水中墩钢板桩施工技术

于维飞

摘 要：该文叙述了水中桥墩采用钢板桩围堰施工的工艺步序、质量、安全、环保控制。其工艺不仅适用于桥梁水中墩台施工围堰，还适用于房建、水利大坝等特殊地基构筑物施工。仅供同类工程施工参考。

关键词：水中墩 钢板桩 工艺 质量安全控制

中图分类号：TU753 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（a）-0018-02

1 工程概述

京沪高速铁路工程，滑将河特大桥位于京沪高速铁路正线DK569+388.19，R=10000的曲线及0‰坡度上。设计为24～32 m双线简支箱梁，全长790.86 m。采用Ⅱ型板式无碴轨道，桥墩设计为双线流线形圆端实体墩和双线圆端形实体矮墩，一字形桥台，钻孔灌注桩基础加固。

本桥水中（10）、（11）、（12）、（13）号桥墩施工采用钢板桩围堰施工工艺。主要工程量：基础土方挖运15281.14 m3；土方回填8359.24 m3；；钻孔桩4568.78延米；砼浇筑9611.55 m3（其中C30灌注桩砼3039.49 m3）；钢筋制安619.018 t（（其中灌注桩钢筋笼制安242.53 t）；Ф630定位钢管桩7.3 t，钢板桩125.6 t，筑岛围堰20000 m3。

2 钢板桩围堰适用范围

钢板桩围堰施工工艺适用于砂类土、黏性土、碎石土和风化岩石等河床的深水中插入钢板桩修筑围堰的施工。钢板桩强度大、防水性能好，打入土、砾、卵石层时穿透性能强，适合水深10～30 m的桥墩等基础围堰。

3 作业内容

钢板桩围堰法施工的主要作业内容有：施工准备、钢板桩组装、导梁加工制造、导梁定位、钢板桩插打、围堰合拢、人工挖基、内支撑、围堰封底、基底检查与处理等。本工程钢板桩施工是在筑岛平台填筑完成、钻孔灌注桩施工结束且质量验收合格后进行的。

4 质量标准及检验方法

（1）钢板桩桩顶高程符合工艺设计要求。打钢板桩过程中，当导向设备失效，钢板桩顶达到工艺设计高程时，平面位置允许偏差：水中打桩为20 cm，陆地打桩为10 cm。

（2）经过整修或焊接的钢板桩应做锁口，并通过试验。

（3）钢板桩接长时，应采用等强度钢板桩焊接，相邻钢板桩接头上下错开2cm以上。

（4）钢板桩围堰宽度应根据水深、流速、土质和围堰长宽比等因素来确定，但宽度不应小于2.5 m。

（5）钢板桩因倾斜无法合拢时，应使用楔形钢板桩，楔形的上下宽度之差不得超过桩长的2%。

（6）同一围堰内，使用不同的钢板桩时，应将两种不同类型的钢板桩的各一半拼接成异型钢板桩。

5 施工机械及工艺装备

各类型打桩机具，只要适合于打桩的锤击能量以及其适应系数适合时，均可用于打钢板桩。采用单动汽锤和坠锤时，一般锤重宜大于桩重，过轻的锤效率不高且易打坏桩头与桩尖（桩尖卷口）。如限于已有打桩机具，不适合上述条件时，可另配高压射水沉桩。

5.1 施工机械的选择

钢板桩施工能否顺利进行，关键决定于施工机械的选择，选择需考虑以下几个因素。

（1）工程规模：打拔钢板桩的数量、尺寸、形状，尤其要考虑钢板桩的重量与长度；

（2）地质情况：应结合地质情况，以利于钢板桩的打入和拔出；

（3）作业能力：应符合工程进度的要求；

（4）作业环境：应满足噪声、振动等公害控制的要求。

结合本工程实际，选用液压式QUY50型打桩机，振动锤为DZ90型（666～402 kN，拔桩力225 kN）。该设备特点是：适用于粉土、黏土、砂层，优点为打拔都可以，缺点为只适用于直线段作业。

