钢板桩施工技术在桥梁主墩承台深基坑支护中的应用

李 贲

（广州市第一市政工程有限公司，广东 广州）

跨水桥梁承台工程经常使用的施工技术包括筑岛围堰、套箱围堰、双壁钢围堰和钢板桩围堰，其中拉森钢板桩围堰的使用率更高，原因是这种支护形式的强度、刚度、经济性和施工便捷度都更加优秀。拉森钢板桩支护结构能够有效防水、深入土层、提高重复利用率，还可用作封底混凝土的模板，实际使用钢板桩时需要关注可能发生的变形、渗漏等问题。

1 工程概况

以某桥梁基坑支护工程为例，工程大桥总长约为1 212 m，全线采用三种结构形式：上跨江主航道是悬臂浇筑变截面预应力混凝土连续刚构桥，规格为70+120+70 m；两岸堤跨引桥是连续梁桥，规格为38+65+38 m；堤内引桥和堤外引桥都采用预制组合小箱梁，分别为35 m 和30 m。其中14#、15#主墩左右幅各有一个承台，尺寸都是16.5×16.5×4 m，两个主墩的承台底标高分别是10.837 m 和10.784 m。地基是桩基础，采用摩擦桩，承台下设16 根钻孔灌注桩，直径1.8 m，长为60 m，单个承台C30混凝土约为1 089 m3，钢筋约为89 t，该大桥纵断面情况见图1。该工程所处区域地貌为冲积平原，气候特征是北亚热带湿润季风气候，雨量充沛，多集中于夏季，该桥所跨水道的枯水期平均水位是14.414～15.424 m，近些年来汛期最高水位高程是21.33～17.59 m，总的来说，该桥的主墩地质条件较为复杂，具有地下水位高、淤泥层厚、底部为砂层等特征。

图1 大桥纵断面

2 桥梁主墩承台深基坑支护中钢板桩施工技术方案

2.1 方案介绍

本工程采用拉森钢板桩支护，桥墩位于河床较高处，间距已经超过100 m，筑岛围堰施工时不影响正常通航，因此选择填土筑岛+钢板桩支护的方案，兼具经济性与合理性。考虑到筑岛围堰顶部标高是21.2 m，基坑底部均为砂土，透水性好，因此以抗管涌为主判定拉森钢板桩的长度，通过计算可知钢板桩长度应当在18 m 以上，结合复杂的基底情况，最终决定14#和15#主墩所采用的拉森钢板桩长度分别为21 m 和18 m。第一、二、三道钢围檩均使用双拼H 型钢，内支撑均使用φ609×16 mm 钢管。

基坑支护的施工流程见图2，在施工时有几点需要注意，首先是要判断围堰的透水性，如果发生透水问题，需要采用吸泥排土法进行处理，水下灌注底部1.5 m 厚封底混凝土；其次由于该工程水位较高，而且钢板桩主要通过自身锁扣实现自防水，要做好钢板桩的防漏水措施；最后是注意工程工期，尽量保证在枯水期内完成工作，预留给安装钢围檩的时间有限，需要合理安排保证施工顺利。

图2 基坑支护施工流程

2.2 钢板桩围堰施工

2.2.1 导向安装

枯水期施工时，在该桥14#和15#主墩的筑岛平台安装导向装置，便于控制插打钢板桩时钢板桩的垂直度和平面位置。安装时首先要通过测算确定钢板桩围堰的边线位置，其次要根据边线位置挖出20～40 cm 的定位沟槽，再次在角点位置插打两根定位钢板桩，保证定位精准，不得影响工程质量，最后要在钢板桩插打范围内的外侧地面上用型钢焊接定位钢板，型钢部位应当垫平，并用18 号槽钢连接，保证后期割除能够顺利进行，导向布置见图3。

图3 导向布置

2.2.2 钢板桩插打

钢板桩的插打顺序是从中间过渡到两边，完成一面工作后，在两端打设角桩继续依照顺序进行搭设，在靠堤侧承台角桩位置合拢，打桩顺序的具体情况详见图4。用平板车和吊车将钢板桩运送指定位置上，然后以插打顺序堆码，堆码层数不得超过四层，每层之间用垫木隔开。此外，为了避免超长拉森钢板变形，吊装时尽量选择短边方向。施工时主要使用履带设备，设备规格是80 t，以防土地承载力过低导致陷车问题，此外还要使用DZ120 型液压振动锤配合插打工作。

图4 钢板桩施工顺序

2.2.3 防漏水

钢板桩主要通过自身的U 形锁扣进行密封，从而达到防水效果，如果锁扣未对紧或密封不严，围堰会从锁扣处开始渗漏，为了保证围堰的安全性与可靠性，可以在钢板桩工程准备期间、施工期间和抽水结束三个阶段做好防渗漏处理[1]。准备期间主要是对钢板桩进行检查和试验，检查锁扣是否存在锈蚀、变形等问题，是否留存杂物，并及时清理，针对变形问题可以用专门的整形胎具恢复钢板桩的原始状态[3]；施工期间开始插打作业，控制垂直度，不得强行拖打，避免锁口受损；开挖抽水等环节结束后，如果锁口依然存在轻度的漏水现象，可沿水流方向确定漏水缝隙，并在缝隙位置撒入细微填充物，漏水情况过于严重时，必须立即停工，组织抢险，同时启动应急预案。

