图及验算书，注意调整内支撑层间距与主体工程施工工作面位置关系，编制专项施工方案并审批，对重大围堰需进行专家评审。

②围堰钢板桩插打前，必须对钢板桩插打范围的障碍物进行勘探、调查，必要时通过潜水作业进行水下清理或对涉及第三方的管线管道进行迁改，以确保钢板桩的顺利插打，保证围堰的平面尺寸位置。

③根据钢板桩插打深度、现场水文地质条件、现场施工场地条件合理选择施工机械及震动锤大小，配备施工电路专线。施工前采用拟选机械设备试打2根左右桩，检测施工方案中机械选型是否满足要求。

④新钢板桩验收时应备有出厂合格证，机械性能和尺寸符合相关技术标准的规定。经整修或焊接后的钢板桩应用同类型的钢板桩锁口通过试验检查。验收或整修后的钢板桩应分类、编号、登记存放。钢板桩堆存、搬运、起吊时，不得损坏锁口和由于自重而引起残余变形，试打前需用2m长同型号的标准检测桩，检查每个钢板桩锁扣的完整性,保障施打过程不“卡桩”，提高围堰的止水效果。钢管桩锁扣一般情况需要现场加工，一侧焊公扣如工字钢形，对称侧焊母扣如双对面槽钢形或将小圆管割一道穿插缝。

图5-4振动锤试打图5-5履带吊试打

③“引孔”设备：常见的有螺旋钻引孔，“水刀”引孔。长度大于15m的超长钢板桩需要穿透深层不透水硬质、硬塑地质层，往往震动锤的震动力不足以穿透该地层或施打进度缓慢不能满足施工进度要求，若选择功率较大的震动锤，会将桩口夹劈裂，锁口破损，不能顺利地将钢板桩插打到设计桩底标高位置，需要采用引孔辅助措施。

④螺旋钻引孔：将需要试打的桩位提前钻孔，透过坚硬层后，再用震动锤正常施打（如图5-6、图5-7）。

图5-8“水刀”桩图5-9高压水泵增压设备

⑥陆上围堰施工多数用挖机或长臂挖机出土，自卸汽车倒运弃土；水中围堰可采用干挖和吸泥开挖方式。

⑦主要机具设备：履带吊、吊车、振动锤、长臂挖机、自卸车、泥浆泵、水泵、电焊机、气割设备、小型起重设备等。

5.3材料准备

根据计算结果合理选择钢板桩、钢管桩类型，钢板桩一般选用拉森型、钢管桩一般选用螺旋管母材加焊锁扣；内支撑结构形式材料大小、型号，支撑牛腿等。

钢板桩围堰：钢板桩（拉森型）、工字钢、螺旋管、钢板、槽钢等。

六、结束语

桥梁水中墩钢板桩围堰施工技术，是桥梁基础施工的一个十分重要的组成部分，它可以直接影响桥梁整体的质量。因此我们要结合具体的实际，不断进行创新，重视工程在各个环节的质量，进行科学规范的管理，不断促进我国桥梁建设水平的提高。

参考文献：

[1]王路少,谢光宇.深水钢板桩围堰施工新技术研究[J].吉林水利,2017(11)

[2]王文印,张璐,杨学臻,张玉宝.深水基础钢板桩围堰施工技术[J].上海铁道科技,2017(02)

[3]蒋彦鹏.赣江特大桥钢板桩围堰施工技术[J].建筑知识,2017,37(07)

[4]张海燕.钢板桩围堰封底混凝土优化施工[J].铁道建筑,2017(03)