5.2 钢板桩围堰结构形式

钢板桩围堰按平面形式有圆形、矩形、圆端形、多边形，其围堰结构有单层和双层两种。单层结构形式由定位桩、导梁（或称导框、围笼）及钢板桩组成。定位桩可用木桩或钢筋混凝土管柱，导框由多用型钢组成。本工程钢板桩围堰的平面形式为矩形。

钢板桩按横断面分为平型、槽型、Z型、工字型或槽钢，锁口形式有阴阳、环形、套形三种类型。钢板桩在锁口连接处能转一定角度，且均有圆形最小半径的规定。在同一围堰内宜采用同类型同锁口的钢板桩，否则需要加制异形钢板桩联结。

根据设计图纸要求和水中墩的构造特点，承台施工采用施打钢板桩围堰作业法。根据承台的大小设计钢板桩围堰的尺寸：13.6 m×8 m，采用德国拉森Ⅳ型15 m长钢板桩，单个围堰共投入普桩104片，角桩4片，钢板桩入承台建基面以下6 m左右；钢板桩顶面比最高水位高出1 m。围堰内设三道内支撑，第一道内支撑布置在最高水位线处，在施工时，第一道内支撑先起导向框架作用，当钢板桩围堰合拢后，焊接牛腿，拔出钢管桩，使框架起支撑作用；三道内支撑布置形式相同，一、二道支撑边梁为两片Ⅰ140Ba工字钢卧放，第三道支撑边梁为三片Ⅰ140Ba工字钢卧放，斜撑为两片Ⅰ140Ba工字钢卧放（四角斜支撑也可用φ630 mm钢管与横支撑梁焊接），斜支撑与边梁焊接应牢固。

6 施工技术文件和培训

施工技术文件按质量控制要求办理。施工技术及安全培训在开工前及时认真培训落实。

7 工艺及质量控制流程

插打钢板桩围堰施工工艺流程：插打定位管桩→布设围堰定位框架→逐片插打钢板桩至围堰合拢→水循环抽排泥砂及堵漏（挖基）→安装内支撑→承台、墩身施工→拆除钢板桩。

8 工艺步序说明

插打钢板桩围堰是利用水上浮吊、运输船及振动打桩锤来进行的，本工程沿正线采用筑岛平台法，在平台上插打钢板桩的工艺。首先插打定位钢管桩，安装导向框，按设计要求测量出钢板桩单桩位置，吊起一根桩插入导向框内，然后吊挂振动打桩锤，夹住钢板桩腹板，振动插入到设计标高，依次插打完成整个围堰；本工程作业平台采用筑岛法，沿正线进占法填筑顶宽20m宽的作业平台，利用作业平台进行灌注施工及施打钢板桩、承台和墩身混凝土施工。

8.1 施工准备

钢板桩运到施工现场后，均应详细检查、丈量、分类、编号，特别要检查锁口，并在锁口处涂以黄油，以减少插打时的摩阻力和增强其防渗性能。

8.2 测量定位、插打定位桩、布设导向框架

在测量监控下，钢板桩围堰四角各精确打入一根φ630 mm定位钢管桩，然后在钢管桩上设置牛腿，布设导向框。

8.3 钢板桩插打

插打钢板桩前，在导向框上精确标出每一片钢板桩的位置，在某一边中间一片钢板桩位置两侧焊角钢作小导向，确保钢板桩不左右移位，在仪器监控下徐徐打入。中间一片钢板桩是两侧钢板桩的依托，必须确保钢板桩的垂直，然后在两侧对称打入若干片钢板桩，待打入的钢板桩数量足够多且有足够的稳定性时，即可从一边连续插打钢板桩。钢板桩吊起后，需以人力扶持插入前一块钢板桩的锁口内，动作要缓慢、防止损坏锁口、插入后稍松吊绳，使桩凭自重滑入或用锺重下压。比较困难时，也可用滑车组强迫插桩，拉力不能过大。待插入一定深度稳定后方可锺击。

