钢板桩围堰施工技术

刘 铆

（中铁航空港集团辽宁工程有限公司，辽宁 沈阳 110000）

概述

在桥梁水中墩低桩承台施工中常常用到钢板桩围堰，本文主要介绍哈大客运专线岚崮河特大桥跨越九龙水库、德龙烟铁路小清河特大桥跨越小清河水中墩所采用钢板桩围堰的施工技术及施工过程控制。岚崮河特大桥水中墩承台范围内地质属于风化岩，所以钢板桩围堰不能深入承台底，小清河特大桥水中墩承台范围内地质属于粉质粘土，故钢板桩围堰可以顺利深入承台底，因此两桥的钢板桩围堰形状相像、工艺相同，但钢板桩底部受力不同，因而整体结构不同。

1 施工工艺

1.1 钢板桩整理、储存

钢板桩进场前需要检查整理，发现缺陷随时调整，整理后在运输和堆放时尽量不使其弯曲变形，避免碰撞，尤其不能将连锁口碰坏。打入前对锁口变形、锈蚀严重的钢板桩整修矫正。钢板桩储存时凹槽向下，桩下垫木方。木方间距4m。钢板桩的存放要规整，保证钢板桩下垫的木方在同一平面上（必要时对地面处理），防止桩因自重变形。

1.2 导向架的设置

为保证钢板桩沉桩的垂直度及施打钢板桩面的平整度，在钢板桩打入时设置打桩导向架，导向架由水平导框及垂直导框组成，属于双面布置形式，即水平导框的空间布置，对于精度要求高的钢板桩打设至少需要布置两层。导框之间的净距应比插入钢板桩宽度放大8～10mm，导框支架一般用型钢组成。示意图如下：

1.3 转角处的处理

由于板桩墙的长度与钢板桩宽度往往不成整数倍，必然在转角处最后封闭时用异性板桩，异性板桩一般根据打设后的具体情况配置，需在合拢前测量后加工制作，故应考虑对工期的影响，而且异性板在拔出时一般较为困难，在选用时亦应注意，在可能的情况下，采取改变围堰尺寸的措施，避免采用异性桩更为理想。

所以在设计时根据板桩宽度的标准模数精确计算板桩的组合长度，并根据此长度调整支护墙体的形状，使支护墙体的长度与板桩宽度成整数倍。施工时，在打桩导框上标出每根板桩的定位标记，并控制打桩的位置和垂直度，保证转角与封闭的准确性。

在施工过程中经常采用轴线调整法，即在板桩转角闭合处，适当调整轴线位置，改变闭合段板桩墙的长度，以便可用标准桩来实现闭合。这种方法的调整长度一般为10倍的桩宽，过短往往造成调整过急，不便安装围檩，同时轴线转角过大也使钢板桩在转角处连锁允许转角，连锁的允许转角10°～15°。

标准的转角桩由一根半钢板桩焊接而成。示意图如下：

1.4 钢板桩围堰的施工内容

钢板桩的打设虽然在基坑开挖前已完成，但整个板桩支护结构需等地下结构施工后，在许可的条件下将板桩拔除才算完全结束。因此，对于钢板桩的施工应考虑打设、开挖、围檩支撑、地下结构施工、支撑拆除及板桩的拔除。

1.5 钢板桩围堰的施工工艺流程

工艺流程图如下：

1.6 钢板桩围堰的施工

1.6.1 钢板桩插打顺序

全站仪精确定位长方形基坑四个角点后，先开始打设角点处钢板桩，再从这个角点由一台机械分别向两个方向施工。

1.6.2 钢板桩的施打

（1）钢板桩定位。将准备施打钢板桩的地面平整，全站仪测量，使用绑有红布条的钢钉在地面上放出钢板桩施打轴线。先使用铲车将H型钢定位架粗放至施打位置，测量人员根据地面钢钉放出施工轴线，铲车微调定位架至准确位置，在定位架两侧紧贴型钢的位置竖直钉入8～20根直径25mm（长度100cm）的螺纹钢（沿轴线前进方向钢筋分布要均匀）。

（2）钢板桩打设。吊车主钩起吊振动锤，振动锤下的夹具两侧挂有吊桩的卡环（夹桩夹具为不等长夹口，较长一端用于挡桩，以便桩能准确顺利滑入夹具）。起重人员将吊桩卡环卡好钢板桩后，履带吊将钢桩单侧起吊至倾斜10°角左右时，下落夹具将依靠在挡板上的钢板桩卡入夹具内，启动控制柜夹紧钢板桩。对正型钢限定好的施工准线后，利用挡架将桩限定在指定打设范围内后压锤，施工人员通过与远方竖直建筑物竖边卡线或垂球判断垂直度是否符合要求，调整好后沉桩（定位桩施工要通过测量人员使用经纬仪校核），沉桩过程中测量人员随时观测钢板桩的倾斜情况，随时通过吊机调整钢板桩的倾斜方向和受力情况。钢板桩施打过程中严禁提升（防止对土质破坏后，产生过多的倾斜桩及渗水），若不能顺利施打到设计标高，则施工到难以下沉的位置后停锤，拆除夹具施工相邻位置的桩。待产生一定数量的排桩后再从第一根高桩起进行二次复打，使其下沉。若剩余桩长过高，及时调整下一根的桩长。现场管理人员根据图纸确认沉桩深度是否满足设计要求后，方可摘钩进行下一根桩的施工。

