五河定淮淮河特大桥大直径圆形钢板桩围堰施工分析

梁学平

【摘 要】 五河定淮淮河特大桥20#墩承台施工采用圆形钢板桩围堰，围堰直径达31.333m，内由七道围檩支撑，施工难度较大，是目前安徽省建成最大的圆形钢板桩围堰，针对钢板桩施工存在的问题进行了分析研究：

（1）圆形钢板桩围堰施工的工艺流程。

（2）钢板桩施工遇到的问题及处理方案。

【关键词】 钢板桩；大直径圆形围堰；施工方法；质量控制

一、工程概况

根据定淮淮河特大桥桥位处的水文地质情况，进行了钢板桩围堰施工方案的结构设计，根据施工进度计划，主桥20#承台施工周期在枯水季节期，根据现场的施工条件、施工图纸及岩土工程勘察报告，结合拉森钢板桩宽度适中，抗弯性能好、施工安全等方面考虑，20#主墩打设水中钢板桩围堰，围堰采用直径31.333m的圆形，总高度为27m，其顶面控制标高为+17.0m，桩底标高为-10.0m。钢板桩选用德国单面拉森S-IV型，套型锁口，锁口内涂上润滑黄油，两桩锁口联结转角10～15°，摩阻力小，防渗性较好，钢板桩周圈咬合紧密，止水效果好。

经设计计算，围堰基坑开挖深度16.9m，开挖尺寸为31.333m直径圆形，围堰为从上而下共布置七道环形钢围檩，第一、二、三道围檩均采用单根H型钢（700×300×13×24），支撑连杆采用H型钢（300×150×6.5×9）；第四、五、六、七道围檩采用两根H型钢（700×300×13×24）双拼，支撑连杆采用单根H型钢（300×150×6.5×9），内侧环形支撑采用H型钢（300×150×6.5×9）。第一道围檩的底面与设计防洪水位平齐，第一至第四道围檩中心距2.8m，第四道围檩至第五道围檩2.0m，第五道围檩至第六道围檩1.6m，第六道围檩至第七道围檩1.7m。第1道支撑距围堰顶0.300m；第2道距围堰顶3.1m；第3道距围堰顶5.9m；第4道距围堰顶8.7m；第5道距围堰顶10.7m；第6道距围堰顶12.3m，第7道距围堰顶14.0m。（如图1.1）

二、圆形钢板桩围堰的施工工艺

（一）桩的进场检测

将新旧钢板桩运到工地后，详细对其检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长2～3m的短桩做通过试验，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；在焊接时，先对焊，再焊接加固板。

（二）施工放样及施打定位桩

将施工区域控制点标明并经过复核无误后，对钢栈桥进行拆除为钢板桩施工提供空间。钢管立柱定位及插打以现有HN700*300H型钢搭设打桩施工平台（如图2.2.1），采用全站仪在限位器上准确放出控制坐标点后打入钢管桩作为定位桩，打桩时在互相垂直的2个方向用吊用垂球吊线，将管桩的倾斜度控制在1%以内（如图2.2.2）。在钢管桩露出水面部分刷上标志并焊上牛腿，作为打桩导向位置及高程控制标志。设计时应考虑第一道围檩牛腿位置和施工水位的关系，避免水下焊接的施工。

图2.2.1 打桩施工平台图 图2.2.2 钢管立柱插打

（三）导向框安装

安装导向框时应注意以下几点：

1）导向框架由I36型钢组成，分为内外导向，其中间空挡为钢板桩的插打位置。本工程导向架的安装，先打定位桩在桩上做第一道围檩，以第一道围檩和外围的导向架为钢板桩的定位装置。导框现场分段制作，在钢栈桥上组装，固定在定位桩上（如图2.3.1）。

2）导向框的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效。

3）导向框不能随着钢板桩的打设而产生位移和变形。

4）外围导向框循环利用。

图2.3.1 导向架图

（四）圆形钢围堰打桩顺序选取

从图2.4.1中看出，a与b较c少一个合拢点，b的累计误差大于c、a，a、b都可能在合拢前遭受回流影响而使桩脚外移，造成合拢困难；c受回流影响较小，在流速较大处，用c式插打。在a式插打方式中，由两侧对称向下游按顺序加插，到下游合拢，两侧增插数大致相等，最多允许相差8根。本工程施工时为淮河枯水期水流缓慢，通过以上分析故采用a种顺序插打。

