PC工法桩围堰施工技术研究

邵建勇

（中铁二十五局集团有限公司，广东广州 510000）

0 引言

在市场经济发展、铁路建设步伐加快的背景下，我国桥梁工程施工进入新发展阶段，各种新工艺、新技术层出不穷，为桥梁建造质量的提升注入了活力。PC 工法桩围堰施工技术作为其中的典型代表，具有施工速度快、成本费用低等鲜明优势，拆除的PC 工法桩还可以循环利用，因此该技术获得了诸多工程项目的青睐。但受到技术、管理因素制约，部分PC 工法桩围堰施工环节也出现了稳定性不足、插打操作不当等状况，结合案例对其展开研究，有助于克服技术难点，提高技术的适用性及可靠性。现阶段有关PC 工法桩围堰技术的研究成果不在少数，其中杨宗亮[1]从案例工程水文地质条件入手，对PC 工法桩围堰施工参数及方案进行了梳理和设计，明确了PC 工法桩选型过程、施工部署过程中应注意的要点；杨宝生[2]重点聚焦PC 工法桩围堰结构布置及施工工序问题，借助ANSYS 平台分析了结构内支撑力情况、弯矩情况等。这些研究各有侧重，为PC 工法桩围堰施工提供了优化思路，但局限性在于工艺细节较为模糊。因此，本文结合工程实际展开研究，提出的PC 工法桩结构计算分析方式、封底堵漏方式等更具针对性和创新性，对于提高技术应用水平有着一定的现实意义。

1 工程概况

引入金溪湖特大桥施工案例，对PC 工法桩围堰施工技术进行梳理和说明。该项目性质为双线特大桥，案例工程涉及范围全长为4019.6m，主要梁体形式为现浇双线简支箱梁、双线连续钢构梁、双线简支伸缩梁等。桥墩部分为圆端形实体桥墩，搭配“一”字形实体桥台，下部使用钻孔灌注桩基础。围堰区域内土体1～8 层分别为粉砂、淤泥质粉质黏土、粉砂、粗砂、粉质黏土、细砂、砾砂和粉质砂岩。

2 PC 工法桩围堰施工设计

PC 工法桩是以传统拉森钢板桩为原型改良、发展而来的新桩体形式，传统拉森钢板桩截面刚度较小，应用于工程建设场景时难以应对复杂的载荷环境，必须借助多层撑锚结构加固，因而成本较高、施工难度较大。而改良后的PC 工法桩截面刚度增大，借助连接小企口与钢管形成整体，具备组合式围护桩特征，可以较好地满足围堰建设时的挡土、隔水需求。其优势主要表现在以下几个方面：一是施工深度深，有记录最大可达55m；二是适用范围广，可在粉土、砂土层中使用，也可以在淤泥质土等复杂土层中应用；三是造价成本低，桩体材料可以回收再利用。解决桩体选型问题后，还需要关注PC 工法桩围堰的结构设计问题，该桥梁施工主墩承台平面尺寸为22.75m×22.75m，厚度为5.5m，承台采用16 根钻孔桩，桩基纵向4 排，横向4 排，河床为+14.46m，台顶、承台底设计标高分别为+8.054m 和+2.554m。据此确定设计施工水位为+16.0m，围堰顶设计标高为+17.0m，围堰的施工设计如图1 所示。

该工程使用PLC 组合钢管桩，组合形式为拉森Ⅳ（Q295bz）+φ820×14 钢管桩（Q345B），每米组合钢管桩的截面特性W=5402cm3，第一层内支撑采用Q345B型钢，撑杆采用Q235B 螺旋钢管，规格为φ480×10；第二层支撑采用Q345B 型钢，撑杆采用Q235B 螺旋钢管，规格为φ800×16；第三层内支撑采用Q345B 型钢，撑杆采用Q235B 螺旋钢管，规格为φ480×10。各道支撑、围檩采用焊接方式连接，斜撑分别布置于围檩四角内部，中间设置套靴以确保稳定。其中，Q235B 钢材的最大正应力σ=170MPa，最大剪应力τ=100MPa；Q345B 型钢的最大正应力σ=240MPa，最大剪应力τ=200MPa。对围堰结构进行计算分析，过程如下。