在插打过程中，由于钢板桩锁口和锁口之间缝隙较大，而钢板桩下端有土挤压，上端是自由的，总会使钢板桩产生与相邻已插钢板桩方向远离倾斜，因此，每打4～5根钢板桩就应用靠尺测量垂直度，将钢板桩的倾斜度控制在1%以内，否则用倒链纠偏，一次性纠偏不能太多，以免引起锁口间卡住，影响下一片钢板桩的插打，当钢板桩偏移太多时，只能采用多次纠偏的方法逐步减小偏移量，若因土质太硬倒链拉不动时，可采用滑轮组纠偏。

8.4 钢板桩围堰合拢

为了便于钢板桩围堰合拢，合拢处的两片桩应一高一低，合拢时往往出现“上小下大”（因下端有土挤压，上端是自由的）的情况，此时可用两个走四滑车组向两边拉开，直到合拢桩两边桩顶的距离等于钢板桩宽度为止，在接近平行时，再将合拢桩插入，打到设计标高。

8.5 抽水清基、安设内支撑、堵漏、封底

钢板桩插打完成后，即可抽水及清基，随之安装内支撑。边抽水边堵漏，水抽干后即可人工开挖或水下吸泥砂开挖至承台建基面以下50 cm（具体厚度根据地质情况定），然后灌注封底混凝土硬化基础，再进行破桩头及承台施工。

8.6 钢板桩围堰拆除

当墩身施工完成后，向围堰内注水，使内部水面位于底层支撑以下，然后割除内支撑，依次循环拆除所有内支撑，然后用吊机配合振动锺逐片拔出钢板桩，运至场外。

8.7 钢板桩围堰施工注意事项

钢板桩围堰在施工中应选择河床较低处为合拢面，插打至合拢面时，应精确丈量尺寸，考虑到钢板桩锁口的间隙和钢板桩本身的性能，合拢面尺寸应大于理论尺寸15～20 cm为宜，避免合拢口尺寸过小，同时与合拢口相邻的10～15片（组）钢板桩采取先插至桩的稳定标高，主要是有利于钢板桩的调整，并且合拢口两侧钢板桩具有高差便于插桩，待合拢后再将钢板桩打至设计标高。

9 作业组织

筑岛法钢板桩围堰施工桥墩，除钢板桩制作和筑岛作业，钢板桩组装、导梁加工、钢板桩插打及支撑加固等10人，清基、抽水堵漏10人，水下钢筋混凝土施工10人，共计30人。

10 生产效率及材料消耗

生产效率：生产效率主要取决于钢板桩组桩速度和机械插打效率。依据本工程实际，一组钢板桩围堰施工约30天。

材料消耗：钢板桩围堰法桥墩基础施工的材料消耗主要有钢板桩、型钢、混凝土等，材料消耗的数量取决于基础的尺寸。根据本工程施工，平均一个桥墩使用钢板桩104根，定位管桩4根（可重复使用）。

11 安全生产与环境保护

施工中必须制定安全生产制度，采取可靠的安全措施，机械及高空作业做到按章操作安全作业，消灭一切不安全隐患。

施工选用符合环保要求的作业设备，减小环境污染和噪音；必须采取措施防止污染河水。完工后应妥善处理施工杂物和废机油等污染物，并做好清理场地和复耕。

12 结论

在水流平缓的条件下，采用钢板桩围堰法修筑构筑物效果良好。钢板桩围堰法适用的地质情况较广，防水性能好，整体刚度较强，其工艺相对比较简便经济。但应注意插打钢板桩时的安全防护，对施工平台或栈桥等要进行可靠性论证。在施工过程中，对钢板桩的稳定情况应加强观测，当发现有不安全情况，应立即采取补救措施。

参考文献

[1] 蒋正荣.建筑施工计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[2] 黄呈伟.钢结构基本原理[M].重庆：重庆大学出版社，2008.