桥梁工程钢板桩围堰施工及质量控制

李云龙 李艳 李虎

（山东宇通路桥集团有限公司，山东 东营 257300）

钢板桩围堰技术能充分利用自身结构形态差异性构建带锁口型钢结构，应用于桥梁建设实践中具有较高的结构稳定性特征，型钢材料防水性能良好，能显著提升桥梁结构建设施工质量。钢板桩围堰根据截面型式的不同可以分为直板型和槽型两种，两种结构形式均能根据设计要求和运行实际进行自由组合，保证桥梁结构稳定。某跨河大桥全长4534.5m，百年一遇水流流速1.95m/s，设计水位139.78m，通航水位最高值和最低值分别为136.5m和132.8m，其4#和5#水中墩拟采用钢板桩围堰施工技术，所在河流为国家三级航道，施工期内4#和5#墩水深7.5m，水流平缓。连续梁位置为第四系全新统冲积、海积和第四系上更新统砂性土地层，属于Ⅳ类场地类型。

一、钢板桩围堰施工方案

为保证该桥梁工程钢板桩围堰水下施工要求，必须严格根据设计要求理顺施工步骤。首先搭建钢栈桥施工平台，确保钢板桩及钻孔桩设置完全在平台上进行，结束后进行水下混凝土浇筑施工及基坑抽水，最终进行承台立模板及承台混凝土浇筑。考虑当前各种形式钢板桩的性能及经济性等方面的要求，该桥梁工程采用材质SY295的SP-Ⅳ型拉森钢板桩围护结构[1]。SP-Ⅳ型拉森钢板宽400mm，厚15.5mm，高170mm；单根钢板桩截面积96.99cm，重76.1kg/m，惯性矩4670cm4，截面模数362cm3。

本桥梁工程选用的SP-Ⅳ型拉森钢板桩单根长度12m，围堰长×宽为33.5m×15.3m，并增设2道内支撑，围堰堰顶标高+3.5m，钢板桩底标高-11.5m，封底混凝土设计厚度0.7m。

二、钢板桩围堰施工

（一）施工准备

在正式施工前，必须按照设计要求复验钢板桩、检查振动锤，根据该桥梁工程钢板桩围堰施工要求以及土、砂非胶结砾石等松软土质下单根钢板桩结构所需锤击能[2]，主要采用DZ-60Y型振动桩锤和50t履带吊车，在打桩前必须测试振动锤作业性能，同时将运输装卸过程中发生变形的钢板桩剔除，对锁口破裂及表面存在焊接残留的钢板桩进行修复和打磨处理，确保每块钢板桩锁口相同。

（二）钢板桩插打

为确保钢板桩准确插打，首片钢板桩的插打最为关键，具体而言，在安装好围囹和Ⅰ25型钢限位装置后，将限位框和钢板桩的各边距离均扩大10mm，钢板桩上侧背靠一侧定位框，下侧背靠围囹，随插打过程中而缓缓下放。首片钢板桩必须同时从两个相互垂直方向同时控制插打垂直度，第一片钢板桩插打完成后进行全面检测，无误后以此为基准，逐次向两侧对称插打。插打过程中因钢板桩下部受到土体挤压，锁口之间会产生较大缝隙，导致上部向偏离首片钢板桩的方向倾斜。为此，每完成3片钢板桩的插打后，必须通过垂线吊球进行垂直度检查，并将其垂直度误差控制在0.5%以内。对于偏移过多、过大的情况，必须分次纠偏，以防卡住锁扣。完成5片钢板桩插打和纠偏后，应将其点焊固定在围囹结构，以便于后期围堰合龙。

（三）内侧横撑安装

待完成钢板桩结构合龙后应通过抽水泵抽出围堰内的积水，并在降水前增设钢板桩内横撑，避免因水压改变而导致钢板桩结构变形。第一道内横撑标高+2.88m，采用双拼2Ⅰ45a工字钢围檩和φ529mm钢管支撑；第二道内横撑标高+0.63m，采用同样型号围檩和钢管支撑。

