钢板桩围堰在砂卵石层深水墩基础施工中的应用

钢板桩围堰在砂卵石层深水墩基础施工中的应用

徐方勇陈进

徐方勇陈进

中国电建市政建设集团有限公司天津300384

摘要：本文结合工程实例，以六安市霍山县东淠河双湾大桥8#塔柱墩水下基础施工为依托，从钢板桩围堰施工方案设计、方案实施、效果总结等方面，简述拉森钢板桩围堰在砂卵石层地质下桥梁深水基础施工中的应用。

关键词：钢板桩围堰；砂卵石层；深水基础；

1工程概况

双湾大桥位于霍山县新建交通主干道北外环的高桥湾段上，桥梁在路线K6+100～K6+750范围内东西向跨越东淠河，主河槽宽度约600米，桥全长923.8m，桥面为双幅式，桥宽36.5m，全桥共25跨。下部结构采用钻孔灌注桩基础、柱式桥墩。大桥在8#和19#墩处设有两座桥塔及装饰性斜拉索，下塔柱采用钢筋混凝土结构。桥型布置图如图1。

图1双湾大桥部分桥型布置图

大桥所在区段20年一遇水面标高为67.0m，桥梁下游为水电站，桥位正常蓄水位65m，水位较稳定，正常水位深5.5-9.0m，其中8#墩位水深8.5米，河床主要覆盖中粗砂、卵石，层厚为4.8-9.9m，卵石含量50%-60%、粒径为2-20cm，呈亚圆形状，中风化。

2方案设计

拉森钢板桩围堰与双壁钢围堰、钢管桩围堰及钢套箱相比，具有工艺简单、施工速度快、易拆除周转快、施工成本低等优点，同时钢板桩在大粒径的砂卵石地质亦有插打困难的缺点。本工程5#-21#桥墩施工需要实施围堰，综合考虑工期、成本、围堰周转等因素，选定采用拉森钢板桩围堰。

2.1围堰设计

（1）钢板桩的选用

根据工程所在地场地特点，结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑，钢板桩采用单宽400mm、单长18m的拉森IV型钢板桩，四角采用特制角桩连接。

（2）钢板桩围堰的设计

8#墩为含下塔柱承台结构，为确保钢围堰安全稳定，提高安全系数，根据8#墩结构造型，采用两个对称的T型钢围堰。下塔柱承台8.5×5.8×3.5m，承台下部为4根直径1.6m的桩基，护筒直径为2.0m，单幅系梁下部为3根直径1.8m的桩基，护筒直径为2.2m，顺桥向钢围堰预留5.75m工作面，横桥向预留2.85m工作面，钢围堰平面尺寸为（8.8m×20m+15.2×5.6m）×2，钢围堰设防水位标高为67.5m，底面标高为49.5m，塔柱承台底面标高为55.5m。

围堰内采取五层内支撑和圈梁，内支撑和圈梁材料选三拼的H500×200型钢，牛腿采用I32b的型钢。具体设计图见图2、图3。

图2钢板桩围堰支撑平面设计图

图3钢板桩围堰立面设计图

2.2结构验算

钢板桩围堰结构受力计算包括：钢板桩嵌固深度计算、各工况下钢板桩和内支及撑圈梁的内力计算、整体稳定性验算、抗倾覆稳定性验算、抗隆起验算、抗承压水验算等计算。本工程钢板桩围堰受力计算分析采用理正深基坑7.0版进行计算，验算结果表明，采用18米长钢板桩，嵌固深度6m，5道内支撑圈梁满足要求。具体计算过程从略。

3方案实施

3.1施工工艺流程

施工准备→定位桩插打及圈梁框架→插打钢板桩至合拢→抽水、堵漏、安装支持及圈梁→基坑开挖、安装圈梁及支持→堵漏、清基→封底混凝土施工→支持转换、承台及墩身混凝土浇筑→回填、逐层拆除内支撑圈梁→钢板桩拔除。

3.2施工机械设备

根据钢板桩插打深度和地层结构，选择了DZ90型震动锤，50t履带吊配合振动锤施工，为加快施工进度，用25吨汽车吊送桩。

3.3施工准备

钢板桩检查：钢板桩在装卸、运输过程会出现撞伤、弯扭及锁口变形等现象，钢板桩在插打前有必要对其进行变形检查。对变形严重的钢板桩进行校正并做锁口通过检查。剔除钢板桩前期使用后表面因焊接钢板、钢筋留下的残渣瘤。

振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要进行专门检查，确保线路畅通，功能正常，振动锤的端电压要达到380-420V，夹板牙齿不能有太多磨损。

