轨道交通车站特大桥深基坑钢板桩围堰施工技术

2023-09-28李庆峰

工程建设与设计 2023年18期

关键词：锁口合龙围堰

李庆峰

（中交四航局第五工程有限公司，福州 350213）

1 引言

随着社会经济持续发展，桥梁工程建设进程不断推进，各类型桥梁应运而生。桥梁工程施工中常涉及钢板桩围堰结构，其施工质量对全桥的安全性和质量可靠性均有影响。因此，需对钢板桩围堰施工技术做深入的探讨，以掌握技术应用要点，提高技术应用水平。

2 工程概况

厦门市轨道交通4 号线跨大嶝海峡高架桥梁工程，承台总量374 个，包含以明挖基坑方法施工的陆上承台和钢板桩围堰施工的水中承台。钢筋用量约3 284 t，混凝土强度等级C40，用量31 136.7 m3。钢板桩围堰采用拉森Ⅳ型钢板桩施工。

3 钢板桩插打施工技术

3.1 转角桩的制作

取两片钢板桩，组焊后形成转角桩，要求结构形态完整、尺寸准确、稳定可靠，尤其是两侧插槽的顺直性和焊缝的严密性需得到保证。

3.2 导向架的设置

钢板桩插打时采用导向架，使钢板桩沉桩有足够的垂直度。导向架由导梁和导向桩为基础构件制作成型，刚度和强度需达标，以便借助导向架强制卡住钢板桩，实现对桩轴线偏差和倾斜度的控制。导向架结构如图1 所示。

图1 导向架结构示意图

3.3 首根钢板桩的插打

导向架制作成型且布设到位后，插打首根钢板桩。施工时，精确施打定位桩及首根钢板桩，要求定位框与钢板桩每边的距离均大于10 mm。紧靠定位框插打首根钢板桩，插打全程保持缓慢、匀速的状态。插打过程中及时检测钢板桩的垂直度[1]，发现偏差随即调整，确认第一片钢板桩的插打质量达到设计要求后，以此为基准向两侧对称插打其他的钢板桩[2]。钢板桩插打时的垂直度控制采用十字交汇法，仪器采用2 台经纬仪。

3.4 剩余钢板桩的插打

钢板桩沉放采用60 kW 振动锤和70 t 吊车联合进行，按照与首根钢板桩相同的插打方法完成其余钢板桩的插打作业，并保证后插打的钢板桩与预先到位的钢板桩的锁口稳定连接。钢板桩插打全程遵循“逐条、分段”的基本原则，有条不紊地完成插打作业。现场技术人员及时采集钢板桩插打数据并完整记录，例如，钢板桩的位置、垂直度、入土深度均是极重要的数据。

钢板桩下端在插打过程中受到土体的挤压作用，上端的姿态可能会发生异常，表现为远离首片钢板桩方向的倾斜变化。为保证钢板桩的插打精度，每完成3 片钢板桩的插打后，以垂球吊线的方法检查垂直度，及时纠偏，保证所有钢板桩的垂直度均在0.5%以内。钢板桩纠偏以循序渐进的方式进行，禁止单次过量纠偏，否则锁口将被卡住，不利于后续插打作业顺利进行。每完成5 片钢板桩的插打作业且经过纠偏后，以点焊的方法将钢板桩稳定在内导向架上，便于围堰合龙。

出于质量考虑，钢板桩首先插打至难以下沉的状态，经过适量钢板桩的插打后，进行复振，直至钢板桩准确到位为止。按照该方法施工后，可有效控制钢板桩的插打深度，提高插打效率。钢板桩插打至岩面时，需注意对插入贯入度的测量与控制，保证插打的有效性。此外，插打过程中，设备提供的外力作用可能引起钢板桩姿态偏差问题，因此平面位置和垂直度的检测与控制均要及时进行，使钢板桩的姿态具有合理性。

除逐根插打钢板桩外，还可采取屏风法进行插打，其思路是：将5～8 根钢板桩插打至特定的深度；振动锤多次来回振动，先将两侧的钢板桩打设到位，再转向中间部分，有序施工，具体工艺流程如图2 所示。以屏风法插打钢板桩时，可有效控制钢板桩的倾斜和转动，取得良好的插打效果。

图2 屏风式打桩法工艺流程图

3.5 钢板桩合龙

合龙前，检测钢板桩的位置、间距、倾角，调整偏差后，在临近角桩2～3 根钢板桩的位置合龙。合龙时，若钢板桩与两侧锁口的咬合难度较大，可用千斤顶互顶的方法加以调整，或在两套手拉葫芦的配合下以张拉的方法进行，若采取前述提及的方法仍无法取得良好的应用效果，可用异型钢板桩辅助作业。

为避免合龙时两片钢板桩形成异面直线，必须准确检测角桩的方向并加以调整，合理状态是其一面锁口与对面钢板桩锁口呈平行的位置关系。

4 围堰内开挖及支撑施工技术

4.1 围堰开挖

开挖时间安排在钢板桩插打完成后，开挖设备采用PC350 长臂勾机。但围堰内空间有限且存在支撑的阻碍作用，部分土方开挖完成后剩余土方的开挖作业难以正常进行，为突破此局限性，施工人员用抽砂泵、高压水枪将基坑的砂土清理干净。