图2.4.1 钢板桩开始合拢位置示意图

（五）首片刚板桩插打

为了确保插打位置准确，第一片钢板桩是插打的关键。在导向架上设置一个限桩框架（如图2.5.1），大小比钢板桩每边放大1cm，插打时钢板桩背紧靠导向架，边插打边将吊钩缓慢下放。这时应在互相垂直的2个方向用吊用垂球吊线，将钢板桩的倾斜度控制在1%以内，超过限定的倾斜度应纠偏插打。现场控制，以确保钢板桩插正、插直，然后以第1根钢板桩为基准，再向两边对称插打钢板桩。

图2.5.1 限桩器

（六）钢板桩的插打

钢板桩检查合格后，由履带吊调至栈桥上，按插桩顺序堆码，最多允许堆放四层，每层用垫木隔开，高差不得大于10mm，上下层垫木中线要在同一垂直线上，允许误差不得大于20mm。安插钢板桩使用履带吊对钢板桩进行水平和垂直运输，将钢板桩运至指定位置，然后运用小钩吊钩的吊起和放下，使钢板桩成垂直状态，吊起后用人工扶持插入前一块锁口后继续下插。起吊作业时，钢板桩下部须设缆风绳人工控制。这时应在互相垂直的2个方向用吊用垂球吊线，将钢板桩的倾斜度控制在1%以内，超过限定的倾斜度应纠偏（一次性纠偏不能太多，以免锁口卡住，影响下一片钢板桩的插打）。最先施工的钢板桩不得一次性到位，由于钢板桩锁扣的摩擦力，会出现打入后一片时带动上一片一起下沉。施工时往往打至比設计标高高30cm～50cm时停止，然后施工下一片，以此类推。至打完一侧时，然后调整标高。（见下图2.6.1）

（七）合拢前的准备

在即将合拢时，开始测量并计算出钢板桩底部的直线距离，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桩如何插打（即是增加钢板桩，还是钢板桩插打时向外绕圆弧）。

（八）合拢时桩的调整处理

为了便于合拢，合拢处的两片桩应一高一低，合拢时往往出现“上小下大”（下端有土挤压，上端是自由的）的情况，因此在合拢两边都差4-6根桩的距离时，两边各打入异型桩，使合拢桩的两边接近平行时，再将合拢桩插入，打到设计标高。

三、钢板桩施工难点及处理办法

（一）打桩阻力过大不易贯入

这由两种原因造成。一是在坚实的砂层或砂砾层中打桩，桩的阻力过大；二是钢板桩连接锁口锈蚀，变形：致使板桩不能顺利沿锁口而下。

对第一种原因，需在打桩前对地质情况作详细分析，充分研究贯入的可能性，在施工时可伴以高压冲水或振动法沉桩，不能用锤硬打；

第二种原因，应在打桩前对板桩逐根检查，有锈蚀或变形的及时调整。还可在锁口内涂以油脂，以减少阻力（锁口内嵌填黄油沥青混合料，重量配合比为：黄油：沥青：干锯末：干粘土=2：2：2：1），以减少插打时的摩阻力，并加强锁扣防渗性能（如图3.1.1）。

图3.1.1 涂油脂与不涂油脂的贯入情况比较

1.—单根板桩；2.—拼接的板桩（锁口有润滑油）；3.—拼接的板桩（锁扣无润滑油）

1.‘水刀的使用

本工程由于在坚实的砂层打桩，桩的阻力过大，钢板桩难以打到设计标高，为此我项目部采用“水刀”引孔的方法，实施后效果显著。

1）加工“水刀”（如图3.1.1.1）。在钢板桩内侧安装2根直径为2公分的钢管，钢板桩上部与高压水泵相连，钢板桩下部加工成三角形，桩尖设置高压水喷头（如图3.1.1.2）。

