砂卵石地层条件下拉森板桩围堰施工技术探析

曹 文 峰

(福建长大建设有限公司，福建 福州 353000)

1 工程概况

某大桥横跨水阳江，长728 m，宽12.908 m，上部结构为等截面预应力钢筋混凝土箱形梁，按(4×30 m)×6布置，采用先简支后连续方法敷设，航道通航等级为限制性 Ⅳ级航道标准(见图1)。全桥共设25个桥梁墩台，其中9号～12号墩位于水阳江内，基础为直径1.7 m水泥混凝土钻孔灌注桩，承台高2 m，承台上钢筋混凝土圆柱直径为1.5 m，柱上盖梁高1.6 m。常水位27.0 m，最高洪水位27.5 m。其中9号承台底标标高最低，为24.072 m。

2 承台开挖范围内地质情况

根据地质勘察报告，承台开挖范围地质可划分为3层：

第①层为素填土，厚度约在2.1 m～2.8 m。

第②层为卵石，厚度7 m～10 m；卵石色杂，以黄褐色和灰色占大部分，稍松～中密，含量为61%～72%，充填物以砾砂夹杂少量粘性土，粒径5 cm～9 cm，个别粒径大于12 cm，局部夹杂21 cm～42 cm漂石。经检测，该卵石层透水系数为100 m/d～500 m/d。

第③层为微风化石灰岩。

3 承台围堰开方案比选

3.1 方案一

双壁钢围堰。该类围堰由于采用双壁结构，双壁之间由加强件连接，因此刚度和强度较大，抗水流冲击能力强，适用于大型河流的深水基础，同时要求河床为岩质以提供围堰承载力，且要求河床覆盖层较薄。双壁钢围堰能提供顶部施工平台，但造价高，施工周期长，定位较难，施工时需大型船舶，回收利用率低。

3.2 方案二

土石围堰。该类型围堰具有造价低、材料取用方便、施工简单等优点。适用于河床覆盖层较薄，河床渗水性小的场所。

3.3 方案三

钢板桩围堰。该类型围堰强度相对较高，采用高压射水辅助工法时可容易打入卵石层。可在无水、浅水和深水基础中使用，且可视情况施加内部支撑。止水性能较好，且便于按照基坑形式布置不同外形，可重复使用。

从本工程实际来看，水中桥墩平均水深3 m～3.5 m，首层素填土覆盖层厚2.1 m～2.8 m，第②层地质为卵石地层，透水性较大，方案一和方案二均不能满足工程需要。经综合考虑后先在墩台位置筑岛，提供施工平台，在筑岛上采用钢板桩围堰支护，开挖承台基坑。

4 承台围堰布置

经计算，钢板桩围堰外形尺寸为14.6 m×5.6 m。拉森板桩入土深度约6 m，采用40号H型钢作为内撑，由于河床底面第②层地质为卵石夹砂层，为使钢板桩能够顺利打入该地层，钢板桩型号拟采用4号小齿口拉森桩，长度初步选定为12 m。图2为钢板桩围堰平面布置情况。

5 拉森钢板桩施工

5.1 施工工艺流程

水中筑岛及场地整平→测量放线→沉桩导向沟开挖→钢板桩插打→设置内支撑→基坑开挖→水下混凝土封底→水下承台施工→钢板桩拔除→筑岛挖除。

5.2 钢板桩施工插打

1)钢板桩插打前应检验合格，锁口内杂物应清除干净，确保钢板桩止水效果符合要求。对于使用过的钢板桩应特别注意检查是否出现锁口扭曲、“死弯”等问题，如有发现此类缺陷应进行校正。严禁未经检验合格的钢板桩直接用于工程。围堰四角采取角板桩。

2)锁口位置是钢板桩围堰止水防渗的关键，需采取防渗措施。钢板桩主要靠锁口之间的咬合来止水防水，钢板桩锁口之间摩擦力会增加施工的困难，且仅靠钢板桩锁口之间的咬合不能完全起到防水止水效果。因此为减少钢板桩在施工过程中的相互摩擦力，确保钢板桩在使用时防水止水效果，钢板桩锁口间应采取润滑和防渗措施。经参考类似工程经验，本工程在钢板桩锁口位置涂以混合油，其体积配合比为干膨润土∶黄油∶干锯沫=5∶5∶3。

