硬质岩层中深埋式承台钢板桩围堰施工与监测技术

张青松

（四川公路工程咨询监理有限公司，四川 成都 610041）

0 引言

在江河深水区域进行桥梁施工，深水区基础施工方式是项目整体施工中的重难点。采用深埋式承台钢板桩围堰的设计方案，在施工过程中将有更多的便捷条件，例如施工各环节对起重设备的要求较低，取得的施工成果具有良好的防水性，降低施工整体造价。近年来在桥梁的水下基础施工中，采用深埋式承台钢板桩围堰设计施工方案的频率非常高。根据实际工程项目需要，研究钢板桩围堰施工技术，优化钢板桩围堰的结构设计，并在方案实际实施过程中把握施工和监测关键技术，对工程质量的把控和建设效果具有重要的实践意义。本文对硬质岩层中深埋式承台钢板桩围堰施工与监测技术进行探讨，希望可以为桥梁深水基础施工质量的提升提供有价值的参考。

1 工程概况

道路设计等级为一级公路兼城市快速路，主线设计时速80km/h，辅道设计时速40km/h；城市段标准路基宽度64m，非城市标准路基宽度48m。其中跨河特大桥为该项目重要节点工程，主引桥全长963m，主桥为城市景观桥梁，结构型式采用独塔双索面斜拉桥。主墩承台呈哑铃型，采用钢筋混凝土结构，见图1。

图1 主墩承台平面图

单个承台平面尺寸为23m×34.6m，高5.5m；两承台之间采用系梁相连，系梁宽度8～16m，长度45.4m，高5.5m；系梁中部设置1.5m宽后浇带；承台及系梁底设置封底混凝土，设计厚度1.5m，采用C30水下混凝土制作；承台及系梁采用C35混凝土制作；承台及系梁同步浇筑，分两次浇筑成型，共计11103.4m3混凝土，单次最大浇筑方量6056.4m3。

2 深埋式承台钢板桩围堰设计

2.1 施工方案设计

该项目主墩承台为深埋式，置于河床以下7.5m，围堰止水效果要求高，采用先围堰后桩基的施工方案。该项目主墩基础采用止水钢板桩围堰，钢板桩围堰总体由钢板桩、内支撑系统、垫层混凝土及高压旋喷桩止水加固四部分组成。钢板桩围堰平面布置图见图2。该方案的优点是：

图2 钢板桩围堰平面布置图

（1）减少承台区域内钻孔平台的搭设，节省临时结构材料的使用以及缩短施工工期；

（2）围堰抽水后吊入旋挖钻进至围堰内钻孔，能减少桩基施工钢护筒的投入；

（3）围堰内干环境作业相较于搭设钻孔平台，降低了施工风险；

（4）钻孔过程中钻渣不与河水接触，施工更利于环境保护。

2.2 围堰设计基本参数

（1）根据该项目地勘资料揭示，桥位主墩承台处以中风化砂质泥岩或中风化粉砂岩作为桩基持力层（经实测，基岩饱和强度值达到38MPa），设计全部按照强风化硬质岩考虑。设计高水位：+394.0m，施工期常水位：+392.3m，该项目地所处沱江上下游各有一处水电站，除汛期外其余时间水位变化不大。

（2）钢板桩围堰呈矩形，采用18m长SP-IVw型-600×210钢板桩，嵌入地层11m。钢板桩围堰共设置四层内支撑，其中围檩均采用2HN700×300mm型钢；对撑及斜撑采用装配式Φ609mm×16mm钢管；系梁区域第三、第四层对撑不拉通设置，支撑于保留土体上。承台及系梁底设置150cm厚C30封底混凝土。

（3）施工栈桥及钻孔平台：全桥共设置2条施工主栈桥（上游、下游侧各一条），2个钻孔平台（连接上下游两条施工主栈桥）。上游侧施工主栈桥总长度117m，分为32.5m宽段（履带吊吊装施工区域进行加宽，其中承台区域的栈桥承台施工时进行安装）和12m宽段，其中32.5m宽段长度96m，12m宽段长度18m；下游侧栈桥总长度87m，分为35m宽段（履带吊吊装施工区域进行加宽，其中承台区域的栈桥承台施工时进行安装）、15m和20m宽段。钻孔平台长度为81.7m和69m，宽度8～21.6m。施工栈桥平面布置图见图3。

