拉森钢板桩围堰在恩江大桥水中承台施工中的应用

拉森钢板桩围堰在恩江大桥水中承台施工中的应用

郭胜英 沈峰

中交一公局集团华中工程有限公司 武汉 430000

摘要：拉森钢板桩在水中承台围堰施工中，其采用的钢板桩强度、刚度及入岩深度等数据指标，直接决定水中承台施工能否顺利安全完工。本文结合恩江大桥水中承台拉森钢板桩围堰的施工案例，阐述了钢板桩围堰采用的结构形式、内力和入岩深度的计算方式,进一步介绍了水中承台钢板桩围堰的施工工艺, 可供类似工程提供参考和借鉴。

关键词：水中承台；围堰；拉森钢板桩；施工

1 引言

拉森钢板桩通常是使用在围堰施工中的一种带锁扣的型钢，按其相关截面形式划分为直板形、U形和Z字形等。类别有IV型、V型及VI型三种，作为一种新型的建筑施工材料，在水下围堰工程施工中发挥着巨大作用。其按材料来源主要有国产和进口两种方式，在大型围堰结构施工中，通常会选择使用进口的拉森钢板桩。

拉森钢板桩具有绿色、安全、环保，施工简便、费用较低，防漏水、止水效果等特点。为了确保施工的安全可靠，拉森钢板桩围堰需要进行单独设计，计算其支护形式和其采用材料的型号等。

2 工程概况

恩江大桥中心桩号为K1915+395.8，夹角90°，全长431.8米，桥宽25.5米，其上部结构采用13×32.6米，先简支后连续装配式预应力混凝土小箱梁，桥梁下部结构采用钻孔灌注桩基础，墩采用一柱接一桩形式，桥台采用肋板式结构。

该桥施工便道采用钢栈桥，桥区所属航段虽有通航需求，但是已与当地海事及航道部门商议，确定了施工期间河道不进行通航。其6#、7#和8号墩，每墩设置2个承台，单个承台长8.4米，宽2.9米，高2.5米。经技术和经济方案比选后，以上3个墩的承台施工，采用钢板桩进行围堰施工，围堰尺寸长25.6米，宽4.8米，钢板桩长度12.0米，如图1所示。

图1 钢板桩围堰断面图

3 围堰结构受力计算

3.1 计算选定参数

（1）围堰设计参数

计算时根据现场实际情况，设置水位顶高程为2.5米，钢板桩顶高程为6.0米,钢板桩长12.0米。采用日本产的SKSP-SX28型拉森Ⅵ型钢板桩，具有强度高、不易弯曲和变形等优点。其截面惯性矩为39600cm⁴/m，截面模量为2200cm³/m，设计抗拉强度为215MPa。

钢板桩围堰根据验算结论，设置两道围檩内支撑，每道围檩均采用双拼I40a型钢；设置4道水平内支撑均，每道均采用4根Φ351×8的钢管；同时斜内支撑也采用双拼I40a型钢。

（2）土层参数

3.2钢板桩计算

(1) 结构内力分析

利用《深基坑支护设计6.0》软件，取1.5米板宽，采用假设水土折算的混合计算的方法，通过m值法确定，对钢板桩围堰在施工阶段下，各个工况下的结构内力，进行受力验算，计算可以生成钢板桩结构的内力计算包络图，如图2所示。

图2 钢板桩结构内力计算包络图

(2)钢板桩抗弯计算

钢板桩承受的最大弯矩为127.2kN·m,弯应力为36.147MPa,满足受力条件。

(3)围檩受力计算

取1.5米板宽计算时，支撑反力最大值为243.5kN，采用迈达斯建模，按围檩所能承受的最大线荷载为257.2kN/m进行验算，得出围檩及支撑组合，能承受的最大值应力为65.4MPa，验算的结论能够满足结构安全性和稳定性要求。

