钢板桩围堰技术在桥梁施工中的应用

2020-11-27单龙

商品与质量 2020年10期

单龙

中铁十四局集团第三工程有限公司山东济南 250399

桥梁是交通基础设施重要的组成部分之一，其施工难度大、周期长，尤其是桥梁下部结构中的桩基，它是深入土层的柱形构件，作用是将作用于桩顶以上的荷载传递到土体中的较深处，其施工质量的优良，是衡量桥梁稳定性的重要指标。在桥梁施工过程中，运用钢板桩围堰能有效提高施工效率，降低投入成本，被广泛推广应用。

1 钢板桩围堰的概述

钢板桩围堰技术适用于深水超过7m，且流速较大的砂类土、黏性土、碎石土及风化岩等坚硬河床的工程。钢板桩围堰有矩形、多边形、圆形等，钢板桩有直形、Z形、槽形、工字形等，可做成单层或双层围堰。桥梁工程施工中，浅基多用矩形及木导框，深基坑多用圆形及型钢，因其防渗性能好，多用单层围堰。如用双层围堰时，在双层围堰的夹层中间一般填黏土，特殊情况下，在夹层下部灌注水下砼提高其防渗性能。在钢板桩围堰的施工中，多用槽形钢板桩。在施工钢板桩围堰时，围堰顶部高程按照施工期间可能出现的最高水位加超高0.5m来确定。围堰内侧与基坑顶边缘之间的距离要＞1.0m。若基础较深，坑壁土质不良，渗水量大，边坡(坑壁)容易坍塌，那么，围堰内侧与基坑顶边缘的距离要适当增大，以确保安全。

钢板桩是一种带锁口的型钢，其截面分为直板和槽型两种类型。拉尔森型和拉克万纳式是当前钢板桩围堰常见的结构模式，利用钢板桩组合出各种不同的结构类型，有助于各类桥梁的构建，同时其还具备极为坚实的结构特性，且能达到较强的防水性能，在提升桥梁工程质量方面发挥着重要作用。桥梁工程施工中，沉井式围堰使用最为广泛，由于其具备单壁封闭型的结构特点，且围堰内部设有纵横的支撑结构，可自由组合成围笼，具体操作过程简便快捷。在设置钢板桩围堰时，需综合分析水域和航道等具体因素，确保围堰高度[1]。

2 钢板桩围堰设计

某运河特大桥桥梁采用悬浇预应力箱梁+组合箱梁形式，桥梁全长1155.2m，其中16#～17#墩为120m悬浇主跨位于运河河道内。

2.1 钢板桩及支撑计算

在施工的过程中，首先要了解各项装置的尺寸和材料等，还有就是钢板桩的总长度、入土深度，以及内力和应力，进行准确有效的计算。在施工过程中，首先要下放到位围檩和内撑的焊接拼装，然后按照围堰内吸泥的设计标准完成对钢板的打设。

经计算，开挖尺寸为17.6×12.1m，围檩共布置三道支撑。第一至第三道围檩全部采用双拼H型钢(HM500×300b型)。内侧斜撑采用外径609mm、壁厚12mm钢管。第一道围檩的中心线在钢板桩顶往下0.7m处，第二道围檩中心线距第一道围檩中心3m，第三道围檩中心线距第二道围檩中心2.8m。

2.2 封底混凝土计算

一般情况下，钢板桩围堰封底混凝土验算过程包括封底混凝土拉应力验算、钢护筒间黏结力验算、围堰整体抗浮验算、封底混凝土厚度验算、抗管涌验算、基坑坑底抗隆起验算等。在验算封底混凝土厚度时，要按照四边简支整个混凝土的封底，然后按照相关的公式进行计算[2]。

3 钢板桩围堰施工技术分析

3.1 钢板桩施工

装卸钢板桩采用两点吊，采用钢索捆扎成捆起吊，数量不宜过多，防止变形损伤。吊车各部件性能良好，支立安全稳固，支腿下必须垫钢板和枕木。还需要用气割的方法在钢板桩顶下距离十厘米的中心位置割开一个直径五厘米的洞，这样可以方便钢板桩的吊运。吊运过程中还需注意使用吊环把吊线和钢板桩结实的连接起来。吊运钢板时为了避免吊装时出现剧烈的晃动，在其下部需要束上一条绳子。在安装过程中，为了不让节点出现扭转和损坏的情况，避免斜着拖拉钢板桩。打桩时为了避免在安装钢板桩过程中出现转动或是移动，可使用卡板来固定。钢板桩在打入土中以后，一定要确认其深度不会出现倒塌情况。根据施工的现场条件，在栈桥及陆地上插打钢板桩直接使用50t履带吊配合90型震动锤来进行，要注意在插打操作之前，对钢板桩边线的位置进行复核，位置确定无误以后，钢板装需要逐根的进行打入。