3.4钢板桩定位插打

在插打钢板桩前，用GPS做好定位，以钢栈桥下部钢管桩做参照，先在钢围堰内侧四周插打定位桩，在定位桩外侧焊接牛腿，安装圈梁，以圈梁作为导向梁和操作平台，顺导向架外侧插打钢板桩，插打时遵守“插桩垂直，分散即纠，调整合拢”的原则。插打顺序从上游向下游，从一角向另一角插打，在下游合拢。在砂卵石层地质条件下钢板桩的插打遇到插打困难和插打倾斜的问题，通过改进施工工艺得以克服。

（1）砂卵石层中钢板桩难以插打到位，在插打过程中，遇到较大孤石导致无法插打到位的时候，可采取对钢板桩头补强、切割加工或焊接两根风镐头的方式处理，配合反复提起再插打，以挤压移动或击碎孤石，从而达到设计的入土深度；对于打桩过程中遇上不明障碍物，通过处理桩尖仍无法打入时，可采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。对于插打困难的钢板桩，在振打过程中应给锁扣处持续浇水降温。桩尖处理见图4。

图4钢板桩桩头处理

（2）砂卵石地层打设钢板桩时垂直度难以控制，在首片钢板桩插打应从两个相互垂直的方向同时控制，且应紧靠顶层圈梁边缘徐徐下降，待插入河床后，用定位架限制钢板桩位移，插打就位后将首片钢板桩与顶层圈梁点焊固定，利用首片钢板桩作为导向，以确保后续钢板桩的垂直度。

3.5内支撑安装与围堰监测

钢围堰合龙后开始用潜水泵向基坑外抽水，同时进行围堰堵漏工作，锁口漏水时，可用竹条向锁扣内塞塑料薄膜，利用压差将塑料膜吸入从而堵住漏水点；漏水较大时可在漏缝外侧水中抛投煤灰、粗沙拌、锯末拌合物，使其由水夹带至漏水处自行堵塞，效果显著。围堰内水排完后采用明挖法清基。具体流程如下：

（1）当抽水至第一道内支撑底标高下0.5m处，安装第一道圈梁与内支撑，继续向下抽水至第二道内支撑底标高下0.5m处，安装第二道圈梁支撑，依次类推安装至第四道圈梁与支撑。

（2）围堰内水排完后，采用小挖机在基坑内配合平台上的长臂挖机开挖作业，开挖至第五道内支撑底标高下0.5m处，安装第五道圈梁与支撑。

（3）水下土方开挖至设计封底混凝土底标高，浇筑封底混凝土，并预留集水坑。

（4）水下封底混凝土达到设计强度，拆除第五道圈梁与支持，开始承台结构施工。

钢围堰抽水过程中需做好水平位移和变形监测，一旦发现围堰变形超过设计控制值，立即停止抽水，对围堰做相应加固处理措施后方可继续抽水；基坑土方开挖及承台施工过程中，加强对支护结构变形及渗漏水情况的巡查，发现异常及时处理。

3.6钢板桩围堰拆除

钢围堰圈梁与支持拆除工作是随着承台、塔柱向上施工，逐层回填、灌水，自下向上逐层拆除圈梁与支持，待承台、系梁、墩柱施工完，下塔柱浇筑出水面后，拆除第一道圈梁与支持并开始拔除钢板桩。拔桩起点应离开角桩5根以上，可根据沉桩时的情况确定拔桩起点，必要时也可用跳拔的方法。拔桩的顺序最好与打桩顺序相反。拔桩时用振动锤钢板桩头部略松吊钩，先振动1-2min使钢板桩周围土松动，然后慢慢往上振拔，并注意吊车荷载情况，发生上拔困难，停止拔桩，往下振打少许，再往上振拔，如此反复可将桩拔出。

4结语

双湾大桥8#墩钢围堰抽水后，对钢围堰垂直度、平面位置偏差、主要构件的受力变形及围堰的止水情况进行检查验收，均满足技术方案要求，完全达到了预期效果。钢板桩围堰在双湾大桥砂卵石层深水基础的施工中取得了良好的效果，解决了双湾大桥下部结构水下施工难题，安全顺利地辅助其按期完成施工，为尽快进行桥梁上部结构施工、钢栈桥拆除提供了基础，取得了良好的经济效益。

参考文献：

[1]《钢结构设计规范》[S]GB50017-2017．

[2]《建筑基坑支护技术规程》[S]JGJ120-2012

[3]汪正荣.建筑施工计算手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2007．

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会需求。在开展建筑施工工作的过程当中，对混凝土建筑技术进行应用，那么就要不断的提升该项技术的整体质量以及效率，这样才可以将建筑施工的质量进行保证。

参考文献：

[1]王丹，杨帅.混凝土浇筑技术在建筑工程施工中的应用研究[J].现代企业教育，2014，（14）：517-517，518.

[2]张龙.关于混凝土浇筑技术在建筑施工中的应用探讨[J].中华民居，2014，（9）：310-310.

[3]安志荣.混凝土浇筑技术在建筑施工中的标准应用[J].中国标准化，2017，（18）：128-130.