拉森钢板桩围堰在紧邻繁忙公路桥梁深基坑中的应用

卢 健

(中铁十六局集团第二工程有限公司，天津 300162)

新建石家庄至济南高速铁路客运专线自石家庄站引出向东经衡水、沧州、德州，抵达济南市，全长298 km。建成之后，将连接起京广高铁、京沪高铁，预示着中国“四纵四横”高速铁路网正式闭合。届时从太原到青岛北由原来的11 h 40 min缩短到5 h。

衡景特大桥是石济客专重要控制性工程，跨榕华北大街处为32#墩、33#墩，桥梁基础为16根直径1.5 m的摩擦桩。下承台尺寸横向、顺桥向均为14.6 m,高3.5 m；上承台尺寸横向11.2 m，顺桥向9.6 m，高3 m。两个墩距离既有榕花北大街较近，考虑到施工安全及施工期间不影响既有公路的正常运行，基坑施工采用钢板桩围堰的施工工艺；其中32#墩基坑开挖深度9.7 m，防护外边界距非机动车边界最近距离2.4 m，33#墩基坑开挖深度7.4 m，防护外边界距人行道6.6 m。

因基坑开挖深度较大，且坑壁、坑底渗水量大，承台施工经反复讨论最终采用拉森钢板桩围堰支护，围堰尺寸为16.8 m×16.8 m，32#墩基坑较深，围堰采用15 m长拉森IV型钢板桩，围堰内设置三道支撑支护;33#墩围堰采用12 m长钢板桩，内设两道支撑。该文以32#基坑为例。钢板桩型号为：日本拉森IV-4型，单根钢板桩长为15 m，钢板桩插打时顶标高为19.9 m，32#承台底标高为9.637 m。为了保证足够安全施工空间，钢板桩围堰比承台四周扩大1.1 m。内支撑安装时采用基坑内泥土边开挖边支护，每道支撑安装时泥土超挖深度控制在不超过0.5 m，支撑安装完毕后，开挖至基坑底标高，开始浇筑混凝土垫层、基坑排水、破桩头、承台钢筋及混凝土施工。

1 钢板桩围堰设计

钢板桩型号选择应根据工程所在地场地特点、地质水文条件、工程概况、施工方法等进行全面综合考虑。选定钢板桩后，根据工程所在地地质水文情况及基坑大小深度特点，制定专项方案，方案中应包含钢板桩选型、围堰结构受力计算、具体施工组织计划安排、劳动力投入情况、安全质量保证措施等内容。专项方案中的结构受力计算应包括钢板桩围护结构计算、整体稳定性计算、抗倾覆稳定性计算、地面抗隆起计算、钢板桩嵌固深度计算、嵌固段围堰内侧土反力计算等，必须确保各项计算指标均满足规范要求且留有一定安全度，施工方案编制完成后要按照程序进行审批，超过5 m深基坑属于超规模危大工程，除制定专项方案以外，施工单位还需组织专家进行方案论证，施工时严格按照专项方案进行施工，建设单位牵头组织条件验收。

北方地区通常选用拉森Ⅳ型400 mm×155 mm钢板桩，钢板桩的长度要根据基坑基础深度、土质情况、周围建筑物情况、地下水等来综合确定，单位重76.1 kg/m。

钢板桩插打设备选取非常重要，应在方案中明确，按打桩方式可分为：冲击、振动、振动冲击、静力等。钢板桩打桩机功率一般在45 kW以上。

2 钢板桩围堰施工

采用提前选定规格型号的打桩机在桥墩设计承台位置四周外扩0.8～1.5 m打插钢板桩，打桩机依次将对口的拉森桩震动打压入土。承台四周外扩的目的是为钢板桩围堰横撑围檩及承台钢筋模板施工时留够安全操作空间。

