邻近既有桥墩潮汐水域无覆盖层钢板桩围堰施工工艺研究

穆智军

中铁七局集团有限公司，河南 郑州 450000

当前，一般的河流深水基坑施工大多采用钢板桩围堰和钢套箱围堰。河床覆盖层较厚时，可直接将围堰结构插打到位，机械开挖基坑；河床覆盖层较浅需入岩时，则需采取预先爆破成孔或机械引孔等辅助措施将围堰结构安装到位，基坑开挖采取水下爆破开挖。

1 工程概况

花莞高速公路SG13合同段A、C匝道桥跨越仙村涌V级通航河道，通航净宽80m，河道属珠三角水系，受潮汐影响，每天水流方向会改变一次，河流水深4.5～7m。主桥桥跨采用（55+85+55）m预应力混凝土连续刚构，与现有的广园快速路跨越仙村涌的桥跨相同，并列布置，桥墩对齐，承台相距仅4m，其中A匝道35#主墩、C匝道29#主墩位于河中间，河床面往下地质为强风化夹中风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩，基本没有土质覆盖层。承台设计为埋入河床底，基坑开挖深度约3.5m。

由于紧邻既有桥墩，无法采取爆破施工，只能采取机械引孔辅助围堰安装，基坑采取人工配合小型凿岩机开挖。根据项目实际情况，文章对临近既有桥墩深水无覆盖层围堰和基坑开挖施工技术进行研究，得出施工控制要点，为今后类似工程施工提供参考。

2 施工要点

2.1 钢围堰设计

围堰采用单排钢板桩围堰，围堰平面尺寸为长23.3m、宽10.8m，钢板桩采用长度为15m的拉森Ⅳ型钢板桩，设置3道围檁，采用双拼I45a工字钢，对撑及斜撑采用ϕ529mm×8mm螺旋钢管。钢板桩围堰平面如图1所示。

图1 钢板桩围堰平面图（单位：mm）

2.2 引孔施工

强风化至中风化泥质粉砂岩属于软岩，旋挖钻机配备普通岩石斗即可快速成孔，且旋挖钻机移动灵活，工效高。钻机通过跳打咬孔成槽，因拉森Ⅳ型钢板桩围堰厚度为340mm，采用ϕ800mm@600mm的咬合桩孔成槽，宽度为530mm。引孔采用无护筒成孔方式，旋挖钻机直接钻孔，成孔直径为1000mm，相邻孔中心间距为700mm，两孔之间重合300mm，采用跳打方式进行引孔回填。施工前在平台上用2根I45工字钢焊接双向导向架，导向架间距为1040mm，再用全站仪放出定位框架，定位框架呈正方形，各边长1040mm。作业人员放出每个桩位，并安装定位框架[1]。

引孔施工完成后，进行混合材料灌注。根据钢板桩插打要求，进行了多次试配，综合各方面因素，最终确定的混合料配比为砂∶黏土∶水泥∶水=306∶306∶76∶566。注浆过程大致与桩基一致，采用水下孔底注入方式。人工下放硬塑管至引孔孔底，下端距孔底10cm，上端与泥浆泵软管连接，通过泵压注浆至河床面。

2.3 钢板桩插打施工

插打钢板桩前，在钢板桩的内侧设置导框，钢板桩根据导框位置依次打插钢板桩。导框以最初插打的第1、2块钢板桩作为定位，均需垂直插至设计标高（插打时应反复仔细校正钢板桩垂直度）。打设位置和方向需反复校正，保证方向和位置的精准度，以此起到样板的作用。

依据“插桩正直，分散即纠，调整合龙”的施工要点，钢板桩打设顺序从上游开始，依次对称往下游插打，合龙口设置在下游转角处。单桩的锁口内均需涂上具有减少摩阻力并加强防渗性能的黄油混合物油膏，以达到顺利插打的目的，保证合龙效果。加强测量工作，保证桩身垂直、合龙密实，以防漏水；控制打桩锤下降的速度，提高止水能力[2]。

钢围堰合龙段位置为钢板桩围堰下游的转角，因转角位置是双向调整，遂较利于合龙。提前计算至转角位置能否满足合龙要求，若距离偏差不大，可小范围调整（倒链或千斤顶）实现合龙；如采用倒链或千斤顶亦无法合龙，需根据实际情况制作异形桩以实现合龙。合龙后，再逐根打到设计深度。

