钢板桩围堰施工技术在深水桥梁桩基础工程中的应用

杨波

中铁十六局集团第四工程有限公司

1 工程概况

永定河特大桥工程，13#～16#墩为（67m+120m+67m）变截面预应力混凝土现浇连续梁，跨越永定河左堤岸，其中15#墩规划在大堤内侧，桩径180cm，桩顶、桩底标高分别为25.62m、-48.38m，墩身高11.571m，采用到钢板桩围堰施工技术。主墩结构组成中，两幅桩基数量均为32根，桩径180cm。

2 深水桥钢板桩围堰施工中的关键控制因素

2.1 钢板桩施工前的质量检查

钢板桩围堰选用拉森Ⅳ型钢板桩。正式插打前做好如下检查工作，要求各方面均无误：检查钢板桩锁口的完整性，若存在破裂、扭曲变形的情况则及时剔除，并补充适量满足质量要求的材料；检查钢板桩的表面情况，若存在混凝土渣等杂物及时清理干净，以免影响钢板桩的正常使用；查验钢板桩的规格以及数量是否准确[1]。

2.2 钢板桩插打位置的控制

施工现场的河床地质条件较差，还存在水位较深等多项特殊的条件，若采取人工和仪器联合校准的方法难以及时发现并控制偏差，容易因滞后性过强而出现较为明显的插打偏差现象。对此，配套稳定的导架或根据实际情况采取限位措施，起到控制作用，提高防控的主动性，以免其发生偏位。

2.3 插打顺序及倾斜度的控制

桩基础钢板桩围堰施工中，首先插打上水侧中间钢板桩，再从东、西两个方向开始，同步向中间推进打桩，在此基础上进一步在下水侧转角处合龙，按照该流程有序施工。插打时提供了外部作用力，可使钢板桩在外力作用下到达指定深度，但在施打不当时容易导致桩体出现偏斜现象，加之本项目所用板桩的数量较多，若未及时控制将造成钢板桩倾斜。对此，必须采取有效的检测与控制措施，将其稳定在合理范围内[2]。

3 钢板桩围堰施工的准备工作

3.1 钢板桩选型及基础工作

在综合考虑结构质量要求、现场作业条件、施工工期等多重因素后，选用拉森Ⅳ型钢板桩，长度为15m。

基础支护钢板桩布置到位后，应具有平直、整齐的特点，尽可能规避不规则的转角，使标准钢板桩正常使用，同时有利于支撑的设置。基础施工环节由专员有序做好挖土、吊运、钢筋绑扎、混凝土浇筑等各项工作，在此过程中加强防护，不可发生碰撞，同时不允许随意拆除支撑，否则易引发安全事故。

3.2 钢板桩的质量检验

以现场施工要求为准，将合适型号、合适数量的钢板桩运至现场并整理。详细清理锁口内的杂物，若存在缺陷部位则加以修整，直至其完全满足要求为止。

在检查锁口时注重如下几点：取长度为2m的同规格钢板桩视为检查的参考依据，用于准确判断锁口的质量情况。在检查时配套卷扬机，利用该设备拉动标准钢板桩平车，从桩头处开始检查，直至到达桩尾为止。经过检查后，若发现钢板桩存在锁口扭曲等异常现象及时校正，直至通过检查为止。

钢板桩的两侧锁口保持平行，为满足此要求，应加大对宽度的检查力度，具体有：根据钢板桩的尺寸将其分为上、中、下三部分，分别利用钢尺测量，确定各部分的宽度，每片桩的宽度均在同一尺寸内，同时保证每片相邻数值差在10mm以内。此外，桩身残缺、洁净程度等均是重要的检查对象，各方面必须满足要求。

锁口润滑及防渗也是提高钢板桩施工质量的途径。经前述的检查后，若钢板桩满足质量要求则在其锁口处均匀刷涂黄油，起到润滑的作用，同时有利于提高钢板桩的防渗性能。

3.3 钢围堰施打的具体作业要点

3.3.1 钢板桩的定位

正式施打前将定位桩和定位横梁设置到位，起到定位的作用，切实提高钢板桩打设的精度。定位横梁所处位置应在承台1.0m以外的区域，即钢板桩围堰的第一层围囹，在该处的上层位置设置2×45a工字钢，下层设双拼50b工字钢。待定位桩安装到指定位置并得到固定处理后，再组织定位横梁的安装作业，其应在定位钢管的外侧，经焊接后与钢管稳定连接，分别在四角设置Φ529＠10mm加厚钢管斜撑，焊接固结，待其保持稳定后安装纵向双拼I45a工字钢，并用焊接的方法在支承两端头处设钢板，形成完整性较好的支承面。钢管与横梁连接时在该处设置适量地加劲块。

3.3.2 钢板桩的施打

以单独打入法为宜，从一角开始逐块有序施打到位。具体而言，吊升第一块钢板桩，精准控制桩位，保证首块钢板桩有足够的位置精度以及稳定性，以便给后续钢板桩的插打提供参照基准，使各钢板桩均精准安装到位。在插打过程中，每3m测量一次并根据实测结果校正。每完成一根钢板桩的插打作业后及时将其与导向梁焊接于一体。此后，吊装其他钢板桩并将其设置到位，卡好企口，提供外部振动力，将其打至土中的指定深度处，按照此方法重复操作，直至所有钢板桩均能够被打设到位为止。

