水中承台施工中钢板桩围堰施工技术运用分析

水中承台施工中钢板桩围堰施工技术运用分析

李岗

中交路桥北方工程有限公司

摘要：时代正在不断进步，科学技术也在稳步创新，我国的各行各业都取得了傲人的成绩，但也面临着更加严峻的挑战。本文将结合时代背景，简要阐述水中承台建设工程中应用钢板围堰施工技术的相关问题，分析该项技术在该工程应用情况，并预计了未来的发展研究方向，探讨钢板桩围堰施工中的结构受力情况，并对其主要工艺和质量控制措施进行描述，希望能促进建筑行业的发展。

关键词：水中承台 工程技术 钢板桩

引言

    钢板桩技术是一种常用于围堰支护工程之中的施工技术，传统工程建设中的钢板桩技术一般的应用场景包括水中桥梁等大型工程，并在其中发挥了重要的作用，是维护施工安全和提供全面健康的施工平台的重要保障。近几年来，随着经济的不断发展，经济全球化的不断推进，国内的建筑施工技术已经实现了质的飞跃，并且基本能够做到与国际接轨，我国的有许多建筑实际案例能够在国际排名上获得名次。这是我国加快发展自己的技术的大好时机，是世界看见中国实力的大好时机，同时我们建筑人，也面临着时代赋予的全新的挑战。

一、钢板桩的围堰施工技术发展概述

随着城市化的不断推进，为了提升区域均衡发展的水平，我国道路交通网络四通八达，为全国人民得到出行提供了更多的方便，水上桥梁的建设也越来越多，钢板桩技术的成功案例和实践经验也越来越多，包括南京长江第四大桥、广州猎德大桥、杭州湾跨海大桥等具有重要交通地位的大型桥梁工程。设计师们在进行设计，施工团队在进行实操的过程中，需要克服复杂的环境问题——在深水中搭建基础。在深水的情况下，水下有许多情况我们难以实现实时掌握，但是通过勘探、观察和预测等技术能够掌握大部分的变化数据，桥梁的基础部分和承台的结构通常会受到深水之下的压力影响，建设过程中要考虑深水之下造成的水土压力，水流流动带来的水土冲刷压力以及滑坡现象的出现等威胁。为了有效避免这些威胁，并且在情况出现时能够及时处理和结构修正，水中承台和基础修建的时候一般会修建围堰作为临时性的安全结构，围堰在施工结束之后会进行拆除，在施工过程中为施工队伍提供了一个水土压力缓冲区，能够得到更高的安全性，其较好的挡土防水性能，使施工过程能够有效避免水流压力和船只航行带来的负面影响。

传统的围堰施工技术主要包括土方围堰、土袋围堰、竹（铁）丝笼等，以上几种一般应用于水深在四米以内，且该区域平均水流速度每秒小于两米的小型桥梁施工中，施工环境的水域情况和结构受力情况没有那么复杂。而本文所提到的钢板桩围堰是近几年比较常用的一种新兴围堰技术，通常应用于水流流速较快的水域，或水深较深的基坑中，或是两个特点兼具的水域中，根据要求在工厂进行钢板桩预定制，经过实验整体具备足够强的刚度，且具备较优的挡水性能，在桥梁或水中承台基础结构完成之后，不需要像土围堰等类型一样，全部拆散，下次工程在重新堆砌，而是可以完整拔出后下次循环使用，足够弥补前期的装备投入，对环境的影响也较小。

    以下，本文将从钢板桩围堰的结构、施工关键工艺以及施工注意事项等三个方面入手，简要分析桥梁水中承台施工中钢板桩围堰的施工技术实践应用，突出其质量控制措施。

二、钢板桩的围堰结构概述

1、单排钢板桩结构的受力情况

    对于钢板桩的受力情况分析，一般采用的是等值梁法，该方法的重点是找到结构中弯矩刚好为0的位置，成为反弯点，如图一所示，我们可以很容易找到受到土压力为0的受力点，成为假想铰。图中可以将钢板桩视作两端梁组成的结构，最终求出结构的支撑轴力、弯矩以及剪力，最终根据所求结果进行结构设计。

2、双排钢板桩结构的受力情况

    在水深较深的区域，一般情况下使用的是双排结构的钢板桩，由于这种结构在稳定性上表现更好，随着水深的加深，水土压力也变大，因此需要更加耐水土压力的刚度更强、稳定性更强的双排结构设计。在这种结构中，双排钢板之间，建造拉杆或利用型钢链接，二者之间在焊接的时候，如果出现接口不对应的情况，需要具体情况具体分析，一定要保持细心。改结构的围堰在水中的受力情况可以分为三个阶段：1.打入钢板桩并安排双排安装支撑，这时候的钢板桩内外两面以及双排钢板之间的水位保持平衡状态，受力是均匀的且相互抵消。2.第二阶段，双排钢板之间的水被抽干，进行防渗处理，其内外两侧受到压力。3.第三阶段将钢板桩内侧的水排出，此时钢板桩内侧不受力，外侧受到水土压力。第二第三阶段的受力情况如下图所示。

三、钢板桩围堰施工的关键工艺

1、施工平台搭建

    当水域面积大基础施工距离岸边远时需要搭设栈桥平台，平台在钢板桩施工前搭设在其外侧，其作用是供运输车辆通行、临时放置材料和工人作业的平台，因此设计承载力较大，可以采用钢结构施工，其主要步骤包括：利用履带式起重机吊装并用振动锤打入钢管桩，之后吊装贝雷纵梁安装在钢管桩上，最后吊装桥面板。