图3 施工栈桥平面布置图

3 深埋式承台钢板桩围堰施工

3.1 主要工况下的施工

根据钢板桩围堰的施工工序流程，对整个施工过程进行分析，水平荷载主要考虑内外水土压力、水流力、波浪力作用等。主要包括以下6类工况的施工：

（1）抽水达到内外水位高差1m时施工第一层围檩，对撑、斜撑；

（2）在第一层围檩施工完成后再次进行抽水至河床面，吊运旋挖设备进入坑内进行桩基施工；

（3）桩基施工完毕后，开挖承台基坑并同步实施第二、三层围檩后施工封底混凝土及承台基础；

（4）围堰内施工完毕后，拆除第三、四层围檩，回灌水至第二层围檩底口处；

（5）拆除第一、二层围檩以及对撑、斜撑，回灌水至内外高差一致；

（6）拔出钢板桩[1]。

3.2 施工工艺流程

深埋式承台钢板桩围堰施工工艺流程如图4所示。

图4 深埋式承台钢板桩围堰施工工艺流程图

（1）导向架采用I25a型钢制作。在导向架安装之前，先用全站仪在栈桥及钻孔平台上测放出围堰的廓线控制点，用于安装导向架。

（2）由于该项目主墩承台所处地质以中风化砂质泥岩或中风化粉砂岩为主，采用常规振桩锤插打工艺无法实现钢板桩的贯入，同时考虑到引孔与回填土的相互影响，拟定采用ZR220A型旋挖钻机，设备自带护筒（即套管机）；并配1.3m直径的钛合金钻头。引孔桩类似于咬合桩的结构。引孔桩设计直径1.3m，桩长11m；引孔桩设计间距0.9m，咬合0.4m。围堰引孔施工要点是保证钻孔的连通性，让拉森钢板桩能顺利插入，同时考虑引孔孔位内回填与引孔施工的相互影响，故引孔施工分段进行，并跳段施工。单段内引孔施工时跳桩进行引孔。标准段划分长度12m，共计22段。

（3）引孔孔位内回填砂后利用XE400DP型打桩机施沉钢板桩。钢板桩施沉在插打钢板桩过程中，采取从侧面开始，由上游向下游插打，在另一侧合龙的次序。合龙口选择在与流向垂直且流速较小的一侧，而第一组钢板桩的位置则设在合龙口对面的一侧[2]。施打前在钢板桩锁扣内涂抹黄油，施打时控制好垂直度，不得强行施打，损坏锁扣。

（4）围檩及内支撑安装，围堰内侧止水加固完成，起吊设备配合围檩安装人员在围檩钢板桩上焊接牛腿三角托座，每隔2m设置一处。单个节段围檩使用起吊设备整体吊装，直接吊装放置在围檩牛腿三角托座上，围檩与钢板桩之间抄垫、紧密，并每隔1.2m将钢板桩与围檩用钢板焊接加固[3]。

（5）围堰合龙完成且第一层围檩及内支撑安装完成后，即可进行围堰内排水。围堰内排水通过在钻孔平台上安装4台400m³/h的抽水泵进行排水。围堰内排水分级进行，每级降水至当层围檩以下50cm处，便于围檩及内支撑安装。

（6）桩基施工期间，主墩上下游侧承台桩基各配备一台420旋挖钻进行钻孔作业，相邻两桩孔不得同时施工，应间隔交错进行作业[4]。由于桩基施工期间第一层内支撑安装，施工四角的桩基时钻机设备存在干扰，需临时转换内支撑。

（7）承台施工及内支撑转换。第一层承台混凝土浇筑完成且达到设计强度后，拆除第三、第四层内支撑，进行第二层承台施工。待第二层承台及系梁混凝土强度达到要求后在承台与围堰间夹壁回填砂，夹壁顶面浇筑20cm厚C20混凝土。

（8）承台、塔座施工完成、混凝土达到设计强度后，可将钢板桩拔出再利用。

4 围堰施工的监测

4.1 监测项目

根据施工阶段，需在主墩围堰承台及塔座基础施工过程中，对主墩承台围堰进行监测，监测项目包括：钢板桩的应力；围檩、支撑结构的应力；围堰顶部的水平位移[5]。具体监测内容见表1。

表1 围堰监测内容

4.2 监测方法

钢板桩的应变计在钢结构进行接长焊接时安装，围檩和内支撑的应变计在现场钢结构拼装吊装前安装，水平位移测点在钢板桩施沉结束后设置[6]。

钢结构的应力监控需要在测点处埋设表面式应变计，振弦式表面应变计内置的热敏电阻温度计可以提供结构应变和温度效应的相关信息。

围堰水平位移监测在钢板桩施沉结束后，在钢板桩顶部整个围堰四边中线、四角及承台中点对应位置处布设测点，采用全站仪和固定式棱镜采集。

4.3 监测标准

监测标准及频率根据监测标准《建筑基坑工程监测技术规范》和设计要求执行，当出现下列情况之一时，应提高监测频率：

（1）监测数据临近报警值，监测数据变化较大或者速率加快；

（2）基坑附近荷载突然增大或超过设计限值；

（3）钢围堰突发较大位移；

（4）出现其他影响基坑及周边环境安全的异常情况。

5 结束语

随着大跨径跨江、跨河桥梁工程建设项目增多，硬质岩层中深埋式承台钢板桩围堰在该项目的成功实施，引孔后插板桩结合高压旋喷止水施工工艺得到验证，在施工成本、工期、安全、环保等方面都得到有效提升和保证，可为后续同类型工程施工提供参考和借鉴。