钢围堰在地下管廊穿河施工中的应用

王丽娜

(中铁十六局集团有限公司,北京 101100)

1 引言

文章依托于工程实例，介绍钢围堰在综合管廊穿河施工中的应用，对钢围堰的施工工艺进行详细的论述，并针对性地介绍了施工过程中的质量保证措施，为类似工程项目施工提供参考。

2 工程概况

2.1 工程背景

本文以北京市通州区副中心行政办公区综合管廊穿越运潮减河施工为案例，工程毗邻东六环路，位于运潮减河与北运河之间，包括市委政府、人大、政协及相关委办局在内。2012年，北京市第十一次党代会上明确提出“落实聚焦通州战略，打造功能完备的城市副中心，尽快发挥新城对区域经济社会发展的带动作用”。行政办公区为城市副中心内重要的政治功能核心区域，将成为引领未来北京城市建设的标志性建筑。

本工程设计综合管廊外结构尺寸为6.25m×3.60m，沿北京市通州区潞城镇宋梁路北延道路以西敷设，北起通燕高速，南至潞城东街，综合管廊工程总长度约1.6km，管廊在召里桥上游30m处下穿运潮减河，穿河底段采用钢围堰进行截水，然后采用明挖+直墙支护(钻孔灌注桩)的方式进行施工，管廊顶距河底约5.5m。

2.2 地质状况

工程场地位于潮白河冲洪积扇的中下部，受河道影响，地形有一定起伏，勘察期间实测河道内钻孔孔口处(河底)地面标高为14.97～15.07m；河岸上钻孔孔口处地面标高为21.38～23.04m。根据岩土工程勘察成果资料，将地面下40m深度范围内的地层划分为人工堆积层、新近沉积层及第四纪沉积层，并根据各土层岩性及工程性质指标又分为6个大层及亚层。位于现状河道内的人工堆积层厚度较大且含有大量腐殖质，工程性质差。

3 钢围堰施工简述

钢板桩围堰是最常用的一种板桩围堰。钢板桩的型式通常是一种带有锁口的型钢，钢板通常有直板形、槽形及Z形等，并且有各种大小尺寸及联锁形式。具有强度高、易打入坚硬土层、可在深水中施工、防水性能好、能组成各种外形的围堰、可多次重复使用的优点。广泛应用于桥梁下部结构基础施工中，施工通常采用单壁封闭式，围堰内部设有纵向的、横向的支撑，跨度过大时，往往增加斜支撑，使钢板环绕连接成为一个围笼。例如中国南京长江桥的管柱基础，就使用钢板桩圆形围堰，它采用钢板环绕连接形成一个直径21.9m的空间，在此范围进行施工作业。

4 钢围堰施工工艺

本工程围堰采用SP-IV型拉森钢板桩围堰，围堰每隔6m设置一道横向隔墙，一期、二期上下游围堰和一期纵向围堰宽度1.0m，钢板桩长9.0m，埋深4.3m，外露4.7m，挡水高度3.7m，围堰外设两道双拼工字钢腰梁，腰梁之间采用钢丝绳连接，竖向间距2.5m，水平间距2m；二期纵向围堰宽度6.3m，钢板长9m，高度4.7m，挡水高度3.7m，围堰外设两道双拼工字钢腰梁，腰梁之间采用钢丝绳连接，竖向间距2.5m，水平间距2m。

主要施工工序：施工准备→测量定位打桩轴线→安装导向架→插打试桩→钢板桩合拢→排水→主体结构施工→拆除。围堰内填土土料选用黏粒含量为10%～35%、塑性指数为7～20的黏性土，回填压实度为不小于0.91。抽水过程中，时刻保持围堰监测，一旦围堰发生倾斜或围檩出现断裂等情况，即刻采取加固措施。

4.1 围堰施工工艺选择

围堰实施过程中，钢板桩如何施工是需要考虑的问题，本项目通过对质量、进度、安全、成本等多方面考虑，经考察和比较相类似的项目，通过以下三种施工工艺对比，最终选用钢栈桥作为工作面的方案进行施工。

(1)采用吊机，吊船进行钢板桩的施工。

(2)采用钢栈桥，利用打设好的钢栈桥作为作业面，在钢栈桥上进行钢板桩的搭设，同时钢栈桥还可以作为钢板桩的定位参照。

采用吊机、吊船对于钢板桩的位置以及作业面的环境，受气候环境影响比较大，采用钢栈桥，钢栈桥作为施工作业面，能有效控制钢板桩的位置，并且降低了一定的安全风险。

4.2 钢围堰施工工艺

施工准备→测量定位打桩轴线→安装导向架→钢板桩插打→钢板桩合拢→围堰封底→围堰回填土→排水→主体结构施工→拆除。

4.2.1 施工准备

(1)钢栈桥的搭设

钢栈桥在河道拉森钢板桩范围外0.5m处布置，桥面宽度6m，栈桥桩基采用Φ600(厚12mm)钢管桩，单根长度12m，入土约8m。横向布置为每排4根钢管桩，间距1.2m，纵向布置间距5.5m。

