钢板桩围堰在大型深水承台施工中的应用

【摘 要】滨北线松花江公铁两用桥改建工程主桥为19#--31#墩间12跨钢桁梁，孔跨布置为：2-96m简支钢桁梁+（96m+2×144m+96m）连续钢桁梁+6-96m简支钢桁梁。下部结构为钻孔桩基础，承台施工采用钢板桩围堰。本文介绍钢板桩围堰在23#主墩大型深水基础施工中的应用。

【关键词】钢板桩围堰 深水承台 施工 应用

1 工程概况

23#墩为滨北线松花江桥的主墩，基础采用18根2.0m钻孔桩，承台结构尺寸为29.7m×13.6m×5m，承台底标高为+104.574m，施工水位为+118m。

23#墩位于松花江南侧主航道中，水深14米，最大流速为1.9m/s，最小流速为0.536m/s，岸边流速一般为1.14m/s。

松花江属于季节性封冻河流，具有明显的季节性和地域性，每年11月中旬至翌年4月上旬为封冻期。

2 施工方案研究

滨北线松花江桥23#墩承台施工为深水承台施工，水深达10m，围堰内外水头差达13m。由于冬季有长达五个月封冻期不能进行施工，结合2014年施工计划，留给承台施工时间只有两个月。由于新建桥梁与既有老桥间间距仅有50米，业主要求按照营业线施工要求进行现场管理，同时，23#墩位于松花江主航道上，施工空间受到了限制。

根据23#墩承台结构、施工环境、工期和成本等方面综合因素，项目部对双壁钢围堰、钢管桩围堰、钢板桩围堰三个方案进行了研究，分析了各方案的优缺点，具体见表-1 围堰施工方案比选。

表-1 围堰施工方案比选

序 号 方 案 优 点 缺 点

1 双壁钢围堰 1、结构封闭稳定，整体效果好；2、防水效果好，安全性高 1、工程总量大，材料耗费多；2、制造安装时间长，不能满足工期要求。

2 钢管桩围堰 1、刚度大能有效抵抗水土侧压力

2、安全性高 1、施工投入大，管桩回收量小，材料耗费多；2、管桩下沉困难；3、新型围堰，无施工参考经验，风险大。

3 钢板桩围堰 1、工艺成熟施工快捷，工期有保证；2、施工成本小，材料可全部回收。 1、围堰整体性、防水效果较差；2、围堰易漏水，存在一定施工风险。

根据三个围堰施工方案的对比分析，双壁钢围堰投入大，工期不能满足要求；钢管桩围堰和钢板桩围堰均存在施工风险，但钢板桩围堰施工工期先对较短，投入较小，故选用钢板桩围堰方案。

图（一） 围堰布置立面图

图（二）围堰布置平面图

3 钢板桩围堰设计

根据23#墩墩位处的水文、地质情况，钢板桩采用拉森Ⅵ型钢板桩围堰，每m钢板桩截面特性：W=3820cm3，A=306cm2；底层圈梁采用2HN900×300，内支撑采用φ820×10钢管；顶层圈梁采用2I32a，内支撑采用φ426×6钢管。如图（一、二）所示。钢板桩围堰内支撑采用水下安装。

3.1确定围堰封底混凝土厚度

围堰封底抽水后，封底混凝土需承受水头差引起的向上浮力。封底混凝土采用C25水下混凝土，容重γ=24kN/m3。钢板桩围堰、钢护筒与封底混凝土之间的摩擦力作为抗浮支承，经计算封底混凝土厚度为3.0m。

3.2钢板桩计算

23#墩钢板桩设置两道内支撑，钢板桩受力验算总共分二个工况考虑。取1m宽钢板桩计算。

（1）工况一：安装完两道内支撑后，围堰开挖至+102.574m，准备水下封底。钢板桩主要承受主动土压力及被动土压力。采用等值梁法计算确定钢板桩的入土深度及选取钢板桩长度。