钢板桩围堰施工中的难点是锁口之间的连接是否紧密，这关系到围堰是否能成功抽水进行下道工序。因此，施工前、插打时、抽水后等每道工序均需严格控制。

2.4 围檩支撑安装

钢板桩围檩的支撑包括围檩及内撑，围檩固定于钢板桩内壁，围檩采用双拼45a工字钢，内撑采用ϕ529mm×8mm钢管。由于围檩自重较大，在围檩底部每隔5m设置一道牛腿托架支撑围檩，牛腿托架焊接固定在钢板桩上。

（1）钢板桩加固原则。在确保安全的前提下，基坑支撑的施工与基坑内水位或泥面的下降按“先支撑后降水或吸泥”的原则进行。

（2）钢围檩及钢支撑采用逆作法安装。利用钢护筒作为拼装平台，在钢护筒上端割孔，穿入工字钢伸缩牛腿，在牛腿上将钢围檩和钢支撑拼装为一体，然后在钢板桩顶部、钢护筒顶部和围檩上设挂点，一是挂倒链用于下放围檩，二是挂钢丝绳用于固定围檩。然后通过倒链将围檩及支撑整体提升脱离伸缩牛腿，缩进牛腿，倒链下放围檩及支撑，至设计高程后，拉紧钢丝绳并将端部挂在钢板桩顶部[3]。

（3）待围堰内抽水至支撑下方1m时，在围檩下方、钢板桩内侧焊接牛腿，用于替代钢丝绳。

（4）斜支撑端头设可靠防滑措施，由于斜撑与围檩结构存在夹角，直接安装支撑并施加预应力存在风险，故不宜使用。安装斜撑前需将斜撑垫板连成整体，对斜撑支座垫板及钢围檩进行焊接，焊缝要满焊牢固，要求焊缝高度≥8mm，在保证端头板面与支撑垂直后，进行斜撑安装作业。

2.5 围堰监测

变形监测的基准点和工作基点宜选用靠近观测区的现有水准点；选用具有强制归心标盘的混凝土标墩作为平面控制基准点和工作基点；垂直位移的基准点应埋设不锈钢或铜质水准标心，至少布设1组，每组不少于3个固定点。

水位观测点的布设需遵循“牢固适用，便于观察”的原则。针对围堰内外水位，需实时观察河道水位变化，掌握河道水位在施工阶段与围堰内抽水阶段的水位情况，现场观测员要按照相应监测频率监测水位，并按照要求填写相关表格。

钢板桩围堰结构变形需监测的内容为两侧桩顶沉降量、围堰内土方沉降量，另外，变形监测所得的位移是前后观测的坐标、高程的变化值，因此必须确保控制点是稳定的，减少因控制点误差对监测点位移值产生的影响。

监测频率取决于实测数据和围堰施工周期，可根据数据与实际情况适当调整。若遇特殊、紧急情况，需及时安排人员加强监测，特殊、紧急情况解除后恢复正常检测频率。监测报警值应以监测项目的累积变化量和变化速率两个变量来确定，若监测的数据达到初级警报值，项目部领导及相关人员应组织分析异常原因，及时采取针对性的挽救措施；若遇事态升级，需立即启动应急措施，确保人身安全。

3 实施效益

该工法在花莞高速SG13合同段水中墩围堰施工中得到了充分应用。在临近既有桥梁，存在潮汐水流且河床无覆盖层的不利条件下，优化钢板桩围堰施工工艺，采用人工配合小型凿岩机进行水下岩基开挖，保证了围堰结构的稳定性，施工效率高。采用砂+黏土+水泥+水试配引孔槽内回灌材料，既满足了止水强度要求，又利于后期拔除围堰结构。该工艺对比传统工艺的优点在于，新型回填材料在极大程度上增强了钢围堰的稳定性，且对潮汐水流等不良水域、无覆盖层等不良河床地质均适用。该项目实施成果得到了业主、监理单位的一致好评，并组织各标段进行学习，在相邻标段得到应用，效果显著，为花莞项目总工期节约了时间，保证了质量安全，取得了良好的社会效益。

4 结束语

综上所述，综合考虑现场的实际情况，结合专家对地质环境的分析和建议，在邻近既有桥墩潮汐水域无覆盖层的不利环境下，采取引孔+全新的回灌材料的方式进行钢板桩围堰施工对保障施工的安全和质量起到决定性作用。因此，针对不同的、复杂的河道，宜分析河道的实际情况，针对性地选择钢板桩围堰技术，为下一步施工奠定良好的基础。这样既能实现工程质量目标，又能消除施工中存在的安全风险，同时能提高企业的经济效益和社会效益。