浅谈钢板桩围堰的施工方法、工艺

浅谈钢板桩围堰的施工方法及工艺

李青龙

中交一公局四公司

摘要：本文依托于兰渝项目嘉陵江特大桥钢板桩围堰施工实践，简述钢板桩围堰的施工方法、工艺。

关键词：钢板桩 围堰 施工技术

前言

钢板桩围堰是指：使用钢板桩逐根插打，钢板桩之间相互咬接，最后封闭成一个整体，可以挡住外侧的水土。在陆地施工中经常使用的槽钢由于并非是专门用作围堰施工使用的，无法咬合紧密，一般情况下我们常用的是拉森型钢板桩，这就是经常说的拉森钢板桩围堰。拉森钢板桩分IV型、V型、VI型（本项目工程用的是IV型拉森钢板桩），拉森钢板也分国产和进口两种，由于国内的钢材材质质量较差，在大型围堰结构中都使用进口拉森钢板桩。围堰结构都是需要对围堰内侧进行支护的，这需要根据围堰的尺寸、深度选取钢管、工字钢或者H型钢进行支护。小的围堰可以凭自己的经验施工即可，但是遇到大型的围堰需要对围堰的整体结构进行设计的，通常采用有限元分析软件进行设计，从而保证围堰的整体结构稳定。

一、 工程概况

嘉陵江特大桥是兰渝铁路线上的一座特大型桥梁，分双线和左右两个单线部分，为人字桥，位于四川省南充市境内。特大桥起点桩号为K3+197.38，双线桥终点桩号为K7+227.75（同时是左右单线的起点桩号），左单线终点桩号为K8+336.86，右单线终点桩号为K9+557.41，双线桥梁上构结构形式为17×32+2×24+3×32+ (72.8+128+72.8)（连续刚构桥梁）+2×32+2×24+12×32+24+17×32+2×24+3×32+2×24+17×32+ (89+160+89)(连续刚构桥梁)+（49.3+60+60+60+49.3）（连续箱梁）+（49.3+60+60+60+49.3）（连续箱梁）（49.3+60+60+60+49.3）（连续箱梁），左单线桥梁上构形式为6×32+2×24+21×32+(40.75+56+40.75)(连续箱梁)，右单线桥梁上构形式为22×32+（32+48+32）（连续箱梁）+7×32+24+2×32+24+（32+48+32）（连续箱梁）+4×32+(40.75+56+40.75)(连续箱梁)+3×

32+（32+48+32）（连续箱梁）+4×32+2×24+3×32+（32+48+32）（连续箱梁）+9×32。

总桥长7469.14米，其中双线桥长为4030.37米，左单线桥长1109.11m，右单线桥长为2329.66米。

二、 钢板桩围堰主要施工流程

测量放线→清理钢板桩→设置导桩框架→插打定位钢板桩→插打钢板桩→抽水→设置第1或2道内支撑→水下吸泥→水下混凝土封底→等混凝土封底强度→继续抽水→设置第3或4道内支撑→堵漏→承台和墩身施工→承台及墩身清理、围堰内注水→由低到高逐层拆除内支撑→拔除钢板桩。

三、 钢板桩施工

根据施工图纸,并结合现场特做了以下调查：

各水中墩情况说明

墩号 承台底标高（m） 河床标高（m） 拟设封底厚度(m) 水中开挖深度(m) 施工常水位(m) 施工水深(m) 承台平面尺寸(m) 224# 263.97 268.3 2 5.73 269.63 7.73 69# 265.93 266.43 1.5 2 269.3 5.37 70# 263.43 263.93 2 2.5 269.3 7.87 71# 264.43 264.93 2 2.5 269.3 6.87 72# 264.43 264.73 2 2.3 269.3 6.67 73# 265.93 266.33 2 2.4 269.3 5.37 13.3×18.5 10.7×14.5 11.7×15.1 11.7×15.1 11.7×15.1 11.7×15.1 卵石土，厚卵石土，厚河床不平整，承台范围内高差2米左右 卵石土，厚度3.5米，河床不平整，承台范围内高差卵石土，厚度3.5米，河床不平整，承台范围内高差卵石土，厚度3.5米，河床不平整，承台范围内高差卵石土，厚度3.5米，河床不平整，承台范围内高差2度6.82米，度3.5米，地质情况描述 河床不平整，承台范围内高差2米左右 拟采用围堰方案 施工情况 1.5米左右 1.5米左右 1.3米左右 米左右 钢板桩围堰 钢板桩围堰 钢板桩围堰 钢板桩围堰 钢板桩围堰 钢板桩围堰 桩基施工完毕 未 未 未 未 承台施工完毕