2.1 施工前的准备工作

1)将围堰位置测量放线后提前清理场地,清除表面建筑垃圾，避免在钢板桩插打时遇到障碍物。

2)钢板桩检验：钢板桩运至施工现场前提前核实与方案中选定的规格型号是否一致，进场后使用前要对钢板桩外观、锁口等进行检测检验，保证投入施工中的钢板桩符合要求。对变形轻微的钢板桩进行校正后做锁口通过性检查。对于变形严重、存在裂纹、锁口封死等情况严重的钢板桩应剔除不用做退场处理。

3)振动锤检查：插打施工前要对振锤进行专项检查，主要检查线路是否完好、油管有无破损漏油现象、夹板牙齿是否磨损严重、试打时有无脱夹现象等。插打前要对振锤进行测试，符合要求后才可投入使用。

4)清理钢板桩锁口，涂抹黄油，可以减少锁口间的摩擦防止钢板桩围堰的渗漏。

5)施工前应充分勘探地形，探明地下管线，对施工范围内地下管线及构筑物迁改至施工界外，并进行标识。施工过程中安排专人盯控，确保钢板桩施工不破坏地上地下障碍物。

2.2 钢板桩围堰的插打

1)测量放线：根据设计承台位置坐标加上承台外扩距离计算出围堰四角坐标，利用全站仪或GPS进行围堰定位，利用竹竿彩旗标记围堰四角位置，地上撒出围堰四边白灰线，若位于水中，可先打四角定位桩，放线绳通过定位桩拉出四边位置。

2)安装导向装置：首先在原状地面下挖0.3～0.5 m深度，开始安装第一道支撑及圈梁,第一道圈梁可作为钢板桩插打时的导向装置防止钢板桩倾斜或错位。

3)精准插打第一片钢板桩能够起到定位引领作用，可防止后续钢板桩跑偏，确保每一片钢板桩插打准确。在圈梁上用红色喷漆标出钢板桩边线，在圈梁上焊接钢桁架作为钢板桩导行使用(如图1)，导向装置上下边应有限位器。插打施工时，桩背紧靠导向桁架，注意振锤油管与钢板桩间距，首桩插打垂直度最关键，用全站仪或采用两台经纬仪在两个方向控制打桩垂直度。首桩插打合格后，以首桩为参考基准，向两侧依次均匀对称插打钢板桩直至封口合拢。合拢时若不是正好闭环可增加钢板桩投入，确保封闭成稳定结构。

4)打桩时先利用钢板桩和振锤的重量自重下插，自重下沉至一定阶段进尺缓慢或停止时开始振动下沉。

5)插打施工时要保证桩身垂直，一旦有偏差及时纠正，待调整后再入锁口，至设计位置，立即与导向桁架焊接牢固。

2.3 围堰合龙

钢板桩由四周边线中点向四角合龙。临近合龙时要测量剩余距离，距离除以每片钢板桩宽度可得出所需钢板桩根数。合龙部位钢板桩可不等高，也可通过转动振锤调整钢板桩插打受力位置将合龙处钢板桩打平，合龙处钢板桩往往锁口不牢，有时可通过外侧打双桩来补强。

2.4 钢板桩插打过程中遇到的问题及应对措施

1)插打过程打入阻力突然变大，可能遇上孤石或其它障碍物，暂时停止插打该桩，通过增加转角桩、折线转、弧线桩来避开障碍物。

2)软土或淤泥质地基插打钢板桩，遇有障碍物或不明石块时钢板桩易发生偏斜时通过反复插拔振动压入保证钢板桩垂直度。

3)当钢板桩累计误差较大，发生倾斜时，可采用定制的异形桩内外增加补强桩进行纠偏。

2.5 基坑开挖及垫层施工

当基坑深度超过4 m时，采用长臂挖掘机进行开挖。土方开挖应先降水后开挖，降水和开挖时应做好基坑及周围地基变形监测，应分层分区连续对称开挖。

钢板桩围堰施工完成后，进行第一层基坑开挖，挖至首层支撑以下0.5～0.8 m，安装第一道围檩，以此类推开挖第二层土方、安装第二道支撑、开挖第三层土方、安装第三道支撑、清除桩头土方、开挖剩余土方。封底混凝土尽量采用泵送一次浇筑成型。待垫层混凝土强度达到要求后，进行承台施工。为防止超挖，最后0.3 m土方采用人工开挖并随时测量垫层底高程，基坑底要预留集水井，及时将基坑内水排出。