3.2 合拢段施工

做好钢板桩的合拢作业，可在一定程度上提升围堰的防渗漏性。合拢施工对技术上的要求较高，本次项目将钢板桩合拢作为施工重点。进行合拢作业前，需先实际测量使用钢板桩的宽度，才可进行拼接合拢作业。拼接过程中，会出现两个钢板桩之间锁口不相对的情况，主要可通过以下方式来解决这一问题：

（1）借助千斤顶来使钢板桩相错的锁口变成相对的平行状态。

WANG Xiang-yun, CHEN Qian, SUN Ya-hong, BAI Chong, SHANG Yan

（2）为保证整体施工质量及施工效率，最佳的合拢施工工序，需在进行插打作业进行的过程中查看钢板桩锁口位置的对接情况，若发现相错的情况，可及时进行调整。主要调整方式可借用复滑车将钢板桩升起以使锁扣位置平行。依据这一施工工序，则需在水下完成锁口尺寸的测量作业，最佳的测量区域为每层围堰的导换平面。借用木条在水下衡量敞口的尺寸，而后将木条拿至水上，实际测量木条的长度，以记录锁口的尺寸。当完成测量作业后，选择最佳配对尺寸的钢板桩进行拼接。

（3）若钢板桩的插打工作已经完成，且此时钢板桩的锁口位置还是无法准确的相对，则需借助外力使钢板桩进一步插入底床。若钢板桩有较长距离的部分为进入锁口，且通过外力下压无法解决时，可借助复滑车进行作业，使钢板桩进入锁口。

（4）在进行合拢作业时，常会出现上部窄而下部宽的情况，进而会使钢板桩插打时，最后一根桩受阻。本案例项目通过将相邻钢板桩的上部外移，而使钢板桩上下口尺寸相近实际施工作业中，可先对钢板桩的上部及下部口尺寸进行测量，而后依据实际宽度做出符合要求的异形钢板桩，作业中先完成异形钢板桩的插入作业，而后进行常规钢板桩的插打[3]。

3.3 围堰内抽水、挖泥土、安装内支撑

根据地质分布图以及施工的现场，河床面以下的所有质地的黏土都用高压水枪来冲，然后再用泥浆泵把其从围堰里抽出去。如果因地质变化而出现坚硬的黏土时，使用水枪是无法冲下去，一定要用挖机将其挖出围堰。

3.4 围檩制作

基坑钢板桩围堰根据开挖深度，设置2道内支撑体系，型钢材质均采用Q235级，支撑体系的节点均采用平接方式焊接，围檩下安设间距3.0m的钢牛腿。围檩安装步骤：丈量安装围檩的长度（即两端围檩的距离）；根据测量的尺寸及基坑内钢支撑所处的位置、配料、编号；按照设计间距将钢牛腿立焊在指定位置；用现场吊车将配置好的钢围檩型钢料吊放就位；全面进行焊接结束后进行焊接检查，经检验无误，完全达标后，再进入下道工序。围檩转角连接处采用钢板夹紧处理，确保围檩整体结构稳定。

3.5 开挖抽水、内支撑安装

围檩安装完成后，立即劲内支撑安装，围檩与支撑连接处采用16mm厚钢板加劲处理，内支撑和围檩采用型钢制作连接柱，连接柱两端焊接2cm厚钢板，与围檩连接处采用满焊焊接在围檩侧面中心与围檩中心线平齐，与支撑钢管连接段钢板打孔用M22螺栓与钢管法兰栓接。钢管长度不足的中间也采用法兰和螺栓进行接长连接。

内支撑施工顺序为先施工中间两道对撑，然后再施工四角大斜撑，最后施工四角小斜撑。待内支撑全部安装完毕，并经技术人员和安全员检查焊接和连接质量，具备下一步施工条件后，方可进行下一步施工。施工步骤如下：完成钢板桩插打后，第一道支撑在挖抽水至4.5m标高处安装；第二道支撑在挖抽水至1.5m标高处安装；第三道支撑在挖抽水至-0.5m标高处安装；开挖抽水至-3.17m标高处，浇筑垫层砼；砼垫层采用50cm厚C30混凝土，在基坑基地开挖清理完毕后立即进行砼垫层浇筑，采用泵车送入，人工振捣密实，在四角钢板桩处设置土工布隔层，防止钢板桩拔除困难。