可考虑采用沿河面插打方案优化情况 钢管桩，明挖、抽水，快速施工承台 钢板桩围堰 钢板桩围堰 钢板桩围堰 钢板桩围堰 钢板桩围堰 说明：河床不平整，上下游及前后高差较大，个别超过5米，河床标高为桥轴线标高，水中开挖及施工水深均考虑封底混凝土厚度。

墩号 承台底标高（m） 河床标高（m） 拟设封底厚度(m) 水中开挖深度(m) 施工常水位(m) 施工水深(m) 承台平面尺寸(m) 274# 267.93 270.93 1.5 4.5 269.3 2.87 10.7×14.5 卵石土，厚83# 265.93 269.2 2 5.27 269.3 5.37 84# 259.1 260.6 2.5 4 269.3 12.7 85# 256.6 257.2 3 3.6 269.3 15.7 86# 259.43 259.93 2 2.5 269.3 11.87 87# 261.03 261.53 2 2.5 269.3 10.27 13×16.1 大的卵砾石及漂石，厚度2.4米，河床不平整，承台范围内高差5米左右 12.7×14.2 17.2×25.7 17.2×25.7 12.7×16.1 卵石土，厚床不平整，承台范围内高差2米左右 大的卵砾石及漂石，厚河床不平整，承台范围内高差5米左右 大的卵砾石及漂石，厚河床不平整，承台范围内高差4米左右 大的卵砾石及漂石，厚度7.7米，河床不平整，承台范围内高差4米左右 度6.4米，度15米，河地质情况描述 河床不平整，承台范围内高差1.5米左右 拟采用围堰方案 施工情况 钢板桩围堰 破完桩头 沿河面插方案优化情况 明挖、抽水，快速施工承台 度10.5米，度8.6米，钢板桩围堰 双壁钢围堰 双壁钢围堰 双壁钢围堰 双壁钢围堰 桩基施工中 沿河面插打挖、抽水，快速施工承台 下沉完毕 拆平台 未 双壁钢围堰，利用双壁钢围堰 双壁钢围堰 84#和85#割除部分改进重复使用 双壁钢围堰 加工模板 打钢管桩，钢管桩，明说明：河床不平整，上下游及前后高差较大，个别超过5米，河床标高为桥轴线标高，水中开挖及施工水深均考虑封底混凝土厚度。

墩号 承台底标高（m） 河床标高（m） 拟设封底厚度(m) 水中开挖深度(m) 施工常水位(m) 施工水深(m) 承台平面尺寸(m) 288# 263.53 263.93 2 2.4 269.3 7.77 13×16.1 大的卵砾石及漂石，厚度9米，河床不平整，承台范围内高差3米左右 89# 262.53 263.03 2 2.5 269.3 8.77 13×16.1 大的卵砾石及漂石，厚度12米，河床不平整，承台范围内高差4米左右 90# 266.53 267.83 2 3.3 269.3 4.77 13×16.1 大的卵砾石及漂石，厚河床不平整，承台范围内高差2米左右 91# 267.53 270.53 1.5 4.5 269.3 3.27 13×16.1 大的卵砾石及漂石，厚河床不平整，承台范围内高差2米左右 92# 267.53 270.53 1.5 4.5 269.3 3.27 13×16.1 大的卵砾石及漂石，厚河床不平整，承台范围内高差2米左右 93# 266.53 269.53 1.5 4.5 269.3 4.27 13×16.1 大的卵砾石及漂石，厚河床不平整，承台范围内高差5米左右 地质情况描述 度12.9米，度15.9米，度15.9米，度15.9米，拟采用围堰方案 施工情况 方案优化情况 单壁钢围堰 单壁钢围堰 钢板桩钢围堰 明挖、抽水 明挖、抽水 明挖、抽水 桩基施工中 讨论采用钢管桩围堰 围堰下沉 単壁钢围堰 封底完毕 钢板桩围堰 施工中 未 桩基施工中 明挖、抽水 明挖、抽水 明挖、抽水 说明：河床不平整，上下游及前后高差较大，个别超过5米，河床标高为桥轴线标高，水中开挖及施工水深均考虑封底混凝土厚度。

墩号 承台底标高（m） 河床标高（m） 拟设封底厚度(m) 水中开挖深度(m) 施工常水位(m) 施工水深

94# 263.03 264.53 2 3.5 269.3 8.27 95# 261.03 261.53 2 2.5 269.3 10.27 96# 261.03 261.53 2 2.5 269.3 10.27 97# 261.03 261.53 2 2.5 269.3 10.27 98# 261.53 261.93 2 2.4 269.3 9.77 99# 263.03 266.5 2 5.5 269.3 8.27

