桩基 围堰 施工质量控制措施探析

桩基 围堰 施工质量控制措施探析

刘彦广

上海隧道工程有限公司 200032

摘 要:上海市北横通道在长寿路桥节点需穿越苏州河，该节点紧邻运营中的地铁13号线、施工方对多种施工方法的综合比选，最终确定采用钢平台围堰方案，将水域变为陆域，然后在陆域内进行基坑施工。针对围堰基础钢管桩，施工方采用了先进的高频免共振锤施工工艺，将沉桩施工对地铁运行影响减到最小，且对沉桩质量做到了很好的控制。本文对这一先进工法关键技术进行介绍，希望从中取得的经验可为其它同类工程提供借鉴与参考。

关键词:钢平台围堰；分期导流；高频免共振液压锤；沉桩质量控制

引言

上海市北横通道筛网厂明挖段在长寿路桥节点需穿越苏州河，该节点施工条件复杂：紧邻地铁13号线、覆土较浅、场地受限，且苏州河防汛形势严峻。施工方对多种施工方法的综合比选，最终确定采用钢平台围堰方案。

1、工程概况

北横通道筛网厂明挖段，即从筛网厂盾构接收井到长安路接地点，共550m明挖法施工。其中明挖过苏州河段（约160m长基坑）通过在两端设临时封堵墙形成相对独立的基坑，西侧接筛网厂暗埋段，东侧接“弹钢琴”段1号仓。

明挖过苏州河段西侧为西苏州路，东侧紧邻正在施工的上跨13号线段，北侧为运营中的地铁13号线盾构区间，离结构边线距离为6.1~10.5m，隧道外径6.2m，管片厚度35cm，隧道顶埋深约18.6m。

图1：北横通道明挖过苏州河段平面图

2 、工程地质和水文条件

在工程点处河床呈现西侧冲刷东侧淤积的状态，最深处河槽的底标高约-4.20m，河床断面缺乏①₁②₃层土。

根据《北横通道新建工程岩土工程勘察中间报告》，场地90m以内分布的土层自上而下可划分为九大层及若干亚层和透镜体夹层，其中①层为填土，②₁ 层~⑤₃ 层为全新世Q4沉积层，⑥层~⑨层为上更新世Q3沉积层。工程沿线穿越的河流主要为吴淞江，受黄浦江潮位影响较为明显，河道周边地层的②₃ 层粉砂渗透性较好，是地表水和地下水良好的联络通道。沿线地下水主要有赋存浅部土层中的潜水，赋存于⑦层、⑨层中的承压水。

图2：工程地质剖面图

3、过河施工方案确定

鉴于过苏州河节点位于市中心，紧邻即将运营的地铁13号线，施工将影响到地铁运营以及苏州河的防汛安全，针对该节点如何实施，施工方经过多轮研讨，在综合考虑技术、风险以及对苏州河、地铁13号线影响的基础上最终确定选用钢平台围堰方案。

该方案采用钢平台+拉森钢板桩的组合式围堰结构体系，将围堰内的水抽排后进行回填形成陆域，然后在陆域内进行基坑施工，待结构施工完成后拆除钢平台围堰并恢复河床。且该方案曾经在上海市轨道交通4号线修复工程中成功应用，较其它几种方案有实践成功优势。

为满足苏州河的过流渡汛需要，水务部门要求整个过河段施工过程中保证河道过流宽度不小于36m。据此将施工分为两个阶段，第1阶段为东侧施工西侧导流，第2阶段为西侧施工东侧导流。

第1阶段先在东侧施工一期围堰，因西侧河道宽度不足36m，为满足过流宽度要求，需要同步在西侧进行导流槽开挖。待一期围堰封闭后，内部抽水清淤、回填加固，将水域变为陆域，然后在陆域条件下与岸上段一并进行基坑与结构回筑施工。待一期结构完成后，在顶板上施工一堵临时挡水墙作为第2阶段二期围堰的一部分。将围堰内的土体挖掉恢复河床并回水，最后拆除钢围堰平台。