3.6 防漏水措施

钢板桩进行围堰施工难点之一就是钢板桩锁扣之间是否紧密的连接，这点主要是直接影响着围堰抽水的成功与否。因此要控制好钢板桩施工时的每一道工序。

分配专业人员到现场检查钢板桩锁口有没有变形的，如果有就要调整以后才能使用，还要把锁口间的杂物进行清除；要用带有黄油混合物的油膏涂抹在钢板桩的锁口，可起到防漏水的作用；要确保插打钢板桩时垂直，防止相互倾斜的钢板桩之间锁口无法密贴；钢板桩围堰在抽水后，如果漏水的缝隙较小，可根据水压差降吸力的原理，把一袋干细砂或锯木屑等填充物堵在漏水的缝隙处，填充路会通过犀利的作用被吸入到漏水的缝隙处，这样漏水的位置就会被堵塞，漏水量就得到了有效的减少。如果是严重的漏水情况，可把旧棉被或是土工布剪成条状，让潜水员从水面到河床面用棉条把漏水的缝隙堵塞；坑内在承台位置以外四周设排水沟，做好防雨措施准备工作。

3.7 钢板桩拔除

（1）钢板桩的拔除需要使用机械，拔桩施工的难易程度根据每个桩的实际情况而定，所以施工前需对每个桩进行详细调查。

（2）拔桩施工是在围檩拉杆完成拆除以后进行的。需要使用振动锤逐一进行清除，拔除与清走需密切配合，确保场地清洁。在相邻板桩拔除时，因先将钢板桩与加固槽进行分割。钢板桩拔除后应及时清理现场，出现变形的钢桩需要校正，无需校正的应及时运走，对施工场地进行整理使用振动锤进行二次整理用以克服黏附力。

4 施工问题及处理措施

4.1 打桩受阻

之所以会出现打桩受阻的现象。主要是因为砂层等地质条件或钢板桩连接的锁口出现锈蚀或变形而导致的，使得打桩操作无法持续进行。因此在正式施工前，应对施工区域的地质状况进行深入了解，认真检查桩体是否符合施工要求，如有问题需妥善处理后方可进行打桩施工。

4.2 偏斜

由于钢板桩在极为复杂的地质条件下施工，极易受到大石块等地下物质的挤压，进而出现偏移现象，如果出现该现象，需通过纠偏的操作进行处理，通常是把出现偏移的钢板桩向上拔高1～2m，然后再继续向下锤进，经过反复多次的操作，从而达到纠正钢板桩偏斜的目的。

4.3 钢板桩不能顺利合龙

对于钢板桩不能顺利合龙的情况，可以通过控制钢板桩围堰平面尺寸来予以防范，另外还需要注意在打桩时要注意桩体的垂直度和具体尺寸，如果发现问题应及时调整。

5 质量控制要点

质量工作以项目经理为首，需要有资质的工作人员在质量管理方面配合工作，从中协调设计施工中的问题。

材料应根据加工程度和工序需求购置，并确保其质量达标。钢板桩送到现场后，需要按分类、编号统一整理堆放。钢板桩锁口需要经过标准钢板进行滑动试验，不合格的锁口需要校正后重新试验，待合格后方可使用。

钢板桩质量要求：桩的垂直度必须控制在1%以内；桩底行程错误率控制在10cm上下；沉桩要持续；桩的平面位移控制在15cm范围内。

在使用拼接接长的钢板桩时，钢板桩的拼接接头不能在围堰的同一断面上而且相邻桩的接头上下应错开至少2m。所以，在组拼钢板桩时应按照施工顺序排放材料，提前做好规划。

使用钢板进行桩围堰时可能会出现围堰里的水位高于围堰外水位的情况，需防止其发生。因此在低洼处预埋连通管束，在抽水时予以封堵。对围堰内抽水，板桩之间可能出现漏水现象，这种情况可以使用木屑、木质废料、细小煤颗粒、谷糠等细物铺设在外表面，凭借吸力起到堵水的作用；也可以使用板条、棉絮等物品填充在锁口内。撒煤渣等物堵漏时，也应考虑水流方向、漏缝深度等，使用工具将其从缝隙慢慢倒入。等到各支撑面导梁见水后，必须在导梁与板桩之间的缝隙使用材料衔接，可以选择木楔填充，确保导梁充分受力[4]。