2.2.4 钢围檀及内支撑施工

该工程总共需要布置三道钢围檩支撑体系，顶层与二、三层钢围檩采用的H 型钢规格不同，前者是2HN700×300×13×24 mm，后者是3HN700×300×13×24 mm。在丰水期来临前必须完成施工，因此要分段安装围檩与内撑体系标准节段，运输时分割段长度不得超出9 m，平板运输车规格是9.6 m，安装前放出标高控制线，同时与钢板桩焊接18 号工字钢制作的定位架。每次挖至土层内支撑下方50～100 cm 处就开始进行安装，根据实际情况选择使用木楔或钢板塞紧围檩与围堰壁间的缝隙。

2.2.5 围堰内挖土、吸泥

围堰内挖土、吸泥工作主要是针对透水层的上下两部分土体。开挖透水层以上土体时主要使用长臂挖掘机和履带吊，挖掘机与钢板桩的水平距离必须超过3 m。分段开挖时控制每层高度在2 m 以内，临时堆放的土方高度在1.5 m 以内，与基坑边的距离要超过20 m；开挖透水层以下土体时主要使用吸泥机和高压射水工具，防止地下水渗入量过大影响开挖效率。使用吸泥机时要从基坑四周向中间缓慢且分段进行施工，每层高度低于2 m，同时注意吸泥管和排泥管弯头处的堵塞问题，全程保持围堰内外水位平衡的状态。

2.2.6 围堰封底

围堰封底的作用是支撑钢板桩，同时承受反向的水土压力，所以需要设置合理的厚度保证围堰质量，底部不透水时混凝土垫层厚度应为50 cm，底部透水且水位较高时封底厚度按1.5 m 考虑。封底施工时采用提升导管法，主要设备包括导管和混凝土储料斗，其中导管的规格为直径300 mm，壁厚12 mm，节段长为3 m，最上一节为2 m，浇筑过程中在14#和15#主墩各设置36 个灌注点。浇筑的混凝土强度达到设计标准的75%后，利用水泵排干基坑余水[2]。

2.3 围堰换撑及拆除

围堰换撑及拆除分两次完成，第一次是底部1.5 m承台施工结束后，在承台周围回填1.0 m 厚的砂土，混凝土强度达到25 Mpa 时可以拆除底层内支撑；第二次是顶部2.5 m 承台施工结束后，在承台周围回填2.0 m 厚的砂土，混凝土强度达标后拆除第二层内支撑。拆除钢板桩时使用打拔桩振动锤，先夹住桩顶振动1～2 min，缓慢向上振拔，如果出现难以拔除的情况，可以向下压桩几公分，然后再上拔。

3 施工监测

3.1 监测方案

施工监测内容包括钢板桩位移、深层土体位移、地下水位和支撑体系轴力。监测钢板桩位移情况要从水平和竖直两个方向入手，工作基点设置在14#墩北侧45 m 处；深层土体监测点要设置在桩后3 m 左右的范围内，钻孔直径为110 mm；监测地下水位时使用内径60 mm 的PVC 管，埋深10 m，外露0.2 m；采用钢弦式轴力计监测支撑体系，使用前要将安装架与钢板焊接好，用螺栓固定轴力计，防止突然掉落[4]。

3.2 监测频率

施工监测分为两个阶段，第一阶段是基坑开挖前，第二阶段是基坑开挖期间，观测频率需要结合施工进度和地质条件等因素综合决定[5]，一般来说在第二阶段时每天需要监测1～2 次，变形较大则为2～3次，具体频次见表1。

表1 检测周期频率

3.3 监测过程及结果

以14#墩北侧监测点为标准总结该项目的监测过程及结果。首先桩顶水平位移选择了6 组基点数据，由于基坑内支撑的作用，而且土压力有限，顶部位移程度不高，普遍是10～16 mm；其次沉降监测点与位移监测点共用，可知最大沉降为5.6 mm，而且封底后趋势较为稳定，证明达到了封底作业的应用效果；再次是水位监测，3 月末水位上升较大，4 月初下降了20 cm 左右，最后逐步回升稳定，稳定的原因是封底后地下水恢复平衡；从次是深层土体位移，通过数据可知深层土体位移与开挖程度呈正比例关系，达到最大值后又逐渐缩小，其中位移最大点深度约为5 m；最后是轴力监测，按对称原则在三层各取两个基点，三道撑都在封底之后逐渐趋于稳定。

4 结论

本工程深基坑支护选择拉森钢板桩围堰方案，综合分析了桩顶水平位移、桩顶沉降变化、水位总体趋势、深层土体位移和轴力变化的监测结果，可以得出拉森钢板桩围堰方案能够较好地维护围堰稳定性，而且对周围生态环境没有太大影响，整体的建设工期较短，建设效果也达到了设计标准，综合来看，钢板桩技术在桥梁主墩承台深基坑支护中充分发挥了其应用价值。