（4）钢板桩入岩深度计算

采用土力学中的圆弧滑动简单条分法进行受力分析，计算得出钢板桩嵌入深度设计值为3.7米，而实际施工的嵌入深度为6米，能够满足施工阶段安全要求。同时，对钢板桩的抗倾覆验算、基坑底管涌、隆起和抗浮稳定性也进行了验算，各项指标均能满足要求。

4 施工工艺

4.1 施工工艺流程

施工准备→测量定位→第一道围檩→导向架施工→打钢板桩→第一道内支撑施工→堵漏→排水→第二道围檩及支撑→堵漏→排水→清淤泥→封底→承台及墩柱施工→钢板桩围堰拆除。

4.2 钢板桩施工

（1）测量放样

测量工程师根据钢板桩围堰的施工设计图纸，计算出钢板桩的桩位坐标，再根据坐标用全站仪进行测量放样，标记出桩位。确定桩位后，在其周围布置好监控点，并做好保护，以便随时检验校核桩位是否偏位。

（2）导向定位

在首根钢板桩打入岩土之前，为了确保钢板桩的中心偏位，同时控制好钢板桩的竖直度及打入精度，防止钢板桩出现屈曲变形和弯曲变形，提高钢板桩的贯入能力，首先在钻孔灌注桩施工阶段埋设的钢护筒上，按照设计图纸，焊接牛腿装置，并制作专用的施工吊篮，确保人员安全的情况下焊接钢支撑，安装第一道围檩，作为钢板桩打设的定位导向架。

第一层围檩的平顺与否，直接影响到后期整个围堰能否顺利实施；第一道围檩安装的好坏，直接影响整个钢支撑否顺利进行的重要因素。严格控制第一道围檩的平顺度、竖直度和平面位置，避免与钢板桩产生碰撞，便于后面控制钢板桩的施工高度和提高施工功效，确保钢板桩打设时的竖直度、平面位置及其他指标符合设计要求。

（3）钢板桩插打

在钢板桩搭设之前，要联合相关部门，对进场的钢板桩质量进行验收，主要对其外观表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端头矩形比、平直度和锁口形状等指标进行验收，验收合格后，方可投入使用。对钢板桩上有割孔、断面缺损部位未进行补强、严重锈蚀、断面尺寸和厚度等指标不符合要求的，进行退场处理。

钢板桩插打时，首先要进行试插桩，利用吊车或者打拔机将钢板桩吊至试插桩处，插桩时务必对准钢板桩的锁口，每插入一块钢板桩并套上桩帽后，再轻轻锤击。在插桩施工过程中，为确保垂直度符合要求，利用两台全站仪在两个方向同时进行监控控制。在插桩进行的方向，钢板桩锁口处设卡板，阻止钢板桩位移，防止锁口处中心平面位移。

在第一道围檩上，通过计算，划出每块钢板桩应该打设的位置，以便随时检查校正。钢板桩每打入1米测量一次，分多次打入，测量人员在现场进行监控，直至钢板桩按设计打设到指定标高。钢板桩插打的顺序按照上游开始插打，下游合拢。

（4）钢板桩安装围檩及支撑

整个围堰设计两道围檩及内支撑，围檩均采用双拼I40a型钢，水平内支撑均4根Φ351×8的钢管。

为了保证承台和墩柱施工时有足够的作业空间，内支撑应高处承台顶面高程30厘米，同时还需避开墩柱身和墩柱模板的位置。方便支撑的摆放，先在钢板桩上焊接牛腿，同时为了阻止支撑力向上拱起，需在支撑面上同步焊接一个反向牛腿。为了保证支撑与钢板桩紧密相贴，在支撑与钢板桩间利用钢板垫满，并焊接密实。为了防止应力集中，扩大支撑的整体受力面积，在钢板桩内拐角（包括横纵支撑拐角）处，增加斜向支撑双拼I40a型钢。利用大功率水泵，逐步抽水至支撑底20厘米处时，开始焊接牛腿、安放横向支撑等。钢板桩的围檩和支撑应按设计要求，设置在指定位置，避免造成钢板桩的受力不均，导致整体围堰出崩塌。同时为了确保工程质量，钢板桩与支撑或钢板桩与围檩，严格按设计要求进行满焊，不得出现漏焊等现象。

