钢板桩围堰技术在水中桥梁基础施工中的应用

李正星

摘 要：钢板桩是一种常见的围堰支护施工技术，为水中桥梁基础的建设提供了施工安全保障和施工平台，本文对钢板桩的受力特点进行分析，进一步讨论双排钢管桩的结构受力情况，并研究钢板桩施工的主要工艺和质量控制措施。

关键词：水中桥梁基础;钢板桩;围堰技术

1 钢板桩围堰技术背景

随着道路交通网络建设速度的加快，水上桥梁建设需求越来越多，例如南京长江第四大桥、广州猎德大桥、杭州湾跨海大桥等重大工程，这些工程需要攻克在深水修建基础的难题。水中基础和承台的施工会受到水土压力、滑坡、水土冲刷等威胁，因此需要修建围堰作为临时性安全结构，围堰技术具有优良的挡土防水性能，在施工结束后可对其进行拆除，避免对水流和航行产生影响。

传统的围堰施工技术包括土围堰、土袋围堰、竹（铁）丝笼等，主要适用于水深小于4m，流速小于2m/s的小型桥梁施工。钢板桩围堰是一种比较先进的围堰技术，适用于流速较快的深水基坑，钢板桩在工厂预制，整体刚度大，挡水性能好，基础施工完成后可以将其拔出后循环使用，对环境影响较小。

2 钢板桩围堰结构分析

2.1 单排钢板桩受力分析

对于钢板桩的受力计算可通过等值梁法，其重点是找到弯矩刚好为0的反弯点，如图1（a）所示，根据简化的图1（b）的弯矩图，Q点为土压力为0的点，视为假想铰，如图1（c）所示，可以将钢板桩看做两段梁构成，Q以下为超静定结构，Q点以上简支梁，Q点距离土面的距离y的数值为钢板桩内外土高差H的1/5-1/10。确定了Q点的坐标后，可以求出结构的支撑轴力、弯矩和剪力，据此进行结构设计。

2.2 双排钢板桩受力特点

在深水区域围堰的钢板桩可采用双排结构，双排设计具有更大的刚度和稳定性，抵抗更大的水土压力，两排钢板桩之间可以采用拉杆或型钢连接。其受力经历3个阶段，第一阶段打入钢板桩并对双排安装支撑，此时桩的内部、外部和双排之间的水位平衡，受力抵消。在第二阶段抽掉双排桩之间的水，进行防渗处理，其内外两侧受压，如图2（a）所示，第三阶段将钢板桩内侧即桥梁基坑施工一侧的水排掉，此时钢板桩内侧不受力，外侧受力，如图2（b）所示。

对于第二阶段和第三阶段的两排桩的应力进行分析，假设某工程的桩嵌入土体内6.5米，得出如图3所示的弯矩图，第二阶段的弯矩图如图3（a）所示，此时变形和受力大小相同，方向相反，在第三阶段内部抽水后的弯矩图如图3（b）所示，整体可看做一个悬臂刚性结构，前排（外侧）的弯矩大于后排，此时后排桩对前排相当于产生拉锚的作用，整体向后排产生变形，因此在钢板桩内部要设置围檩和内支撑结构。

3 关键施工工艺

3.1 施工平台搭设

当水域面积大基础施工距离岸边远时需要搭设栈桥平台，平台在钢板桩施工前搭设在其外侧，其作用是供运输车辆通行、临时放置材料和工人作业的平台，因此设计承载力较大，可以采用钢结构施工，其主要步骤包括：利用履带式起重机吊装并用振动锤打入钢管桩，之后吊装贝雷纵梁安装在钢管桩上，最后吊装桥面板。

3.2 引孔打桩

打入钢板桩的方法常采用锤击打桩法，也可采用振动打桩法和静压法。锤击法动力势能较大，可以打入坚硬的土层，但噪音较大，不适用于闹市区的桥梁施工。振动打桩法通过振动力将钢板桩送入土层，这种方法最为简便经济，目前已研发低振低噪音的机械施工。静压法的动力来源为液压静力作用，这种方法噪音很小，但是较难穿透坚硬土层。

3.3 围堰抽水

如果为双排钢板桩，则先对双排内的空间抽水，这个阶段内外产生水头差，使得双排的钢板桩紧密咬合，止水效果较好。之后进一步对围堰内部采用大功率水泵抽水，需要控制抽水的速度均衡，防止钢板桩失稳，当围堰内部施工面积较大时，可以设置分隔仓实现分段抽水，最终使围堰内部达到干燥的施工条件。

3.4 防渗处理

在施工前应对钢板桩进行渗漏检测，尤其是锁口部位，每间隔1-2米对桩进行松紧试验，检查其密实度。在施工过程中如果发生渗漏，比较轻微时可以等待降水完成后处理，如果渗漏点在锁口部位，用黏土进行封堵，渗漏严重且水位较深时，可以使用堵漏剂或者沙袋封堵止漏。

3.5 纠偏控制

钢板桩的偏移包括纵向和横向，纵向纠偏可以将桩端处理成楔形（类倒三角），调节土压力进行纠偏。倾斜度较小时，可以利用卷扬机等设备将钢板桩向反向拉伸再繼续插打。倾斜度较大时，可采用滑轮组多次调整，来进行纠偏。针对横向变形，可在板桩之间插打箱型桩，增强板桩基的横向刚度，形成约束作用抵抗变形。当钢板桩位置精确时，才能使围檩和内支撑与板桩较好的贴合。

4 结语

钢板桩围堰为水中桥梁基础的施工提供干燥良好的封闭环境，便于施工作业和拆除，对环境影响小，在进行钢板桩设计前应对其进行受力分析，确定合适的结构。施工的主要工艺流程包括栈桥搭设、打桩、围堰抽水，需要及时进行防渗和纠偏处理。

参考文献：

[1]柯浩斌.钢板桩围堰在水中承台施工中的应用[J].四川水泥，2020（01）：262.

[2]顾秋成. 深水大面积钢板桩围堰应用技术研究[D].江苏科技大学，2019.

[3]李延超. 钢板桩围堰止水性能试验与结构设计研究[D].中南大学，2013.