高速公路桥水中墩钢板桩围堰的设计与施工技术

张彪

（中交二公局第一工程有限公司，武汉 430000）

1 工程概况

南京至马鞍山国家高速公路NM-SG4 标段起讫桩号K3+200～K6+000，总长2.8km，沿线新建桥梁总长837.2m，宽度41.5m。桥梁施工中，上部结构主桥为55m+100m+55m变截面连续钢箱梁，单个箱梁底宽6.25m。下部结构为变截面实体墩，尺寸控制标准为长7.2m、宽3.2m，且沿水流方向依次布设。现场河流对施工的影响较为明显，为维持桥墩基础的稳定性，采取承台和群桩相结合的方式，其中对13#～15#的墩台结构采取针对性优化措施，选用钢板桩围堰形式。

2 支护、支撑系统的基本结构

通过对地勘资料的分析可知，主墩承台基坑开挖现场以填土和淤泥居多，不具备良好的地质条件。对此，开挖期间通过钢板桩支护的方式以维持安全性。

钢板桩为拉森Ⅳ型，高170mm、宽400mm、厚15.5mm，要求施工所用钢板桩无穿孔。相邻钢板桩通过H 型钢围檩稳定连接，构成完整结构体系，围檩与钢板桩形成间隙时，可向其中置入合适厚度的钢垫板。转角处稳定性欠佳，配套φ630mm×10mm 钢管，以形成稳定的内支撑体系。其他方面，配套挖掘机、自卸车等相关施工设备，总动荷载取20kN/m。

钢板桩运抵现场后，全面检查并清理锁口内的杂物，若锁口存在扭曲等异常状况，需及时采取矫正措施，确保各片钢板桩的两侧锁口均保持平行的位置关系，且宽度应尽可能具有一致性。钢板桩装卸作业均采取的是两点起吊的方式，需严格控制单次吊装钢板桩的数量，并加强对锁口处的防护，以免其受到损伤。现场专员指挥吊运，操作人员与之密切沟通，及时获取操控指令，依据规范完成相应操作。钢板桩堆放时需充分考虑后续施工情况，注重对堆放顺序、位置、方向等方面的控制，以便施工期间可根据需求快速取用钢板桩。此外，为避免钢板桩受损，要求堆放高度不超过2m。

3 钢板桩围堰施工技术

3.1 测量定位

墩位承台控制点应具有准确性，经复核后若无误，则对其采取保护措施，确定与承台边线相距2.0m 的区域，在该处搭建导向架，依次将钢板桩插打到位，确保其位置的准确性。插打工作量较大，采取50t 吊车和震动锤相结合的方式。需注意，插打钢板桩前必须全面检查钢板桩的边线位置，在满足要求的前提下方可打入。

沉桩前密切关注现场情况，经计算后确定首桩的测点位置和具体工艺参数，通过任意角交会控制定位，应保证交会角稳定在60°～120°，并且点距不宜超过150mm。在确定测控点和桩位各自的具体坐标后，进一步展开计算，得到测控点与桩位所形成的夹角和距离，通过全站仪高精度控制桩位。施工全过程中，钢板桩应维持垂直的状态，利用全站仪及时检测，若存在误差则灵活调整，要求偏差不超过1%。

3.2 钢板桩施工

钢板桩施工全流程中，沉桩轴线应满足要求，需严格控制桩的打入深度，且不可发生屈曲变形现象。导架应具有足够的刚度和稳定性，可将其作为施工围檩而使用，主要包含导梁、围檩桩2 部分，共同组成完整的结构体系。围檩桩间距以2.5～3.5m 较为合适，具体视实际情况在该区间内合理调整。

钢板桩施打采用的是吊机带动振锤的方式，施打前应准确勘查现场并查阅区域内的既有建设资料，明确地下管线、构筑物等各类既有建（构）筑物的分布情况，经测量后放出支护桩中线。逐根检查板桩，清理连接锁口处的锈迹等杂物，向锁口内部涂抹适量油脂，以便后续可快速拔出钢板桩。插打期间应加强对桩体斜度的检查，该值不宜超过2%，必要时拔起并再次施打。以屏风式打入法较为合适，其特点在于可有效保护钢板桩，以免发生屈曲、扭转等现象。实际操作时，可取10～20 根钢板桩成排插入导架内，从而形成屏风状的结构，再将其施打到位。严格控制屏风墙两端的钢板桩，应保证其在标高、垂直度等方面都可满足要求，再通过电焊的方式将其固定在围檩上。

施打顺序较为关键，将直接影响钢板桩的垂直度、打桩效率等，因此，须确定合适的钢板桩施打顺序。以屏风墙两端已搭设到位的钢板桩为参考，若呈逆向倾斜状态，宜按照正向顺序施打；反之，则按照逆向顺序依次施打到位；对于钢板桩墙长度较大的情况，较为适宜的是按复合顺序施打。检查井的4 个角均配备转角板桩，若因条件限制而无法使用此类钢板桩时，须利用旧轮胎等材料密封。

3.3 合龙段施工

钢围堰合龙段应设置在转角处，原因在于该处具有双向调整的特征，可快速合龙到位。对于已施工到位的钢板桩，需检测其与转角的距离关系，经计算与分析后判断是否可顺利合龙，若无法满足合龙要求，则需进一步考虑距离偏差情况，若差值较小，较为合适的是小范围调整钢板桩施工轴线。若经过上述处理后依然难以顺利合龙，则需制作异形桩，直至能够有效合龙为止。