2）“水刀”引孔。“水刀”对槽打到设计标高，抽出“水刀”，再将要打钢板桩对槽打下。

原理分析：钢板桩下部三角形能减小桩的阻力，高压水射流使土壤疏松，并带走松散的土石，使桩尖的阻力降低，并降低桩表面及锁扣处的摩擦力，从而易于沉桩、减少桩、设备的损坏。

图3.1.1.1 “水刀”图 图3.1.1.2 三角形桩头和高压水枪头

（二）钢板桩向打桩方向倾斜

在软土中打板桩时，由于连接锁口处的阻力大于板桩周围的土体阻力，形成个不均衡力，使板桩向前进方向倾斜.这种倾斜要尽早调整，可用卷扬机钢索将板桩反向拉住后再锤击，或可以改变锤击方向（如图3.2.1）。当倾斜过大，靠上述方法不能纠正时，根据倾斜的实际尺寸制造楔形钢板桩。但要控制异形钢板桩上下宽度之差不超过桩长的2%。达到纠偏的目的（如图3.2.2）。

图3.2.1 板桩倾斜及钢索纠偏 图3.2.2 楔形钢板桩纠偏

1.楔形钢板桩的加工使用

当多根钢板桩累计倾斜过大时，靠上述方法不能纠正，根据倾斜的角度制作楔形钢板桩，使桩位的倾斜大幅减小，桩位趋于垂直。

1）确定楔形钢板桩的宽度。水平尺于地平面垂直，一端靠在倾斜的钢板桩上，量下端水平尺于钢板桩的水平距离，根据相似三角形的原理确定异型桩的宽度。

如水平尺1m位置，水平尺于钢板桩的水平距离为3cm，则24m刚板桩下口为72cm。

2）加工楔形钢板桩。

a）将钢板桩从中间位置割开，割50cm留3-5cm，钢板桩为锰钢，防止温度过高，钢板桩变形过大，不易焊接（如图3.2.1.1）。

b）根据确定好的下口宽度对钢板桩进行放角，并对位置进行固定（如图3.2.1.2）。

图3.2.1.1 分割钢板桩 图3.2.1.2 定位钢板桩

c）每隔2m用厚为1.6cm宽为30cm的梯形钢板于切开的钢板桩进行焊接，起到支撑的作用（如图3.2.1.3）。

d）在钢板桩内侧焊接厚为1.6cm的钢板，以保证钢板桩的强度（如图3.2.1.4）。

3）插打楔形钢板桩。由于楔形桩体较大，摩擦阻力大，插打时应时刻关注振动锤电流值，不能硬打，减少桩、设备的损坏。

（三）将相邻板桩带入

这种现象常发生在软土中打板桩，当遇到了不明障碍物，孤石或扳桩倾斜等情况时，板桩阻力增加，便会把相邻板桩带人。可以按下列措施处理：

（1）不是一次把板桩打到标高，留一部分在地面，待全部板桩入土后，再把余下部分打人土中。

（2）把相邻板桩焊牢在围擦上。

（3）数根板桩用型钢连在一起。

（4）在连接锁口上涂以黄油等油脂，减少阻力。板桩被带人土中后，应在其顶部焊以同类型的板桩以补充不足的长度。

图3.3.1 完工后围堰俯视图

四、总结

圆形钢板桩围堰有以下主要特点：a、围堰环形内支撑设计对承台施工空间作业便利，围檩为多边形工字型钢联接组成，多边形数越多越接近于圆形，其钢板桩受力越均匀稳定。b、施工工艺、机械组合简单。c、材料占用量少、缩短承台工期，减少施工平台作业面积；圆形围堰内无横纵向交错支撑，对承台钢筋、砼吊运施工无影响从而加快承台施工进度，缩短水下承台施工时间降低施工成本。

随着公路铁路建设大规模开展，涉及钢板桩施工越来越多，对于工程的安全、工期、质量等要求也越来越高。五河定淮淮河特大桥水中大直径圆形钢板桩围堰施工技术，使得工期紧凑，施工组织方便、安全，具有过程可控性，为今后的类似工程起到一定的参考价值。

参考文献：

[1]凌治平.易经武.基础工程[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]史佩棟.实用桩基工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.