钢板桩施打时，为使其有效到达指定深度处，需提供外部作用力，而此时易由于控制不当而导致钢板桩插打存在偏差，加之钢板桩制作误差等因素的影响，可能会出现成型围堰的实际长度难以达到钢板桩标准宽度整数倍的情况，在此条件下明显加大钢板桩的合拢难度。对于此问题，可采用适量的异形钢板，通过此类装置的应用实现有效的闭合，或适当调整围堰轴线，用标准桩实现闭合。对于钢板桩长度不足的情况，可根据要求采取焊接接长措施。

3.3.3 施工流程

首先测量钢板桩围堰的轴线，有效控制结构的竖直度，使其满足要求；随后启用打桩机，利用该设备吊起钢板桩，期间人工辅助作业，扶正钢板桩；逐根有序打设到位，期间及时检测并控制，例如各桩的倾斜度不可超过2%，若由于实际偏差明显偏大而不具备调整的条件，则将其拔起并重新施打到位。

3.3.4 钢板桩围堰施打的注意事项

钢板桩施打过程中应加强控制，避免钢板桩晃动，否则会影响打桩的精度。钢板桩起吊后由施工人员协助，将桩插入锁口，且在此过程中应做到谨慎操作，否则易损伤锁口。随钢板桩插打作业的持续开展，待打设距设计标高40cm时加大控制力度，保证插打的精度，避免过量插打。

遇软泥质地层时，钢板桩在施打过程中易出现偏斜，此时将钢板桩向上拔起1.0m～2.0m再锤击桩体，按照此方法上下往复操作多次，最终完成钢板桩的纠偏操作，使其能够精准就位。此外，软泥质基础偏软，在施工中易将邻桩带入，为解决此问题，将相邻的几根桩焊接于一体，且在正式施打前于锁口处涂抹适量黄油或其他具有润滑作用的材料，以减小插打时的阻力。

钢板桩需稳定连接，具体示意图如图1所示。

图1 钢板桩连接平面示意图

3.3.5 内支撑的安装

内支撑的细分结构包含围囹、斜撑、托架、对撑等，各部分均要设置到位。基坑开挖时，根据实际进度及时将内支撑安装到位。上层围囹所用材料为双拼45a工字钢，下层则选用双拼50b工字钢，经围囹安装后其与钢板桩之间可能会产生间隙，此时利用合适尺寸的钢板填塞密实。托架牛腿以[16a槽钢为基础材料，根据设计图纸加工而得。横撑上层、下层两部分的材料均为Φ529＠10mm加厚钢管。支撑与围囹应稳定连接，对此，采用焊接的连接方法，其连接的可靠性较好。内支撑的安装应具有及时性，即根据开挖进程合理安装，全程做到随挖随撑。

3.4 整平处理

钢板桩插打到位后，现场水流易对其造成冲刷作用，在持续性影响下将逐步显现出上下游高低不平的情况。对此，立足于河床面的实际情况做二次整平处理。在经过整平操作后，若河床底面局部仍有低洼的情况，取合适尺寸的彩条布铺设在封底地面处，并在该处撒适量的沙袋，通过重物的应用稳定压住该彩条布，在此前提下进一步整平，直至满足封底的标高要求为止。此外，为有效削弱水流的冲刷作用，经过整平后在承台外围堆砌适量的沙袋（总高度至少达到1m）用于阻隔水流。

3.5 围堰水下封底

桥梁墩位的覆盖层为透水层，根据此特点，在封底时采用的是水下封底的方案，材料为C25混凝土，厚度1.5m。封底安排在桩基施工平台拆除后，施工方法为垂直导管法，配套汽车泵联合作业。从桩基护筒周边开始，上下游侧对称封底，同步向中间区域推进，最后在护筒中部合拢，由此结束整个封底作业。

水下封底的施工条件较为特殊，干扰因素多，因此在施工中加强测量与控制。除了导管周边的混凝土面标高外，充分考虑导管作业半径边缘的标高，通过对多项参数的控制保证封底混凝土标高的合理性。在封底时，若导管标高超限则予以回调，但此时应注重对导管提起高度的控制，不可因提起量过大而出现导管悬空的情况。在封底混凝土浇筑施工时控制顶面的平整度，并保证其不超过承台底面的高度[3]。

在围堰的四个角落分别设集水井，可采用Φ820mm钢管制作成型，深度按0.4m控制；抽干水后做第二次封底施工，此时将其预埋在围堰四角。结束封底作业后，钢板桩的外侧易在现场水流作用下而受到影响，从而出现钢板桩埋深不达标的情况。针对此问题，向围堰内抛投沙袋用于加强钢板桩埋深，以免其在水流作用下而发生明显的变化。

4 结束语

综上所述，深水桥梁施工条件较为苛刻，复杂度较高，潜在诸多质量隐患和安全隐患，因此合理应用施工技术、加强质量控制均显得至关重要。在钢板桩围堰施工中，各部门工作人员应高度重视，根据实际情况采取合适的施工技术，按照规范将各项工作落实到位，同时加强对钢板桩倾斜度、封底混凝土质量等方面的控制，若存在问题则及时处理，从而全面提高钢板桩围堰的施工质量，为桥梁其他工作的开展夯实基础。