3.4 围堰内抽水、挖泥、安装内支撑

现场抽水，待无积水现象后再使用小挖机开挖，期间应密切关注地质变化情况，适时采取防护措施。施工流程如下：（1）钢板桩插打到位后，须组织开挖抽水作业，到达+15.0m 处时设第一道支撑；（2）到达+12.0m 时，在+12.5m处设第二道支撑；（3）到达+9.2m 时，在+9.7m 处设第三道支撑；（4）到达+6.0m 时，在+6.5m 处设第四道支撑；（5）到达+3.575m 时，需及时浇筑垫层硅（厚度设为0.5m，顶标高4.075m）；（6）安装钢支撑。根据基坑结构特点，共设置四道φ630mm×10mm 钢管支撑，各自对应的标高依次为+15.5m、+12.5m、+9.7m、+6.5m，保证钢管支撑安装到位后，在该装置与板桩墙之间设钢围檩（须控制好钢围檩的受力传递状态，必须具有均匀性，否则将由于受力不均而引发连续墙接头变形现象），均使用的是480mm×300mm H 型钢，但第一道采取单排结构形式，除此之外均为双排型钢。围檩与钢板桩易产生空隙，需在其中设置废旧型钢支垫。若因情况特殊而存在支撑钢管接头时，须利用钢板沿接头四周采取加固措施，要求钢板尺寸至少应达到100mm×200mm，数量需达到8 块或更多。钢板与钢管的连接可采取焊接方式，且必须做到满焊。焊接期间需注重对钢管轴线的检查，要求始终保持顺直的状态，偏差不宜超过0.5%。

3.5 围堰拆除

承台施工成型后，向承台与钢板桩围堰间所形成的区域回填适量沙土，直至回填高度与承台面标高相同为止，此后方可设置墩身等其他结构。墩身高度21.85m，分2 次依次浇筑到位，待混凝土强度提升至设计值后，需将预先设置好的钢模拆除，向墩身与钢板桩之间的区域回填沙土，若无误，则分层拆除钢围檩。此后即可将钢板桩拔除，但此时的扰动性较强，因此，必须注重对施工方法的选择。首先，应保证钢板桩下部结构能够与混凝土相互分离，在此基础上方可进一步拔桩。实际操作中，可采取锤击振动的方式，将桩体向上拔起1～2m，待松动后方可完全拔起；对于锁口变形的桩，其拔桩难度相对较大，应提高拔桩设备的工作能力，目的在于将相邻桩同时拔出。

4 施工难点及应对策略

钢板桩的长度达30m，加之现场水深度较大的特点，在此条件下组织钢板桩围堰施工时伴有诸多难点：

1）钢板桩长度较大，导致吊装的便捷性下降，施打过程中易发生弯曲、变形等异常状况，且桩底易偏位；

2）深水漂浮问题较为明显，易对钢板桩的定位精度造成影响，其垂直度易产生偏差，边线弯曲的概率较大；

3）围堰临水面积较大，存在较强的侧压力，对板壁产生持续性作用，随时间的延长而导致板壁失稳，易发生渗漏水现象；

4）不利于封底作业的顺利开展。混凝土体积偏大，施工持续时间较长，且现场水深普遍达到20m，存在较明显的水压作用，需严格控制提管和混凝土浇筑的速度。并且，由于基底偏软弱，在施工期间易发生地层混凝土挤淤现象[1]。

鉴于上述所提问题，提出几项应对策略，以便顺利完成钢板桩的各项建设工作。具体有：

1）先设置围囹，若无误再打桩。围囹下放须按照分层的方式依次完成，安排潜水员在水下作业，应根据围囹的结构特点增设适量导向点。此举的作用在于提高钢板桩施工期间的可控性，保证扭曲变形、打入的垂直度及边线的走向均处于高度可控的状态，使其完全满足设计要求。在钢板桩的插打过程中，则须保证钢板桩能够紧贴围囹。

2）配置超长平板驳船，以便及时运输施工所需材料；长臂浮吊共设置4 个吊点，共同完成钢板桩的起吊作业。

3）同时采取液压压桩和吊压的方式，确保压桩具有稳定性。

4）以围堰水下封底混凝土的施工特点为依据，提出几点应对措施：（1）确定围堰的施工尺寸，将其分为12 个仓，以废旧模板为基础材料，经加工后形成分仓隔板；完成水下挖基作业后，将分仓隔板下放至指定的设计高程处，与此同时设置钢管，从而实现对钢护筒的双向支撑；隔板与护筒2 部分结构需通过[10 槽钢以焊接的方式构成稳定的整体，以作为隔板支撑而使用。（2）按特定的顺序完成封底混凝土浇筑作业，首先，须浇筑A、E、I、D、H、L 6 个分仓，期间及时监测混凝土面的上升量，当其达到1.0～1.2m 时暂停灌注；转移料斗，以便完成B、C、F、G、J、K 6 个仓的混凝土浇筑作业，待该处提升2.0～2.2m 时暂停，转移料斗并完成其他部分的浇筑作业，按照此方式有序施工，直至舱内混凝土提升至设计高程为止。在保证封底混凝土施工到位后，需及时进行基坑抽水，若存在锁口严密性不足的情况，可使用湿棉絮塞缝，以免漏水。若遇到桩缝宽度较大的情况，则需要采取麻丝根掺黄油塞缝止水的方式，并沿桩角顺水流方向依次洒粉煤灰等材料，避免漏水现象。

5 结语

大桥水中墩施工条件较为特殊，易出现施工质量问题。随着行业技术的发展，钢板桩围堰施工技术的应用优势逐步显现，可兼顾安全、施工质量、经济效益等多重要求。本文以工程实例为依托，围绕水中墩钢板桩围堰施工技术展开探讨，提出具体的控制要点，希望能为类似工程提供参考。