2.1 整体稳定性计算

该工程引进瑞典条分法，对PC 工法桩基坑整体稳定性进行验算，结果显示该处稳定安全系数为1.705，大于1.35 的临界值，能够满足设计标准要求。

2.2 坑底隆起稳定性计算

计算过程与结果如式（1）所示。

式（1）中：γm1、γm2分别表示围堰内外钢板桩底以上土的加权平均重度；Nq、Nc分别表示围堰内外钢板桩的承载力系数；c表示钢板桩底土层黏聚力；ld表示钢板桩入土深度；h表示基坑深度。计算结果符合技术要求。

2.3 内支撑计算

经分析发现长撑杆受力最不利，轴力约为861.5kN，φ480×10 螺旋钢管计算长度为9.54mm，长细比为56.8，按照b 类构件查得稳定系数为0.824，撑杆受力计算方式如式（2）所示，结果符合设计要求。

第二层支撑中，较短撑杆受力最不利，轴力约为4702.6kN，φ800×16 螺旋钢管计算长度为9.54mm，长细比为33.2，按照b 类构件查得稳定系数为0.924，撑杆受力计算方式如式（3）所示，结果符合设计要求。

2.4 不同工况状态下的稳定性分析

使用有限元分析方法验算，结果发现在两层支撑的辅助下，围堰结构完全可以满足受力要求，能够为抽水、清淤等施工作业提供充足施工空间，在减少施工总量的同时提升安全性。

综上所述，案例工程结构设计通过了整体稳定性验算、坑底隆起稳定性计算、内支撑计算和不同工况下的稳定性计算，能够满足设计标准和要求。下面对该种方案的具体施工方法进行阐述。

3 深水墩中PC 工法桩围堰施工

3.1 施工准备

PC 工法桩围堰施工开始前，应对各类构件质量进行系统的验收和复核。桩身部位外观应当完好，长宽比例适宜，端头矩形比等均要符合要求，重点关注PC工法桩锁口位置，看其是否存在松动、变形等缺陷。可以取一块1.5～2.0m 的、符合验收标准的PC 工法桩作为参照，对其他规格的PC 工法桩锁口构件进行对比检查，过程中可借助卷扬机等设备提高检查效率。对于存在割孔、断面病害的钢板桩，要视情况进行补强或者弃用处理，验收完毕后统一分类、编号和登记。补强过程中可用的技术手段较为多样，比如焊补、铆补，以及冷弯、热敲等，注意热敲时要控制好温度，通常控制在800～1000℃较为适宜。同时，准备好施工所用的材料、设备等，该工程配备了大型空压机，用于抽出围堰内淤泥及河卵石层；配备了长臂钩机，用于处理砂砾层；配备了刚性导管、C30 免振捣高流态自密实混凝土等，用于封底堵漏；配备BP-42 型振动锤，用于施打钢板桩[3]。

3.2 定位桩插打及导向安装

PC 工法桩插打环节需要提前测量放样，根据测量结果对桩架构件进行逐一拼装，然后打设钢管定位桩，为后续施工做铺垫。此次施工使用的定位桩直径为600mm，分别设置于围堰四周，施工设备为BP-42型振动锤，现场搭配导向架以提升操作精准性。定位桩打设结束之后，逐一安装导框、内导梁，框梁结构均采用型钢原料，可以起到约束、导向的作用，同时还能够为围堰提供支撑，削弱水体、土体产生的不利影响。注意导框、内导梁的安装情况对后续施工影响较大，要及时借助经纬仪、水平仪进行定位测量，导梁高度务必要适宜，不能出现下沉、变形情况，导框由围檩桩构成，间距控制在2.5～3.5m 之间。插打过程与导框安装过程同步，每插打好一个组桩或单桩，就要将导框转挂至其上，以提高施工效率。插打的顺序应当统一，通常由上游开始，至下游合龙结束。