（2）工况二：封底混凝土达到强度后抽水，准备承台施工，此时钢板桩受力最为不利，验算钢板桩应力。

（3）工况三：承台混凝土浇筑完成后，进行体系转换，拆除最下一道内支撑，将其转换至承台上。

3.3圈梁及内支撑计算

在工况二条件下，圈梁受力最大，验算圈梁及内支撑受力。

3.4设计要点

钢板桩围堰在整个承台施工周期过程中经历多种工况，在设计过程中，各种工况下围堰所承受的荷载类型、大小必须充分考虑，选择在不同工况下的受力，并依此建立计算模型进行分析，得出计算结果，便于对钢板桩、导梁和支撑的材料选择，做到结构安全，经济。

内支撑是主要受力结构，必须结合现场实际情况进行设置，方便施工；另外需结合本工程特点，合理布置内支撑，减小钢板桩的局部变形，提高钢板桩止水效果。

4 钢板桩围堰施工

结合滨北线松花江桥项目实际，相对于双壁钢围堰，钢板桩围堰的优点十分显著：可较好的规避水下障碍物，尤其是较大的障碍物，另外23#墩围堰内外水头差达13m，为加快施工进度，在内支撑安装同时进行吸泥开挖施工，以及在承台模板拆除的同时利用钢管支撑在钢板桩与承台之间进行体系转换，从而减短施工时间。钢板桩围堰的施工方案如下：

4.1钢板桩插打施工准备

（1）振动锤检查：振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要进行专门检查，确保线路畅通，功能正常，夹板牙齿不能有太多磨损；

（2）涂刷黄油混合物油膏：为了减少插打时锁口间的摩擦和减少钢板桩围堰的渗漏，在钢板桩锁口内涂抹黄油混合物油膏（重量配合比为：黄油：沥青：干锯末：干粘土=2：2：2：1）；

（3）由于板桩较长，插打的第1根板桩需作加强处理。

4.2钢板桩插打

钢板桩插打选用履带吊、震动打桩机及液压锤进行插打作业。水上钢板桩插打之前，在钻孔桩外侧的钢护筒上焊接牛腿，安装第一道支撑圈梁，作为钢板桩插打时的导向架，以控制钢板桩的平面尺寸和垂直度。第一片钢板桩是钢板桩插打的关键，位置选择在上游中心处，为了确保每一片钢板桩插打准确，插打前在导向架上设置限位装置，大小比钢板桩每边放大1cm，插打时，钢板桩桩背紧靠导向架，边插边将吊钩缓慢下放，这时在相互垂直的两个方向用锤球进行观测，以确保钢板桩插正、插直，通过检测确定第一片钢板桩插打合格后，以其为基准，再向两边对称插打钢板桩到设计位置。钢板桩插打从上游端开始，沿两侧向下游端进行，最后在下游端闭合。插打分两阶段进行，先进行预打，形成闭合结构后，再复打到位。由于围堰大，钢板桩数量多，锁口间隔累计增大，施打围堰时，钢板桩容易倾斜，因此，每次打插完5片，用短钢筋头将钢板桩点焊固定于内导向框上，减少累积偏斜位移，利于围堰合拢，插打过程中，须遵守“插桩正直，分散即纠，调整合龙”的施工要点。

4.3围堰合龙

在合拢前剩最后5～7片钢板桩未插打时，开始测量并计算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。钢板桩围堰在合拢时，两侧锁口不一定平行，会出现上大下小或上小下大，左右偏移等情况，采用如下措施进行调整：

（1）合拢口尺寸上下都大时，在合拢口两侧钢板桩上点焊上下平行吊耳，位置及数量根据尺寸大小的差值而定，利用倒链滑车相向对拉，直至符合要求为止。

（2）合拢口上大下小时，只在合拢口两侧钢板桩上部点焊吊耳，位置及数量根据尺寸大小的差值而定，利用倒链滑车相向对位，直至符合要求为止。

（3）合拢口上小下大时，只在合拢口两侧钢板桩上部点焊上下平行吊耳，位置及数量根据尺寸大小的差值而定，利用倒链滑车向上部进行反向外拉，下部相向对拉，直至符合要求为止。