分层、分块有序开挖，分层的原则是每结束一道支撑装置的施工后，方可组织下一层土方的开挖，以此类推。第一层土方开挖深度为地面至首道支撑底，中间各层则为相邻两道支撑的竖向间距，最后一层为最下一道支撑底至坑底。分层开挖时的支护作业必须及时进行，如第一层开挖后安装第一道支撑，保证开挖安全。对于基坑的分块，首先划分为中间块和周边块两部分，再从中间块开始开挖，逐步向周边块推进。

4.2 支撑施工

围檩与钢板桩稳定连接，斜撑与围檩焊接，局部存在空隙时根据空隙量填塞薄钢板，待空隙具有密实性后做焊接处理。此外，围檩外侧钢板桩用短角钢焊接至围檩上，经过连接后，使钢板桩围堰组成完整的整体结构。焊接由具有资质的焊工负责，焊接时加强检查，脱焊时随即补焊。

逐道工序依次施工，加强对各道工序的质量控制，禁止本道工序的施工质量不达标就开始下一道工序的施工。出于安全考虑，开挖人员需严格控制每层土方的开挖量，否则将由于超挖而导致钢板桩坍塌，引起安全事故。

4.3 围堰渗漏的处理方法

板桩锁口渗漏和桩底绕渗是常见的围堰渗漏形式。钢板桩锁口止水密封效果较差时易引起渗漏。密封效果欠佳与多项因素有关，例如，钢板桩施打后弯曲变形、锁口形状异常、咬合不到位、现场地质条件特殊等。钢板桩止水构造以锁口咬合的方法连接相邻钢板桩，若咬合部位足够严密，则止水效果良好。但从制作工艺的角度来看，钢板桩制作时通常留有适量富余，以保证施工的便利性，此时可能引起渗漏。

为此，以下重点探讨渗漏的处理方法。

1）板桩锁口渗漏的处理方法：钢板桩插打前对锁口做详细的检查，判断锁口是否变形，若存在变形现象需调整至正常状态。钢板桩锁口中应有适量的黄油，提升钢板桩插打的顺畅性，最终确保钢板桩插打后有良好的垂直度，同时使锁口具有完整性。相邻两根钢板桩的锁口必须紧密咬合，但需避免咬合过紧，否则锁口部位易发生变形，从而引起渗漏。

低潮位时，用聚氨酯泡沫填缝剂填充低潮位以上的钢板桩锁口，保证严密性。所用填充材料对基材的黏结效果良好，在湿表面有止水性。

局部缝隙宽度较大时，根据缝隙的尺寸填塞橡胶条，起到封堵的效果。橡胶条的安装由潜水员在水下完成，将其稳定在钢板桩锁口的外侧。橡胶条由胶条和强磁铁制作而成，粘贴至锁口外侧后，其黏结稳定性将随着外侧水压力的作用而持续提升。局部缝隙宽度较小时，可采取填塞棉絮、木屑的方法处理。

2）桩底绕渗的处理方法：严格控制钢板桩插打质量和入土深度是避免桩底绕渗的重要途径，此外还可设置碎石反滤层和集水井，能取得良好的渗漏预防效果。对于已经出现的桩底绕渗问题，采用填缝堵漏的方法进行处理，由潜水工潜水观察，确定桩底绕渗的发生部位，经过水下压浆或水下混凝土封底后实现对渗漏部位的封堵。

4.4 围堰内清基及整平

围堰内存在积水，用抽水机将其抽取干净。全面检查围堰支撑的稳定性及围堰自身的施工质量，确认无误后由专员完成围堰底的清基和整平作业。

4.5 围堰内混凝土封底

钢板桩桩底为残积砂质黏性土，封底采用C20 混凝土，厚度30 cm，时间安排在低潮位时进行，即采取的是干封底的作业方法。在封底部位的周边开设导流沟和集水井，促进排水。

5 钢板桩施工遇孤石、礁石的应对方法

5.1 优化钢板桩插打方式

插打作业发生在杂填土地段时，可能由于石块或其他物质的作用而产生侧向挤压作用力，此部分力作用于钢板桩，使其发生偏斜。针对该问题，将钢板桩适度向上拔起1.0～2.0 m，再向下锤击，借助锤击产生的外力作用振碎块石，从而调整钢板桩的位置。对于钢板桩插打时遇到礁石和孤石的情况，可主动规避，例如，以弧形桩或转角桩的形式绕过障碍物。

5.2 调整围堰尺寸

钢板桩插打深度范围内存在较大面积的障碍物时，可适当加大围堰的尺寸。

5.3 采用爆破技术

增加围堰尺寸的方法需耗费较多的成本时，调整为钻爆法，其思路是以爆破的方法将礁石解小，以便钢板桩的顺畅插打。

6 钢板桩围堰拔除

钢板桩拔除安排在墩身施工至高出潮位时进行，用振动锤桩夹住钢板桩头部做1～2 min 的振动，松动周边土体，减弱土体对桩的摩阻力，然后缓慢向上振拔钢板桩。遇振拔难度大或完全无法向上拔起的情况时，暂停拔桩，向下适度施打后再上拔，按此方法多次处理即可。钢板桩被拔出后，承台与基坑壁之间存在空隙，可向此部位回填土并压实，使此部位具有完整性与密实性。

水中围堰的围檩拆除顺序与插打顺序相反[3]，首先向围堰内注水，再将相应层次的围檩拆除。为使内外水位维持平衡，钢板桩拔出前需向围堰内注水，或密切关注施工现场的气象信息，趁低潮位时施工。钢板桩的拔除总体遵循从桥梁外侧向桥中线的原则，由远及近有序进行。对拔除后的钢板桩进行检修并涂油养护，分类存放到位，由专员管理。