深水厚流塑淤泥层超长钢板桩围堰逆作法设计及施工关键技术

门瑞鹏

（中铁十四局集团第一工程发展有限公司，山东 日照 276826）

0 引言

钢板桩围堰因其强度高，容易插入坚硬土层，易于施工、适应性强、便于组合、工艺成熟等特点，被广泛用于桥梁施工中。本文就以新建穗莞深城际铁路横涌海特大桥5#墩为例对深水厚流塑淤泥层超长钢板桩围堰逆作法施工关键技术进行详细介绍。本文主要涉及施工过程的关键技术控制，对于钢板桩围堰施工的设计仅作设计的关键点描述，不对设计过程做详细描述[1]。

1 工程概况

横涌海特大桥为穗莞深城际铁路新塘至洪梅段上的一座跨河桥梁，该桥主桥5#墩为主墩，位于河道中。主墩承台平面尺寸均为22.0m×16.0m 的矩形，承台厚度为5.0m，承台分两次浇筑。承台底面标高为-12.3m。施工时最高水位取为3.1m，河床底标高约为-9.2m，最大水深12.3m，水深较深。承台底面标高位于水下，根据5#主墩地质钻孔资料可知，承台底面以下15m 以内河床地质主要为流塑淤泥质黏土，设计采用钢板桩围堰的方案。钢板桩采用拉森（Larseen）Ⅳ型锁口钢板桩。钢板桩顶标高按4.1m 设置，底标高为-19.9m，钢板桩总长24m，属超长钢板桩。

2 钢板桩围堰设计及验算

2.1 钢板桩围堰设计

钢板桩设计采用拉森（Larseen）Ⅳ型锁口钢板桩，桩长24m。围囹设计为5 层围囹，封底混凝土采用C30水下混凝土封底，封底厚度1.5m。钢板桩围堰设计参数如表1 所示。

表1 钢板桩围堰设计参数

2.2 钢板桩围堰验算

钢板桩围堰验算分别采用SAP2000 和Midas civil对钢板桩围堰施工中各个工况进行验算，验算结果全部满足要求。

3 钢板桩围堰施工工艺

3.1 施工工艺流程

工艺流程如下：初测围堰内河床标高→围堰内河床标高初降至设计封底标高以下→利用护筒与钻孔平台钢管桩依次拼装内撑，并整体逐层下放内撑系统至设计标高→钢板桩施工→对围堰内河床标高进行二次清理至封底底标高→水下封底→围堰内抽水→第一层250cm 承台施工→混凝土待强、拆模、回填砂至混凝土顶面以下20cm→在承台与钢板桩之间浇筑20cm 混凝土→拆除第5 层内撑→第二层250cm 承台施工→混凝土待强、拆模、回填砂至第二层混凝土顶面以下20cm→在承台与钢板桩之间浇筑20cm 混凝土→拆除第4 层内撑→施工墩身→围堰内灌水，拆除第3 层内撑→施工墩身并灌水逐层拆除内撑→拆除钢板桩。

3.2 具体施工工艺内容

3.2.1 初测围堰内河床标高

利用船只在水中钢板桩围堰河床范围内对河床标高进行初次测量，确定河床现有标高和河床初步降低深度[2]。

3.2.2 围堰内河床标高初降至设计封底标高以下

初降河床标高采用挖泥船进行作业，要求初降标高至封底混凝土标高以下，以减少在钢板桩围堰施工完成封底之前二次清淤的工程量。

3.2.3 利用护筒与钻孔平台钢管桩依次拼装内撑，并整体逐层下放内撑系统至设计标高

（1）利用护筒及钻孔平台搭建作业平台。

第一步，对钢护筒进行切割开口。第二步为利用浮吊船将牛腿插入已切割护筒切口当中。其施工作业主要注意以下4 点：①护筒切口大小应满足牛腿材料大小。②护筒切割切口应处于同一水平面，以避免进行围囹拼装时对标高进行二次调整。③牛腿材料必须具备足够刚度，避免因围囹拼装过程中牛腿刚度不足而导致变形。④护筒切割标高需确保切割切口在日常平均最高水位以上，保证钢板桩围堰施工的首层围囹的正常施工[3]。