（5）清淤吸泥

为了加快施工进度及清淤质量，清淤吸泥采取两次进行。

第一次清淤应在拆除钻孔灌注桩施工平台后，插打钢板桩前，利用长臂挖掘机进行水下清淤，将河床顶上和钢护筒内的淤泥挖除，使用自卸汽车运至弃渣场。

第二次在钢板桩围堰完成后，再利用长臂挖掘机将按照第一次清淤的方式，再清淤一次。因长臂挖掘机工作空间原因，剩余钢板桩附近及拐角处的淤泥无法挖除，采用人工配合高压水枪进行清淤，冲散围堰内的淤泥，再利用大功率泥浆泵抽至泥浆车，运至弃渣场。采用双人交换测绳量测控制清淤深度，直至清淤至设计高程。

（6）封底混凝土

为了封堵地下水，同时加强钢板桩的自身稳定力，封底混凝土采用防渗等级P8的C30水下混凝土，利用湿法施工工艺。封底混凝土采用罐车拉至施工现场，汽车泵车灌入施工前准备的料斗中，按照先封底处，再封堵高处的原则进行。为了确保封堵质量，加强人工对现场标高的监控。

（7）钢板桩堵漏

常用的钢板桩堵漏方式为河床以上部分采用富纤维棉絮、麻丝、掺黄油、细沙等材料，以上材料对水质造成了污染，还影响了生态环境，不推荐使用。对于河床以下部分，受富水压力的影响，无法形成内外水压力，只能利用普通的反复塞缝、堵缝的方式进行钢板桩堵漏，效果较差。

恩江大桥的钢板桩围堰通过技术创新研究，采取了一种新型的钢板桩堵漏方式。采用两根钢板桩锁口漏水处焊接一块“U 型钢板”（类似于槽钢形状）或者直接焊接槽钢方式堵漏。U型钢板宽 0.3米，钢板厚2厘米。将U型钢板焊接至锁扣涌水处，在U型钢板背面钻一个3厘米直径的螺杆孔，螺杆眼中心对准锁扣漏水处，螺杆孔的两侧提前布设好螺栓，再将螺杆缓缓穿入提前钻好的螺栓孔中。再准备一块宽度25厘米、厚度为1厘米的钢板和1条6厘米厚止水带（涌水侧的止水带厚度需稍厚一点，确保紧贴锁扣处）,将止水带紧贴钢板桩锁扣处，再将钢板贴在止水带上，最后通过人工拧入螺杆顶压钢板，操作中务必使螺杆紧紧顶住钢板。该工艺通过螺杆拧入的力使钢板、止水带紧紧挤压在锁扣处，从而阻止了外部的涌水。

（8）钢板桩拔除

待承台和墩柱施工完成，混凝土强度达到设计规定后，可进行围堰的钢板桩拔除施工。钢板桩拔除前，先向围堰内注水至支撑10厘米处，人工利用气焊割除支撑，配合机械逐根吊出围堰，堆放至施工平台上。

围堰的支撑系统拆除完毕后，向围堰内注水，直到钢围堰内外水一平的情况下，再利用DZ90型振动锤或打拔机，按照下游向上游的拔除顺序，逐根拔除钢板桩。拔除完毕后，将钢板桩利用自卸吊车转移至下个承台的施工平台，进行重复使用。

5结语

本文以恩江大桥水中承台拉森钢板桩围堰施工为案例，总结了该桥水中承台拉森钢板桩围堰的受力计算和施工工艺，可供类似工程提供参考和借鉴。

参考文献

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