钢管桩顶面横桥向架设36b型双拼工字钢横梁，每排桩布置1道，在其上方沿纵桥向架设36b型单拼工字钢纵梁，单拼工字钢横向间距为0.5m。单拼工字钢纵梁工字钢架设完毕后，在其上铺设20mm厚钢板。栈桥桥面采取在钢板上焊接钢筋的防滑措施，并在栈桥两侧设置防护围栏，结构形式为工字钢立柱，架子管横向连接。

(2)材料检查

施工前需要对钢板桩进行变形检查，对变形严重的钢板进行校正，然后做锁口通过检查。锁口检查方法：首先选用长约2m的相同类型、相同规格的钢板用作标准，然后利用卷扬机拉动标准钢板平车，从桩头至桩尾作锁口检查，检查通过的投入使用，不合格的退场。

(3)设备检验

本工程采用日立牌ZX490LCH-5A-FL型振动打桩机进行钢板桩围堰施工，施工前，做好准备工作，检查振动锤，保证振动锤线路畅通，功能正常，检查振动锤机械的夹板钢齿磨损程度。

4.2.2 测量定位打桩轴线

施工前对水下、河底进行障碍物调查，确保无障碍物影响钢板桩围堰施工。利用钢栈桥位置和走向，控制钢板桩围堰的位置。

4.2.3 钢板桩插打

钢板桩插打利用日立牌ZX490LCH-5A-FL型振动打拔桩机逐片插打。为保证钢板桩的垂直度，用两台经纬仪在两个方向加以控制。第一片钢板桩插打后，进行检测，确定是否打设合格，确定合格后，以第一块钢板桩为依据，向两边对称插打，施工过程中要保证每一块钢板桩打设到符合的设计位置。采用锤球控制桩的垂直度，若有偏差，及时进行调整。每一片钢板桩先利用自重下插，当自重不能下插时，才进行加压，直到到达规定设计的位置。插打过程中，须遵守“插桩正直，分散即纠，调整合拢”的施工要点。

钢板桩的插、打符合以下规定。

(1)插、打前在锁口内须涂抹防水涂料(或黄油混合物油膏)。

(2)吊装钢板桩的吊点结构牢固安全、位置准确。

(3)钢板桩在黏土中不宜采用射水法沉桩，锤击时应设桩帽。

(4)应设插、打导向装置，最初插、打的钢板桩，应详细检查其平面位置和垂直度。

(5)需要接长的钢板桩，其相邻两钢板桩的接头位置，应上下错开不少于1m。

(6)钢板桩的转角及封闭，可用焊接连接或骑缝搭接。

4.2.4 围堰合拢

在围堰将要合拢时，通过测量计算，明确钢板桩底部的直线距离，根据钢板桩的宽度计算，明确所需钢板桩的片数。

为了保证合拢处两片桩在一个平面，施工过程中调整好角桩方向，保证合拢处钢板桩一面的锁口与对面的钢板桩锁口保持平行。

施工允许偏差

4.2.5 围堰封底

钢板桩围堰合拢，第一道围囹及支撑安装完成后，应根据地层地质情况、钢板桩打入覆盖层的深度及围堰内外水头差，综合判断围堰内侧是否需要封底，并计算封底混凝土的厚度。为保证封底质量，封底前应进行清淤、拋填片石、抛填砂带等作业。

(1)清淤

围堰合拢后进行基底清淤。清淤的目的是使基底达到设计高程并清除基底淤泥，清淤方法为:用空气压缩机带动空气吸泥机，利用水位的负压通过吸泥机管路将基底淤泥、泥砂清除。用吊车吊住吸泥机，以便移动位置，并用测绳测量基底高程及平整度。注意吸泥清淤时应及时向围堰内补充清水，以便保持水头压力。

(2)抛填石

为保证封底顺利，在基坑底部清理淤泥到设计标高后，在底部拋填厚度为50cm的片石，片石的粒径不大于20cm，完成之后，采用水下混凝土进行封底。

(3)围堰基坑底部封底

围堰基坑底部采用C25水下砼封底，坍落度控制在220～240mm,封底厚度通过计算确定，不小于1m。水下封底的砼一次连续浇注完成。砼浇筑采用导管法，导管设计作业范围为直径6m的圆。