（2）利用护筒与钻孔平台钢管桩依次拼装内撑，并整体逐层下放内撑系统至设计标高。

施工主要步骤：利用既有搭建平台对对钢板桩围堰四周进行标高和平面位置定位测量→拼装第三、四、五层围囹内支撑→复测围囹平面位置和标高→安装围囹吊装下放系统→下放第三、四、五层围囹→围囹固定→安装第二、第一层围囹→再次复测围囹标高和平面位置→整体下放围囹至设计标高→围囹固定→施工完成。

各施工步骤具体内容及注意事项：①利用既有搭建平台对对钢板桩围堰四周进行标高和平面位置定位测量。其主要为：a.对围囹内支撑进行平面位置定位，确保围囹位置施工准确。b.对搭设平台标高进行初步了解，给后续围囹下放提供标高参考。②拼装第三、四、五层围囹内支撑。施工内容主要为按照设计进行第三、四、五层围囹内支撑拼装。其施工主要注意事项：a.严格按照设计材料和下料长度进行施工，不可随意更换围囹内支撑材料。b.严格控制围囹的焊接质量，围囹接缝处，上下均需焊接满焊。c.对于因下料问题导致的围囹内支撑接缝较大无法连接的，当接缝超过3cm 以内可利用同标号钢材进行加塞补焊，超过3cm 的建议重新下料。③复测围囹平面位置和标高。注意事项如下：a.确保围囹下放时，标高处于同一水平面。b.确保围囹的水平位置满足设计要求。④安装围囹吊装下放系统。此为逆作法施工的关键。下放系统主要利用的设备材料有12m 长32 精轧螺纹钢12 条、千斤顶6 台、油泵1 台、工字钢及钢板若干。施工关键及注意事项：a.顶部吊装系统安装及千斤顶安装。对既有钢护筒顶部进行切割，安装千斤顶下顶推平台。顶推平台平面位置按照井字形布置，平台顶横向纵向设置通长双拼56 工字钢并在下穿经轧钢位置进行预留经轧钢穿孔。双拼56 工字钢顶部安装千斤顶和吊放系统精轧螺纹钢。单个千斤顶带2 个吊点2 条精轧螺纹钢，顶部吊装系统安装如图1 所示。b.底部吊装系统安装。底部吊装系统利用既有围囹，在围囹第五层下部利用工字钢顶住围囹下部斜撑，利用围囹自身斜撑作为受力点。精轧螺纹钢穿过工字钢，在工字钢底部设置钢板和双螺母，且精轧螺纹钢底部外漏场地不得小于10cm。c.千斤顶及油泵安装。6 台千斤顶连接到同一台油泵当中。安装完成后进行试启动，确保千斤顶和油泵在下一步围囹下放过程万无一失。⑤下放第三、四、五层围囹。围囹下放之前需先将围囹整体进行整体提升，然后对下部围囹施工平台进行拆除。拆除完成后方可进行围囹的整体下放。围囹下放过程按照15cm 一个行程进行下放，且下放过程必须保证6 个吊点下放过程同步，下放过程安排专人对围囹进行观察，遇到异常立即停止下放并检查。下放位置以完成第一、第二层围囹施工方便为参考。⑥围囹固定。围囹下放到指定位置后，对围囹进行固定。固定的措施为在千斤顶底部与工字钢接触位置预留了精轧螺纹钢螺母和垫板，在围囹下放到位后只需将螺母拧紧锁定即可。⑦安装第二、第一层围囹。其施工步骤及注意事项同第②。⑧再次复测围囹标高和平面位置。此次复测为围囹最后一次下放前复测，其目的就是为围囹最终下放到设计位置提供标高和平面位置依据。⑨整体围囹下放至设计标高。此次围囹下放测量人员全程在现场进行控制。确保最后一次围囹下放到位。⑩围囹固定。围囹整体下放到位后，对围囹进行整体锁定，锁定措施与第⑥相同，同时利用钢材将护筒与围囹进行焊接，将围囹与护筒形成一个整体，增加围囹的整体稳定性。同时拆除千斤顶和油泵。至此围囹拼装及下放全部完成[4]。

图1 顶部吊装系统安装

3.2.4 钢板桩施工

钢板桩施工注意事项如下：①钢板桩接长采用不低于钢板桩钢板型号的钢材进行驳接，钢板桩对接满焊后，还需在钢板桩两侧加钢板进行加强焊接。②钢板桩插打顺序需先从河道上游开始进行插打，并在河道下游进行闭合。③钢板桩插打过程需定位，特别是首条钢板桩的插打务必保证插打到位。④倒角钢板桩的制作和陆地钢板桩倒角钢板桩类似，此处不做特别说明。⑤相邻钢板桩的驳接接缝必须错开不得少于2m，其钢板桩接长接缝更不可位于同一断面。

