大型钢板桩围堰施工技术总结

陈建利 赵彪

【摘要】乌达国道110线黄河特大桥主墩大型钢板桩围堰施工难点及解决方法。

【关键字】钢板桩下沉、内支撑安装、水下封底、体系转化

乌达国道110线黄河特大桥主墩钢板桩围堰的平面尺寸为：37.2×20.4m，，钢板桩长21m，开挖深度为12m。围堰桩顶标高为1076m，桩底标高1055m，现地面标高为1073m，钢板桩要打入地面以下18m。

所以该围堰无论是从平面尺寸还是钢板桩长度来说都都属于大型钢板桩围堰了。大型钢板桩围堰的施工是非常的有难度的或者说是非常的复杂的。比如钢板桩的打入、内支撑的安装、围堰内的开挖、封底等等各个施工环节都有其施工难点。下面我逐一的介绍一下该围堰施工过程中遇到的困难以及解决的办法。

在钢板桩的打设过程中我们遇到的困难是：钢板桩不能打到位，有的差几十公分有的差几米。乌达黄河特大桥主墩处地层为全新统冲、洪积成因的砂类土、卵砾石土。对于钢板桩的打设穿透卵砾石土层是非常困难的，为了解决这个问题，我们采取方法有：

1、用旋挖钻引孔换填。如果钢板桩的打入深度完全引孔换填的话，钢板桩的打设将会变得容易，但是这样引孔的时间和所花费的费用将增加，为了节约成本该项目最初决定引孔深度为穿透卵砾石土层（大约引孔深度为13.0m）。但是这个决定被后来证实是个错误的决定。因为虽然已经引孔了13米并且穿透了卵砾石层，但是卵砾石层下是板砂层，当钢板桩施工到板砂层时钢板桩在振动锤的振动下强烈的反弹就是不能下沉，持续振动10分钟钢板桩的贯入度不到1cm，给钢板桩的施打带来非常大的困难；

2、采用击振力大的振动锤。开始我们用DZ120型振动锤施打钢板桩，但是由于有5米的板砂层没有引孔，钢板桩又过长，导致DZ120型振动锤的振动力不能把钢板桩打到位，为此我们更换成DZ150型振动锤，DZ150型振动锤施打的结果仅仅比DZ120型振动锤多打近1米左右，钢板桩还不能完全打不到位；

3、高压射水辅助沉桩法：由于更换成大的振动锤还是不能打到位，于是又想到采用高压射水辅助沉桩的方法，即在每片要施打的钢板桩上焊一根水管，水管与高压泵相连，在振动锤震动过程中高压泵同时泵水，把水送到施打的钢板桩前端，对钢板桩前端的土层进行液化减小摩阻力，从而把钢板桩打到位。高压射水辅助沉桩的方法被证实在这种板砂层或是密实的卵石图层还是很有效果的。多种方法并用，经过一个多月的努力我们把钢板桩围堰成功合拢。

围堰合拢后要进行开挖作业，开挖作业要严格遵循“先撑后挖，分层开挖，严禁超挖”的原则。第一层的围囹和支撑管桩安装好后，进行开挖作业，直到开挖到第二层支撑下的50cm处，安装第二层的围囹和支撑杆件，依次安装好第三层围囹和支撑管桩。由于围囹杆件长，重量大（最长杆件长20.4m，单个杆件最重为9384kg），对吊装机械设备有严格的要求，又由于场地的影响汽车吊没有作业位置，履带吊也受现场龙门吊的高度限制，围囹的安装也给我们带来不小的麻烦。最后我们采用履带吊与龙门吊相配合的方法把内支撑的安装到位。围堰内的开挖最初确定为用长臂挖掘机进行开挖（这个决定没有问题，但是由于没有充分考虑到地质的原因造成钢板桩好多没有打到位，再有围堰内卵石层厚度又比较大，致使采用臂长19.5米的长臂挖机再后来有点不能满足要求）。由于围堰内护筒的布置及内支撑管桩的布置影响，使得长臂挖机的开挖也不能达到理想的效果，还需要高压水枪射水排污泵向外排沙相配合，但是当排污泵遇到卵石层时就起不到作用了。这时候只能用长臂挖机慢慢的挖，随着开挖深度越来越深，长臂挖机的效率就越来越差。为了加快进度我们放一台小挖机到围堰内，用下挖机挖长臂挖机挖不到的地方，并把挖出来的土放到长臂挖机可以挖到的地方，然后用长臂挖机接力清出来。当能满足安装第三道内支撑时我们安装好第三层的围囹和内支撑，然后采用水下吸泥开挖（在这我想说一下，如果长臂挖机臂长足够的话，还是采用长臂挖机开挖效率比水下吸泥的效率要高）。

水下吸泥就是在围堰内回灌水，通过空压机把空气压缩打进到排沙管，由于存在水压，把吹起来的泥浆排出。排沙管的直径受卵石粒径大小和空压机功率的影响。开始我们加工了Φ200mm的排沙管由一台24m3/s的空压机配套打气，但是发现现场的卵石粒径有很多超过了20cm，这样Φ200mm的排沙管就不能满足要求了，致使我们最初的方案被否，给我们带来一个新的难题。解决这个难题的方法是：我们把两台空压机并在一起，像一根管子打气，把排沙管的直径变大到Φ325mm，结果效果还可以。排沙管的空压比满足要求即：吸出大粒径的卵石的力量足够，排出大粒径的石头空间也能够满足要求。

水下吸泥到位后下一步的工作就是水下封底了，水下封底之前要做后水下封底方案，根据料斗的大小、混凝土的泵送量、混凝土的搅拌质量等多方面因素的综合考虑来制定出导管的布置个数、布置间距、起始点等具体的实施方案。水下封底开始后要密切注意封底的高度，做到勤测量、勤观察，避免封底过高、漏封、封底高度不够等情况发生，为后期工作带来大麻烦。水下封底完成后根据同条件下试块的强度来确定水下混凝土的强度是否满足抽水的条件。当强度达到后抽干围堰内的水，观察封底的质量，是否有局部的管涌或漏水，是否影响整个围堰的安全。在确定了围堰安全后，就可以移交给甲方使用了。

由于支撑管桩影响承台的施工，需要我们在承台第一次浇筑完成后拆除第三层的内支撑及围囹，在这我想强调的是注意回填的事项，第一层承台浇筑好拆除模板后，承台与钢板桩之间的空隙必须回填，回填完成后我们才着手拆除第三层的内支撑及围囹，然后依次類推承台全部施工完毕，回填到位后再拆除第二道内支撑和围囹。由于第一层的内支撑管桩影响墩身的施工，所以该围堰在拆除第一层内支撑前还需要做体系的转换，防止钢板桩变形过大以及墩身施工过程中存在安全隐患。体系的转换利用承台上预埋钢板，用斜撑替换掉妨碍墩身施工的支撑管桩。墩身施工完毕后再拆除斜撑和第一道内支撑。围堰回灌水，进行钢板桩拔除作业。整个钢板桩围堰工程施工结束。