3.3 打钢板桩

该工程使用屏风式钢板桩打入技术，能够较好地规避钢板桩扭转、倾斜风险，确保打入效果的优化，对于后续封闭合龙施工也有较好的铺垫、支撑作用。施工环节需要先将部分桩体构件插入提前装好的导架中，数量通常控制在10～20 根即可，插入完毕后的钢板桩呈屏风状。然后对“屏风”两端钢板桩进行施打，确认其达到设计标高后，焊接固定于围檩之上。该钢板桩全部打设结束后，要及时开展围堰闭水性检查，若发现漏水缺陷，则要及时填补、焊接修复，最大程度地保证施工安全。

3.4 封底及抽水堵漏

由于围堰处于水下环境，水体会自发产生向上作用力，进而影响桩体稳定性，因此在抽水施工之前，还需要进行水下封底处理。处理过程中需要先设置导管，以围堰为中心找到4 个角点，每个角点布置1 套导管，灌注半径在3m 左右，中间部分对应补充，形成4×4 导管队列，下口悬空20～30cm。锚固施工完毕并检测合格之后，对围堰内侧进行封底，采用刚性导管法、C30 自密实高流态免振捣混凝土原料，灌注厚度控制在80cm 左右，经试验发现配比缓凝时间不小于9h，能够满足设计需求。混凝土统一在搅拌站拌和完毕并运送至现场灌注，灌注顺序应为先上游、后下游，防止高处混凝土往下游流动，导致导管底脱空等问题，灌注完成的混凝土表面要大致水平。灌注过程中跟踪控制导管埋深，建议每15min 进行一次测量，以设计灌注标高为准，确定初次灌注高度，通常小于设计值5cm，后续抽水完毕后完成剩余灌注操作[4]。待到封底完成，要及时进行内支撑的焊接工作，该工程内支撑体系采用钢管构件，规格为630mm，在支撑与圈梁的结合部分，还设置了加劲板，能够减少应力集中带来的不利影响。

3.5 钢板桩拔除

基坑回填后即可开展钢板桩的拔除工作，注意拔除操作要谨慎，防止操作速度过快、操作力度过大增加土体异常沉降风险。拔除时统一拆除水下支撑，按照打桩顺序逆向拔除桩体。该工程使用振动锤辅助操作，设备运行环节产生强迫振动，并对周边土体产生扰动，进一步削减土体黏聚力，然后采用吊升方式达成拔除目标。注意在封闭式板桩墙中，要严格控制拔桩起点选取问题，最好与角桩空开5 根桩体的距离。起重机加荷操作应当匀速、渐进，与振动锤作业同步推进，需要提前了解吊车减震器弹簧压缩极限，以其为基准，适当调小起吊力以确保施工安全。部分情况下会出现拔除阻力过大的问题，要采取适当措施预防纠正，可以在灌注完第一层承台混凝土时，适当提起钢板桩，降低二者之间的黏结力，为后续拔除操作做好铺垫。也可以使用间歇振动的方法轻微锤击，单次振动时长控制在15min 左右。也可以借助柴油锤，将钢板桩适当下振一段距离，然后再使用振动锤交替振打、外拔，注意下振深度应控制在100～300mm之间。

4 结语

综上所述，PC 工法桩围堰施工技术在桥梁深水墩项目工程中有着极高的适用性，实践中要给予充分重视。要准确掌握技术发展前沿动态，科学开展技术方案编制工作，结合现场地质、水文条件组织施工平台搭建工作、导架安装工作，以及钢板桩打插、拔除工作等，控制好导架、钢板桩等构件的安装打设误差，做好后期的监测和堵漏处理，为PC 工法桩围堰质量的优化奠定坚实的基础。