承台基坑开挖完毕后，根据地质条件对围堰底部进行封底混凝土灌注，封底混凝土厚度及标号不低于设计要求，垫层混凝土应连续浇筑一次成型。边浇筑边测量垫层顶标高，防止垫层高程误差超出设计及规范要求。混凝土浇筑完成后，若基坑位于水中应安排专业人员水下检查混凝土浇筑质量，不足部位进行补充。

封底时必须做到不留死角，尤其是围堰内钢板桩凹槽、桩头周圈必须严格检查，一旦出现“喷泉”现象要及时采取堵漏措施，避免漏水口扩大。

2.6 钢板桩围堰围囹支撑施工

钢板桩围堰围囹、斜支撑应根据基坑大小深度，钢板桩深度等条件确定。一般采用H500×200型钢梁或40B双拼工字钢，正、反牛腿采用[28b双拼槽钢。内支撑采用500×200H型钢。

2.7 围堰内止水及排水

当锁口不紧密漏水时，用棉絮、土工布等在内侧缝隙处嵌塞，围堰外侧包裹上防水彩条布。

位于水中的钢板桩围堰在抽水过程中要对围堰进行变形监测并加强钢板桩连接处的止水堵漏措施。发现有较大渗水处时停止抽水，堵漏后方可继续抽水。

2.8 钢板桩拔除及桩孔处理

拔桩前首先拆除基坑内围檩及支撑，边拆支撑边回填基坑，待围檩及支撑全部拆除并完成基坑回填后方可拔桩，利用振锤产生的振动力，破坏周围土体之间的粘聚力，夹具夹紧钢板桩，吊车起钩将桩拔出。

在紧邻公路及铁路的基坑，在钢板桩拔除时应提前配置水泥浆水玻璃双浆液。边拔桩边注浆，同时做好基坑周边土基的沉降或隆起变形检测，尽可能将拔桩对地基的影响降至最低。对于周围没有建筑物或构筑物的基坑，拔桩后留下的桩孔，也可采用中粗砂灌水回填。

3 基坑监测

为验证钢板桩围堰临时支护结构设计安全性，确保基坑开挖和支护结构施工过程安全进行，最大限度降低钢板桩围堰施工对周围地形地基及地上地下建筑物造成的影响，施工过程中进行基坑变形监测非常关键。监测内容主要包括：围堰位移监测、地下水位监测、基坑周边建筑物、道路及地表变形监测等。

首先进行基准点、观测点布置，基准点一般设置在基坑外稳定位置，往往设置在旁边紧邻承台顶。观测点根据需要确定观测点布置位置及个数，既能满足测试需要又减少工作量。

监测工作要设专人负责，根据不同工况设置观测频率、观测精度、预警值，遇有特殊情况要启动应急预案。每一阶段观测完成应形成书面检测报告。

监测报告应包括：工程概况、监测项目名称、检测日期、检测人复核人、各测点布置图、采用仪器和监测方法、监测数据处理方法、监测期间的工况、监测成果的过程曲线、检测数据发展变化情况评述、监测结果及评价等。

4 结 论

石济客专衡景特大桥紧邻公路深基坑顺利施工完成且未对既有繁忙公路地基造成沉降或隆起变形，拉森钢板桩围堰作为基坑临时围护结构不仅满足强度、刚度、稳定性要求，同时具有安全可靠、防水性能好、成本较低、施工速度快、可周转利用、工艺简单等显著优点。采用钢板桩围堰代替永久结构混凝土围护桩可大大节约施工成本，减少混凝土使用，起到保护环境的目的，在紧邻繁忙公路、铁路或其他地区深基坑可均可推广应用。