（3）钢板桩打设质量标准：

序号 项目 允许偏差 检验单元和数量 检验方法1 设计标高处桩顶平面位置2cm每根桩（逐件检查）用钢尺量2 垂直度（垂直于板墙纵轴线方向） 1% 每根桩（每隔10根查一根）吊线用钢尺或用测斜仪检查

1.6.3 钢板桩拔出

振动拔桩是利用振动锤对钢板桩施加振动力，扰动土体，破坏其与板桩之间的摩阻力和吸附力并施加吊升力将桩拔出。振动拔桩主要选择振动锤，一般振动锤均可作打、拔之用。

封闭式板桩围堰，拔桩起点离开角桩5根以上，也可以用跳拔（间隔拔）的方法。拔桩的顺序最好与打桩时相反。

拔桩时，可先用振动锤将板桩锁扣振松以减小土的阻力，然后边振边拔。对阻力较大的钢板桩，可用间歇振动的方法，每次振动15min，振动锤连续工作不宜超过1.5h。

1.6.4 基坑开挖和围檩、支撑安装

根据施工流程要求，基坑开挖采用长臂挖机，桩基范围内采用挖掘机或人工开挖，桩基与钢板桩之间用人工开挖。开挖出的土方不能堆放在基坑附近，随挖随采用自卸车外弃至基坑外100m处。基坑开挖采用水平分块，垂直分层方法，分块面积不大于1/4基坑，分层厚度不大于50cm。

基坑开挖和围檩、支撑安装间隔施工，即先开挖安装围檩、支撑沟槽，焊接围檩放置牛腿（牛腿焊接在钢板桩上），然后安装围檩、焊接支撑（支撑与围檩之间满焊），然后开挖中间层土。循此，直至完毕。

开挖过程中随时进行变形观测，发现异常情况马上通知基坑内作业人员撤离，并及时加固围堰或回填基坑。

技术人员在基坑开挖过程中定时对围堰变形进行量测，并形成量测记录，分析变形趋势，改进支护措施。

围檩和水平支撑安装在开挖过程中进行，采用型钢规格和长度按照现场技术交底要求确定，型钢加工和焊接人员必须有操作资格证书。

牛腿采用40a工字钢焊接，尺寸为40cm×40cm。

1.6.5 围檩的加强部位

加强部位包括：围檩与围檩、围檩与支撑焊接部位；支撑与围檩焊接部位。加强方法：在H型钢或工字钢接触部位腹板两侧焊接钢板，连接点先满焊，再用钢板覆盖焊。

1.6.6 封底混凝土

岚崮河特大桥钢板桩围堰基坑底为较硬的风化岩，不需要封底混凝土，只做混凝土垫层；而小清河特大桥钢板桩围堰基坑底为软弱底粉质粘土，采用多导管灌注50cm厚封底混凝土。

1.6.7 围檩拆除

承台和墩身施工完毕后，进行钢板桩围堰拆除，先拆除围堰围檩。拆除围檩前先进行基坑填筑，填筑至最下层围檩时进行最下层围檩拆除，拆除方式为用乙炔割除连接部位，吊车吊出基坑。然后继续进行基坑回填至从下至上第二层围檩处，进行第二层围檩拆除，直至全部拆除完毕。

2 不同地质条件下钢板桩围堰底部结构

2.1 风化岩地质条形钢板桩围堰底部结构

风化岩地质条件下，钢板桩施打时只能进入风化岩0.5～1.0m，不能进入承台底部，即有可能发生基坑底部隆起，但若采用放坡开挖，承台边1.5m就是202国道路缘石，因此没有条件；若采用钢套箱或混凝土沉井，由于风化岩凸凹不平，无法有效施工，所以只有钢板桩围堰既可满足受力，又可有效解决风化岩顶凸凹不平的问题，基坑底部隆起采用加强支护后解决。

在基坑开挖至风化岩时停止机械作业，人工清除钢板桩附近岩层，绑扎钢筋浇筑混凝土，然后继续基坑开挖，但开挖尺寸缩小至承台外20cm，接着用空心砖筑模，砖模后填筑开挖出的风化岩，最后进行承台施工。实际证明这种措施是合理有效的。具体见下图：

2.2 粉质粘土地质条形钢板桩围堰底部结构

粉质粘土是典型的冲积堆积物，这种地质条件下，钢板桩可以顺利地打入承台底，满足基坑受力要求，加筑封底混凝土后，不会产生基底隆起现象。具体见下图：

结束语

实践证明钢板桩围堰是施工桥梁水中墩低桩承台的一种有效措施，并可以在不同地质条件下应用，传统观念认为钢板桩围堰支护封闭水并进入水底较软弱地质，靠进入承台底部分钢板桩保证受力，哈大客专岚崮河特大桥水中墩钢板桩围堰的成功经验告诉我们，钢板桩在较硬地质条件下不进入承台底也可保证围堰受力稳定。