3)钢板桩正式插打前应由测量人员对钢板桩围堰位置进行测量放样。施工时，为使钢板桩平面位置准确，并使其垂直度符合要求，应采用导向架辅助定位，导向架采取单层双面形式。用打桩机缓慢吊起钢板桩，使钢板桩尖离开地面约30 cm时停止提升，移动钢板桩就位，并采用人工辅助扶正。对准锁口后，不可直接启动振动锤振动下沉，应先靠振动锤及钢板桩自身重量，使钢板桩下沉至不能下降为止，然后才能开启振动锤插打，直至插打至设计标高。松开振动锤液压夹口，提升振动锤，并开始插打第2根桩，此后重复步骤直至所有桩施工完毕。钢板桩插打过程中，应注意保证桩顶高程一致，并确保入土深度不低于设计入土深度。钢板桩的垂直度对于围堰的止水效果有较大影响，因此应确保钢板桩的倾斜度不大于2%。对于垂直度不符合要求的桩，应及时纠正。倾斜度过大采用常规拉伸方法无法纠正时，应拔起重新插打。

5.3 钢板桩的拔除

1)钢板桩拔除时应按照一定的顺序进行，并选定拔桩起点。针对封闭式钢板桩围堰，起点不可是角桩，且离角桩应超过5根以上。采用跳拔的方法拔桩，拔桩顺序与打桩顺序相反。

2)拔桩时由于内外土层的摩擦阻力，可能会导致拔桩困难。拔桩时可先夹紧钢板桩端部，开启桩锤振动1 min～2 min，然后再缓慢的振拔。振动可使钢板桩两侧的土体松动，有效减小钢板桩与两侧土体的摩阻力。

3)如遇到常规方法拔除困难的钢板桩，可采用下沉—振动—拔除的方式拔除。具体方法是可先将钢板桩振动下沉一定深度，一般为10 cm～30 cm，然后再振动拔除。由于钢板桩采用振动拔除，且拔桩过程中可能夹带出部分土层，会影响河床沉降和位移，给已完工承台结构带来危害。因此在拔桩前应制定拔桩方案，确定拔桩顺序和拔桩时间，拔桩后出现的孔隙用压密注浆填实。

6 施工时应注意的事项

1)钢板桩插打前应进行技术交底，人员应持证上岗。

2)高压射水助沉。本工程第2层为卵石，在钢板桩插打过程中遇到下沉困难。经项目部组织技术人员研究后，确定采取高压射水方式助沉。高压射水管道采用内径为16 mm，壁厚0.6 mm的无缝钢管制作，长度确定为8.5 m。为减少钢管出水端的阻力，增加出水端压力，将出水端压扁呈椭圆形，内径宽度控制在2 mm左右，进水端采用螺纹套筒方式与进水管连接。将制作完毕的高压注水钢管焊接到钢板桩中央，焊接应牢固。钢板桩插打时，应保证振动锤振动的同时开启和高压射水同步进行。通过高压射水助沉工艺，有效解决插打困难问题。

3)严格控制基坑口荷载。坑口荷载主要有堆土荷载、材料荷载和施工机具荷载。坑内挖土不可直接堆放在基坑周围。基坑开挖时，应避免冲击荷载和坑口堆载对围护结构的破坏，确保基坑安全。

4)加强基坑监测。严格按照基坑监测方案执行，监测应贯彻基坑开挖及回填全过程，并对钢板桩挠度、围檩挠度、坑底隆起、突涌进行重点监测，并及时对监控数据予以分析并反馈给施工过程，确保施工安全。

7 结语

基坑开挖前，组织编制了双壁钢围堰、土石围堰、钢板桩等支护进行比较。其他方法或施工困难、或工期长造价高、或不能有效防止砂卵石地层的渗水，均不能满足工程需要。经多方比选，在砂卵石地层中采用拉森板桩与高压射水配合方案，具有施工周期短、成本低、防水止水效果好等优点，有利于节约投资。在类似地质、水文条件的工程中，可以借鉴参考。

参考文献：

[1] JGJ 120—99，建筑基坑支护技术规程[S].

[2] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998.