第2阶段与第1阶段的施工流程基本相似。所不同的是在第1阶段东侧施工过程中，临时挡墙位置已经考虑了36m过水宽度的要求，因此东侧无需进行导流槽的浚挖施工。一期围堰、二期围堰平面形式见图3。

图3：围堰平面示意图

钢平台结构形式为：基础采用钢管桩（Φ800×12）；上部结构依次为H700型钢桩顶横梁、H700型钢纵梁、18#工字钢桥面分布横梁、10mm钢板桥面板、Ф45钢管护栏。钢平台宽度8m。钢管桩设计底标高为-25.5m，设计顶标高为+1.80m。围堰原则上采用双排拉森板桩，但东侧平台河床底较浅，因此南北侧采用单排拉森板桩，其余全部采用双排。钢平台围堰的结构形式见图5及图6。

图4：钢围堰平台横断面

、钢平台围堰施工关键技术

钢平台围堰施工总体流程如下：

测量定位→导向架固定→起吊振动锤将钢管桩打至设计标高→桩帽和牛腿安装→横梁就位焊接施工→纵梁固定螺栓连接施工→走道板横梁焊接施工→铺设钢板→安装护栏→设备移位施工下一跨平台→拉森钢板桩打设→拉森钢板桩加固。

4.1 打桩设备选择

鉴于钢平台围堰紧邻地铁13号线（最近处仅4.6m），如果施工对13号线的扰动超标将影响到地铁的正常运营甚至停运，后果将十分严重。且工程位于市中心，对打桩产生噪音要求较高，如果采用常规的振沉设备与工艺将无法满足对地铁的保护及市中心文明施工要求。故为了减小钢管桩施工对13号线的振动影响及对周边环境噪音污染，经市场调研，施工方决定采用荷兰ICE公司的28RF型高频液压免共振锤施工。与传统液压锤相比，该设备具有：振动小、环保、高效、适用范围广等优点。

图5：ICE高频免共振锤及配套液压动力站

4.2 现场试验

为验证所选锤型在本工程点地质环境的适应性，施工方在正式施工前进行了两次钢管桩振沉的振动现场原位测试，测试采用的钢管桩与工程实际采用的为同一规格，振动监测采用加拿大Instantel传感器。现场测试委托专业单位进行。第1次试验重点测试钢管桩打拔过程中周围土层的振动情况；第2次试验的重点为沉桩过程中紧邻隧道管片的振动情况。

图6：第一次原位振动测试

第1次试验选在围场范围内，在离开桩周3m、5m、10m的位置布置振动监测传感器，在振沉和拔除过程中进行振动监测。不同阶段振动测试的结果见表1。

表1：第1次试验振动测试结果

第2次试验中试验桩为设计桩位，与940环管片的平面距离为8.6m，沉桩前在隧道管片上布置测点，在试验沉桩过程中同步对管片的振动情况进行实时振动监测。试验桩与监测管片的位置关系见图7。

图7：第二次原位振动测试

沉桩过程中振动测试数据汇总如表2：

表2:第2次振动测试数据汇总表

监测结果表明：两次试验的场地背景振动约为0.31mm/s。ICE高频免共振锤对地铁的振动影响远小于申通地铁规定的标准：不超过25mm/s，因此，最终确定采用该设备进行钢管桩打拔施工。

4.3 钢平台围堰施工工艺流程

（1）钢管桩起吊

钢管桩加ICE 28RF免振锤两者总重16.83t，由于钢管桩长度长打桩高度超过30m，选用100t履带式液压吊车起吊。配备一台50t履带式液压吊车配合桩体转换、喂桩。