4.2.6 围堰回填土

两排钢板桩围堰中间回填黏土夯实，选用黏粒含量为10%～35%、塑性指数为7～20的黏性土，回填压实度为不小于0.91。

4.2.7 围堰内排水施工

钢板桩打进土层之前，在锁口的内侧涂一些锯末、黄油等润滑混合物。如果锁口连接处由于不紧密而发生漏水时，可以考虑采用棉絮堵塞接口处，外侧包裹一层起着防水作用的彩条布。

围堰在抽水工作的过程中，需要加强其钢板桩的止水与堵漏的措施。抽水工作同时应该在处于水中的外侧漏缝处添加大量谷糠或木屑与炉渣混合的产物，使其通过水的夹带作用，于漏水处发生自行堵塞，对桩脚发生漏水的位置，使用局部砼封底等措施。支护止水工作之后，开始基底清理工作。在围堰范围内开设集水坑，并且周边设置排水沟，工作同时需要及时使用水泵排除渗水。

钢板桩围堰内基坑排水应符合以下规定。

(1)堰内积水和渗水量根据要求测算，绘制排水量和下降水位值之间的关系图，在堰内设置水位观测标尺以方便观测与记录。

(2)排水量由于水位下降导致异常时，需要马上停止排水，检查原因后及时处理，方可重新排水。

(3)开始排水后，发生堰内水位不下降或上升时，必须马上停止排水并进行检查，如果发现围堰变形、结构不稳定，必须立即向堰内注水，使其恢复至平衡水位后，查明原因并经处理合格后方能抽除堰内水并重新排水。

4.2.8 钢板桩施工中遇到的问题及处理措施

(1)打桩工作中遇上孤石、其他不明障碍物，导致钢板桩打入深度不足，应当利用转角桩或弧形桩绕开。

(2)钢板桩在软泥质地段挤进过程中遭遇泥中障碍物，产生侧向挤压，由于其作用力大小不同从而易发生偏斜，采取措施进行纠偏：在偏斜位置把钢板桩向上拔1.0～2.0m，再往下锤进，同此往复振拔多次，可使得大的块石等障碍物被振碎或使其发生位移，导致钢板桩处于正确的位置，减少倾斜度。

(3)钢板桩沿轴线倾斜度较大时，使用的纠正方式为异形桩，异形桩可以根据倾斜度进行焊接加工；倾斜度较小时也可以用卷扬机或葫芦和钢索将桩反向拉住再锤击。

(4)软泥质基础较软，有时施工发生将邻桩带入现象，可以把相邻的数根桩焊接，同时在当前的锁口上加润滑济用于减少阻力。

5 围堰施工过程中的监测

围堰拉森钢板桩桩顶水平位移和竖向位移控制值为15mm，变化速率<2mm/d。预警值按控制值的70%考虑，报警值按控制值的90%考虑。当监控项目接近预警值时，应加密观测，并作日报表，分析原因，提交应对措施报告。

(1)施工期间每天安排专人每隔2h对基坑水位监测一次，一旦发现基坑水位未能正常下降或上涨时，应向值班负责人报告，以便组织人员迅速查清原因，及时采取有效措施，控制水位继续上涨。

(2)在基坑施工期间，除努力保证基坑供电外，要自备发电设备1台，一旦停电马上启动自备电源，保证排水设备能正常用电。

(3)若发现排水设备故障，值班人员应立即更换备用排水设备，并报告值班负责人，以便及时安排维修车间进行针对性抢修或更换，确保所有排水设备都处于完好状态。

(4)若在正常排水的情况下，监测发现基坑水位上涨，项目值班负责人应组织人员对围堰进行严密检查，查找管涌、漏洞进水口、裂缝等渗漏处。

(5)组织有经验人员按以下方法，查找围堰尚存的所有管涌、漏洞、裂缝并在该处插板作明显标识：第一，通过查看水面漩涡或观察，来确认是否有管涌或漏洞；第二，观察水面漂浮物流向，确定管涌或漏洞处；第三，采用上述方法还不能确定管涌或漏洞处时，应利用自动报警器探摸漏洞口处或应利用智能堤坝隐患探测仪等仪器探测漏洞。

(6)通过专业人员排查和仪器检测发现管涌、漏洞、裂缝处时，应采用以下针对性封堵方法，逐一消除险情。若漏洞较大宜采用软帘盖堵或砼预制块或石块等重物封堵固定；若漏洞较小宜采用软楔堵塞；对于裂缝可抛填粘土，做前戗等；若成片渗漏严重时，可采用高压垂直喷射灌浆等方法封堵。

6 结 语

综上所述，钢板桩围堰在地下综合管廊穿越河底实施过程中已经得到可行性验证，将来应用会越来越多，尤其是在大城市中。钢板桩围堰实现了管廊穿河明挖法施工，相较于以往的顶管法、暗挖法施工，施工的过程质量更具有保证，安全可靠、施工速度快、减少了施工安全风险，并降低了施工成本。