（4）合拢口尺寸上下都小时，在合拢口两侧钢板桩上点焊上下平行吊耳，位置及数量根据尺寸大小的差值而定，利用倒链滑车反向外拉，直至符合要求为止。

钢板桩围堰整体刚度相对较差，在围堰插打完成后应定期对围堰四周进行河床高程测量，确保钢板桩满足入土深度的要求，当冲刷过大时可采用抛填片石措施，防止过度冲刷。

4.4围堰内吸泥及内支撑体系安装

钢板桩插打完成后，制作拼装内支撑，同时安装连接吸泥设备，采取内支撑安装于吸泥同步的施工方法，缩短施工工期。

（1）钢板桩合龙后焊接牛腿，安装底层内支撑，同步安装吸泥设备。

（2）安装下放平台、扁担及千斤顶，调整吸泥设备并开始吸泥。

（3）割除内支撑支撑牛腿，钢丝绳吊挂第二道内支撑，采用千斤顶进行下放；下放同时在圈梁四个角栓测量绳，技术人员同步测量，对下放过程进行监控。

（4）底层内支撑下放到位后，将其吊挂于钢护筒上，潜水员水下检查，钢板桩与圈梁之间的空隙逐个用提前加工的钢楔块塞紧，使钢板桩受力传递至内支撑系统。

（5）底层内支撑下放安装完成后，安装第一道内支撑，同时吸泥施工，清基达到设计标高。

4.5钢板桩止水堵漏

钢板桩围堰经常在板桩间出现漏水情况，针对漏水采用的简易快速止水方法是：将级配粗砂、锯沫粉、水泥按一定比例调和，在钢板桩漏水的部位外侧视漏水严重程度，采用人工用锹抛投，或者通过特制堵漏管道，利用漏水点的水流压力将调好的堵漏材料吸进漏水的钢板桩锁口缝隙中，将其填充密实，达到止水效果。

4.6围堰封底混凝土浇筑

挖土、清基工作完成后，进行围堰封底工作。

封底混凝土采用C25水下混凝土。封底混凝土采用垂直导管法灌注，导管数量及在平面上的布置应使各导管的有效灌注半径互相搭接，并覆盖基底全范围。围堰封底时，共需设置18根导管，单根导管内径为300mm，长约18米，为使钢板桩与水下封底混凝土有良好结合，围堰四周导管的布置应较中间密集。封底砼由低处向高处，由四周向中间的顺序，分期分批开灌，尽量使混凝土流动不要太远，封底混凝土达到需要的强度前，必须保证围堰内外水头差一致。

4.7钢板桩围堰拆除

承台施工完成并达到设计强度后，进行钢板桩围堰拆除。钢板桩围堰拆除工作与围堰施工程序应相反进行。承台模板拆除后，钢板桩与承台间填土浇筑50cm厚混凝土圈梁或直接用钢管支撑在承台上进行第一次体系转换，拆除底层内支撑进行墩身施工。第一节墩身施工完后，向围堰内注水减小内外压力差，直接拆除顶层道内支撑，进行剩余墩身施工。墩身施工完后，拔出钢板桩，

钢板桩拔除先行由下游方向开始，对称施工至上游方向，采用振拔锤进行施工。

5结语

滨北线松花江桥23#墩承台施工方案采用了钢板桩围堰，充分利用了钢板桩围堰的简便、快速的优点，有效的处理了施工遗留物，在设计和施工中充分应用了在安装内支撑的同时进行吸泥施工，承台模板拆除的同时进行底层内支撑转换，大大的缩短了滨北线松花江桥的施工工期，节约了成本。该方案的成功实施，积累了钢板桩围堰在此类型水文及地质条件下应用的经验，值得以后类似工程项目借鉴。

参考文献：

[1]滨北线松花江公铁两用桥改建工程1标实施性施工组织设计.

[2]陈长明.拉森钢板桩围堰的简易快速止水方法.

[3]江正荣.简明施工计算手册.北京：中国建筑工业出版社.

[4]路桥施工计算手册.人民交通出版社.

作者简介：牛西龙（1982-），男，黑龙江克山人，工程师，2006年毕业于吉林建筑工程学院交通工程专业，工学学士，工作单位：中铁大桥局集团第二工程有限公司，滨北线松花江公铁两用桥改建工程Ⅰ标项目部，副经理。