图8：钢管桩起吊

（2）钢管桩定位与导向

1）在已施工好的钢平台正前打设2根临时定位桩，并沉桩约至设计平台顶标高位置，用于架导向梁架设；

2）在定位桩上和已经施工好的钢平台之间架2根导向梁；

3）将预留有3个一组的桩位孔的导向架吊至2根导向梁上，并在导向梁上移动导向架位置并使用全站仪精确定位，使导向架中3个桩位孔的中心定位到钢管桩设计位置；

4）将导向架临时焊接固定在导向梁上，防止导向位移；

5）将需打入的钢管桩吊至导向架桩孔中，调整好垂直度后振沉入河床中；

6）三根一组桩打入完成后，将导向架从导向梁上撤去，最后按顺序把三根钢管桩振送桩至设计标高。

7）钢管桩三根一组，共三组完成之后等待苏州河底潮位时间焊接桩顶板、水平剪刀撑、顶横梁及纵梁上平台。

（3）拉森钢板桩施工

1）在钢平台外侧横梁（围檩）部位外伸处焊接2根型钢，用于架设外靠导向梁；

2）将2根导向梁焊接在该型钢上，导向梁与钢围檩之间距离即为拉森钢板桩组合宽度；

3）吊桩前，在板桩的咬口内涂刷QN复合止水胶，以提高板桩的止水效果。

4）用二台各为100T和50T液压履带吊配合把拉森钢桩咬口与上一根拉森钢桩咬口正反扣住，最后将拉森钢板桩振沉至桩顶设计标高。

图9：拉森钢板桩咬口内止水胶及打桩施工

（4）拉森钢板桩与钢平台连接节点施工

钢平台外侧两排拉森钢板桩之间回填黏土以达到隔水效果，采用M30螺栓（间距为1m一根）连接，M30螺栓通过内侧钢围檩（规格700×300工字钢）固定于钢平台横梁。

此外，两排拉森钢板桩作为整体，通过一排M60高强螺栓与钢平台进一步连接固定：在拉森钢板桩外侧加设一道钢围檩（规格40#双拼工字钢），钢围檩下部焊接三角板架（规格450×200×20），外侧焊接方形钢垫圈（规格280×280×40）以分散钢围檩应力。外部通过M60高强螺栓（间距为3m一根）固定于固定于钢平台纵梁。

图10: 拉森钢板桩与钢平台连接节点

图11：拉森钢板桩与钢平台连接节点

图12：施工完成后的一期围堰及二期围堰

6、实施效果

施工过程中通过导向架及全站仪辅助定位，桩位偏差100%满足≤1/3D要求，桩顶标高100%满足≤±50mm要求，电焊接桩焊缝相关端部错口、咬边深度、加强层尺寸等采用钢尺及焊缝检查仪检查，满足质量要求。在钢平台围堰施工完成投入使用前，后委托专业机构对其进行超声波检测，满足规范规程要求。

一期围堰施工钢管桩130根，二期围堰施工钢管桩86根，在累计216根钢管桩施工过程中（包括振沉与拔除）北侧的地铁13号线隧道安全均处于受控状态，收敛和沉降监测数据均未超出申通地铁要求的累计报警值（10mm）。

从2016年4月一期围堰打设围堰钢管桩开始，至2018年8月二期河床及防汛墙恢复完成，整个过河段施工过程跨越连续3个汛期，期间苏州河的通航及度汛没有受到较大影响，苏州河钢平台围堰的最大沉降位移-12.78mm，最大测斜位移不超过-15.42mm，监测数据均处于受控状态。

7、结语

上海市北横通道工程在长寿路桥节点采用围堰形式对苏州河分期导流施工。由于工程位于市中心区域，且紧邻正在运营的地铁13号线，为保护地铁，钢管桩打拔施工采用ICE高频免共振锤施工，现场试验与工程实践表明：该锤型具有共振小、噪音低等这类对环境友好的特点，完全满足敏感地层施工、周边建筑保护及市中心绿色施工施工的要求。

通过一系列沉桩过程中的措施，沉桩质量及焊接质量得到较好控制，进而保证了围堰良好的止水性能，基本无渗漏现象。整个过河段施工期间监测数据表明：在施工过程中，地铁13号线、一期围堰及二期围堰变形数据均处于受控状态，证明钢平台围堰分期导流方案可行性高。

参考文献：

周裕倩;孙哲超;杨云帆;袁金荣;梁肇汉.复杂环境条件下深基坑开挖对既有运营地铁的影响研究及反演分析.2016中国城市基础设施建设与管理国际大会.2016

王瑾.膨润土防水毯在深基坑工程中的应用.施工技术.2017

罗强强.毗邻地铁盾构免共振振动锤钢护筒施工技术.城市道桥与防洪.2019