3.2.5 对围堰内河床标高进行二次清理至封底底标高

钢板桩施工完成后，对河床标高进行二次测量，确认河床现有标高，若不满足要求将对河床标高进行二次清理直至封底混凝土标高以下，二次清理采用大功率抽水泵即可。

3.2.6 水下封底

水下封底施工原理与水中桩基灌注类似。其利用料斗和导管插入至水下封底混凝土标高后上提50cm，然后开始进行水下封底混凝土浇筑。在封底混凝土浇前需要根据围堰内情况平均分为16 个下料点。下料点的选择主要为确保封底混凝土的浇筑全部平均覆盖整个围堰底部，且浇筑的平均厚度不得低于1.5m。封底混凝土需确保混凝土的流动性，以确保封底质量。封底过程中，安排人员进行实时测量，确保整体封底厚度满足要求[5]。

3.2.7 围堰内抽水

封底混凝土浇筑完成且具备一定强度后，开始进行围堰内抽水作业，抽水采取大功率水泵进行作业抽水，在抽水过程中时刻关注钢板桩围堰情况，并在各层围囹露出水面后检查围囹情况并对钢板桩围堰漏水处进行封堵，封堵材料为长条状棉絮。

3.2.8 承台及墩身施工

承台和墩身施工同陆地承台墩身施工类似，因混凝土方量较大，需特别注意混凝土水化热问题。

3.2.9 承台及围堰回填

在第一层及第二层承台施工完成且混凝土强度达到要求后，需对承台与钢板桩之间进行回填处理。回填材料为沙，回填高度分别至承台接缝处及承台顶以下20cm 处。为满足第二层承台和墩身施工模板支立和脚手架搭设要求，需在预留的20cm 位置处浇筑混凝土，形成模板支立面和脚手架底部支撑面。

3.2.10 围囹拆除

本钢板桩围堰围囹的拆除共分4 次进行：①在承台首层混凝土浇筑完成且回填完毕后开始进行第五层围囹的拆除。②在承台施工且回填完毕后进行第四层围囹拆除。③在墩身第一层施工完成且围堰内灌水后进行第三层围囹拆除。④在墩身施工完毕围堰内灌水后进行第二和第一层围囹拆除。

围囹拆除需注意事项：①围囹拆除先拆受力较小支撑后拆受力较大支撑。②围囹拆除应避开河道最大水位时间。③围囹支撑的吊装需安排专人指挥，防止在围囹吊装过程碰撞其他围囹内支撑，对围囹的整体结构产生影响。④围囹拆除全程安排测量人员进行观测，若拆除过程导致围堰变形异常，立即停止拆除进行观察，确认无问题后方可继续进行拆除。⑤第四次拆除过程需进行第二、第一层围囹内支撑的拆除，在拆除完第二层围囹后围堰需灌水后方可进行第一层围囹拆除。

3.2.11 钢板桩拆除

钢板桩拆除顺序与打设顺序相反，应从河道下游开始进行拆除，由下游至上游进行拆除。拆除过程安排专人进行辅助作业。

4 钢板桩围堰变形及沉降观测

钢板桩围堰的变形观测从围堰开始抽水时就要进行，其围堰变形观测点的布置需按照其受力特点进行设置。具体布置点设置如下：首层及第二层布点4 个，布点位置位于围堰最外层围囹4 个角；第三、四、五层围囹因其为主要受力支撑，其布点设置共计16 个点，位置分别为最外层围囹4 个角及外层围囹每边布置平均布置3 个点。

钢板桩围堰变形计沉降观测的频率为每层围囹一天一次，同时绘制位移变形量曲线图，对钢板桩围堰的观测做到动态管理和监控。

5 结语

本文以新建穗莞深城际铁路横涌海特大桥5#墩为例，对深水厚流塑淤泥层超长钢板桩围堰逆作法设计及施工关键技术进行了介绍，并对各施工步骤的注意事项进行了详细的叙述。其施工工艺水平在钢板桩围堰施工中较为少见，其施工操作性较强，可为类似工程提供施工借鉴。