（四）混凝土封底

待完成围堰清基后，还应进行围堰内河床标高的检查，符合设计要求后采用C30混凝土按照0.7m的厚度封底，混凝土封底顶标高-2.76m。此后应用刚性导管法进行水下封底混凝土灌注施工。

承台施工过程中，为确保围堰结构性能、质量的稳定性，必须进行钢板桩桩身结构变形、内横撑轴力、内外水位变化等情况的实时监测。该桥梁工程在各钢板桩内横撑处均设置了测点，此外，还应在恰当位置处设置水尺，以便于钢板桩结构内外水位变动情况的定时观测。

（五）钢板桩拔除

在完成墩承台和墩身施工后，通过振动法拔除钢板桩，在拔除前应先按照设计时间在钢板桩顶部振动，待土质变松软后通过振动锤从下游侧开始拔除。内横撑的拔除应按照自下而上的原则进行，即先拆除下部横撑，待灌进一层水后再超出上部横撑，且内横撑拆除过程中始终保证围堰结构内外水位一致。

三、施工质量控制

为避免该桥梁工程钢板桩围堰施工过程中出现钢板桩桩基倾斜扭曲，无法合龙，锁口及围堰漏水，管涌，隆起等问题，必须从以下方面加强施工质量控制。

（一）钢板桩结构的选择

桥梁工程钢板桩围堰插打施工过程中经常出现桩倾斜问题，桩基整体倾斜往往与其自身结构扭曲及整个导向装置所处施工环境异常有关。为有效解决钢板桩结构倾斜问题，必须加强钢板桩结构型式的选择。在施工全过程中，如遇钢板桩结构轻微变形，必须及时处治，待其各项技术参数均符合设计要求后再投入使用。此外，还应降低锁口安装摩阻力，对于锁口不适配等情况，应在其下部增设铁器，保证下沉效果，避免泥沙堵塞。

（二）土质条件的利用

水压差是造成管涌的主要原因，为有效解决此类问题，必须保证在饱和土中置入钢板桩。该桥梁工程所在地主要为粉砂土环境，发生管涌的可能性很大，为此必须根据现场土质条件，进行钢板桩入土深度的准确计算，并据此控制水压差和管涌的发生。此外，还应提升封底混凝土施工效能和效率，避免出现混凝土夹层。

在钢板桩外侧撒入煤渣，即使因施工船舶机械碰撞、钢板桩插打不到位等原因造成锁口处变形和漏水，也能起到堵塞作用，避免围堰结构漏水。

（三）地基承载力准确计算

在地下水的影响下会导致软弱土层无法承受重力过大的钢板桩围堰整体结构及基坑底面其他结构，最终使结构压力远远超出基坑底面的承力水平，导致基坑底面结构隆起。为此，必须在施工方案设计阶段准确计算基坑底面和地基可能的承载能力，通过提升地基设计强度，加固地基结构，有效避免基坑底面隆起现象的发生。

（四）合龙控制

为保证钢板桩顺利合龙，必须事先确定好插打顺序，并从两侧向中间逐步推进合龙，以便进行合龙状态和效果的灵活调节。根据对钢板桩动态合龙过程的动态监测，若发现合龙施工中合龙口存在倾斜，则应借助千斤顶在其上端张拉，保证其垂直度。合龙过程中若两片桩不在一条直线上，则应先拔除几根合龙桩，调整剩余合龙桩并纠偏。

四、结语

综上所述，钢板桩围堰施工技术工期短、占地空间小，对于软基土质桥梁工程地基施工十分适用，且一次性投入费用低，其与软基水下封底干法施工技术有机结合能有效保证桥梁水下承台施工质量。该桥梁工程钢板桩围堰施工历时3个月，施工过程顺利，在质量保证措施应用后并未出现钢板桩桩基倾斜扭曲，无法合龙，锁口及围堰漏水，管涌，隆起等病害问题，充分说明，所采取的钢板桩围堰施工方案切实可行。