2、引孔打桩

    打入钢板桩的方法常采用锤击打桩法，也可采用振动打桩法和静压法。锤击法动力势能较大，可以打入坚硬的土层，但噪音较大，不适用于闹市区的桥梁施工。振动打桩法通过振动力将钢板桩送入土层，这种方法最为简便经济，目前已研发低振低噪音的机械施工。静压法的动力来源为液压静力作用，这种方法噪音很小，但是较难穿透坚硬土层。

3、围堰抽水

    如果为双排钢板桩，则先对双排内的空间抽水，这个阶段内外产生水头差，使得双排的钢板桩紧密咬合，止水效果较好。之后进一步对围堰内部采用大功率水泵抽水，需要控制抽水的速度均衡，防止钢板桩失稳，当围堰内部施工面积较大时，可以设置分隔仓实现分段抽水，最终使围堰内部达到干燥的施工条件。

4、纠偏处理

    钢板桩拼装、下沉等操作的过程中可能会存在参数、位置等偏移，偏移包括纵向和横向。其中前者的纠偏可以通过调节围堰受到的土压力进行纠正，分为倾斜度较大和较小两种情况，较小的时候使用卷扬机设备进行反向拉伸，而较大的时候则采用轮滑组进行多次调整拉伸，从而慢慢实现调整。在处理横向偏差变形的时候，可以在钢板桩之间插打箱型桩，增强板桩基的横向刚度，形成约束作用，从而与偏移变形形成抵抗。施工过程中只有保证钢板桩的位置精确，尽量缩小偏差，才能让围堰和内支撑与板桩具有较好的贴合性。

四、板桩围堰施工中的注意事项

1、拼装过程

    钢板桩围堰拼装过程需要注意以下五个方面的内容：1.围堰拼装完成合拢之后，按照设计参数全面调整水平度以及垂直度等，务必要保证所有接头对接准确，允许存在可接受范围内的误差,确认无较大后续影响后，才能允许进行电焊。2.利用吊起设备将围堰吊起准备下沉，应该按照设计在指定位置进行吊起操作，该位置按照要求不能有任何的偏移和改动，防受力不均导致钢板桩扭曲变形，起吊过程中，需要尽量保持平稳，避免晃动和碰撞，拼接时如果有钢板或型钢阻碍了拼装过程，应该进行专业的计算和测量之后，在专业人员指导下进行下一步操作，不能随意进行切割。3.拼装时候如果出现接头不能顺利接合情况，不能靠蛮力。4.调整钢板桩围堰防止千斤顶或倒链滑车位置，不能随意调整，需要经过有关技术人员的确认、检查，确认无误后方可操作，整体的上报程序需要更显系统化和整体化。5.定位焊和全面焊的立焊缝应该按照从下到上顺序进行，电焊的先后顺序应该是从内至外，应先操作内壁。

2、下沉过程

    钢板桩围堰的内井孔面积比较大，因此在下沉过程中出水量较大，同时也意味着补水量较大。因此，工程队施工过程中，为了满足这个下沉条件，完成高质量的安装，应该提前做好充分的准备，包括提前安排足够的潜污泵、高压水泵以及补水泵等设备在现场补给，从而在保证质量的同时缩短钢板桩围堰下沉安装的时长，提高作业效率。

    同时，施工队需要提前准备吸泥设备，设备使用之前需要进行组装，拼接，以及参数调节、试压等环节，做好设备的拼接标高工作，操作时严格按照标高进行，将标高和其他参数的长度尺寸等用清晰不易掉的方式标出，此举是为了在后续操作吸泥的时候能够快速掌握标高数据。

    最后一点，操作吸泥的时候，需要时刻有人在旁边，设备需要时常移动，为了保证钢板桩围堰在后续的下沉工作中能够均匀下沉，吸泥操作就要保证除土均匀。万一由于人员的操作疏忽，没能实现均匀除土，则有可能会在下沉过程中突变，发生突然大量下沉的情况，引起的大量翻砂可能会造成事故，危及施工安全。最后，关于突然的翻砂涌砂现象，通常我们通过观察围堰内的水位来确定，当吸泥设备以良好的状态运行的时候，钢板桩围堰内的水位没有按照预期下降，甚至出现了升高，则需要引起警惕，可能是围堰内泥面高度上升。

3、拆除

    承台结构搭建完毕后，需要进行浇筑，浇筑过程中需要控制温度，工作人员要实时监测气温和环境温度，根据环境温度让水中承台达到设计中的承重能力之后，工程队就可以开始着手进行钢板桩围堰拆卸。拆卸过程中需要注意减少摩擦力的作用，可以借助高压泵的力，将钢板桩围堰附近的土堆进行松动，再使用吊装工具吊机等将围堰吊起，并将其整体移出施工现场，储存好以便下次使用。

结束语：

    伴随我国交通建设的不断发展，我国的道路桥梁建设工程受到了更多的关注，包括社会和政府的关注，在技术创新上和实践研究上投入了更多的人力物力资源。而钢板桩围堰技术是解决桥梁水中承台施工建设实际建设难题的关键，也就成为了桥梁建设施工的重难点。由于桥梁的水中承台的“工作”特点，长期处于水中环境，同时还要负担整个桥梁及负载的重量，因此钢板桩围堰对其的保护成为了桥梁建成后质量的关键。综上，本文从钢板桩围堰的结构、施工工艺以及需要关注的注意事项等方面，简要分析了水中承台施工中钢板桩围堰施工技术的实践应用，为今后的同类型的桥梁架设工程提供了宝贵的经验总结和理论基础。在未来的技术创新和实践研究工作中，我们应该不断改善现有的技术，同时提升其经济性能和物理性能，完成经济性高、适用性强的桥梁工程，为我国的桥梁建筑发展做出贡献。

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作者简介：李岗（1986.1-），男，汉，内蒙古，本科，工程师，主要研究方向：工程施工创新技术。