(m) 承台平面尺寸(m) 213×16.1 大的卵砾石及漂石，厚度8.3米，河床不平整，承台范围内高差2米左右 13×16.1 大的卵砾石及漂石，厚度3.6米，河床不平整，承台范围内高差2米左右 双或单壁钢围堰 桩基完毕 11.5×16.1 大的卵砾石及漂石，厚度2.5米，河床不平整，承台范围内高差2米左右 双或单壁钢围堰 13×16.1 大的卵砾石及漂石，厚度3.7米，河床不平整，承台范围内高差2米左右 双或单壁钢围堰 13×16.1 大的卵砾石及漂石，厚度3.1米，河床不平整，承台范围内高差2米左右 双或单壁钢围堰 开挖中 13×16.1 大的卵砾石及漂石，厚度3.5米，河床不平整，承台范围内高差2米左右 单壁钢围堰 桩基施工中 地质情况描述 拟采用围堰方案 施工情况 单壁钢围堰 桩基施工中 単壁钢围堰，周转89#使用 桩基施工中 桩基施工中 双壁钢围方案优化情况 钢管桩围堰 堰，周转使用87#，改进 双壁钢围堰 钢管桩围堰 钢管桩围堰 说明：河床不平整，上下游及前后高差较大，个别超过5米，河床标高为桥轴线标高，水中开挖及施工水深均考虑封底混凝土厚度。

墩号 承台底标高（m） 河床标高（m） 拟设封底厚度(m) 水中开挖深度(m) 施工常水位(m) 施工水深(m) 承台平面尺寸(m) 2100# 264.03 265.53 2 3.5 269.3 7.27 13×16.1 大的卵砾石及漂101# 261.53 261.93 2 2.4 269.3 9.77 13×16.1 大的卵砾石及漂石，厚度2.1米，河床不平整，承台102# 260.43 262.53 2 4.1 269.3 10.87 11.5×16.1 大的卵砾石及漂石，厚度2.5米，河床不平整，承台103# 263.93 264.43 2 2.5 269.3 7.37 11.5×16.1 大的卵砾石及漂石，厚度3米，河床不平整，承台范围104# 263.93 264.83 2 2.9 269.3 7.37 11.5×19.5 大的卵砾石及漂石，厚度3米，河床不平整，承台范围105# 265.43 266.53 1.5 2.6 269.3 5.37 8.9×10.1 大的卵砾石及漂石，厚度4.2米，河床不平整，承台105#右 262.93 264.93 1.5 3.5 269.3 7.87 8.9×10.7 大的卵砾石及漂石，厚度2.1米，河床不平整，承台范围内高地质情况描述 石，厚度4.5米，河床不平整，承台

范围内高差2米左右 拟采用围堰方案 单壁或钢板桩钢围堰 范围内高差2米左右 单壁钢围堰 平台搭建 単壁钢围堰，周转使用 范围内高差2米左右 双壁钢围堰 未 双壁钢围堰，周转97#使用 内高差2米左右 单壁或钢板桩钢围堰 未 钢管桩围堰，周转使用 内高差2米左右 单壁或钢板桩钢围堰 未 钢板桩围堰，周转使用 范围内高差2米左右 単壁或钢板桩钢围堰 未 钢板桩围堰，周转使用 差2米左右 単壁或钢板桩钢围堰 未 钢板桩围堰周转使用 施工情况 桩基完毕 方案优化情况 钢管桩围堰 说明：河床不平整，上下游及前后高差较大，个别超过5米，河床标高为桥轴线标高，水中开挖及施工水深均考虑封底混凝土厚度。

结合钢板桩围堰、単壁钢围堰和双壁钢围堰的施工特点及适应范围，本部门在2010年10月6日在保证施工安全和工程质量的前提下尽可能的减少施工成本，合理的选择和使用各种类型的钢围堰，24#、69#--73#、83#、90#、104#、105#左右单线共10个水中承台选择采用钢板桩围堰。

1.钢板桩整理

钢板桩运到工地后,需进行整理。先用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾进行

检查，凡钢板桩有弯曲、破损、锁口不合格的均应整修，按其具体情况分别采用冷弯、热敲(温度不超过800℃~1000℃)、焊补、铆补、割除或接长的方法。

锁口检查:用一块长约2米的同类型、同规格的钢板桩作标准件,将所有同型号的钢板桩作锁口通过检查。检查采用卷扬机拉动标准钢板桩平车,从桩头至桩尾作锁口通过检查。对于检查出的锁口扭曲及“死弯”进行校正。

宽度检查:通过宽度检查确保每片钢板桩的两侧锁口平行。同时,尽可能使钢板桩的宽度都在同一宽度规格内。对于每片钢板桩分为上中下三部分用钢尺测量其宽度,使每片桩的宽度在同一尺寸内,每片相邻数差值以小于1cm为宜。对于肉眼看到的局部变形可进行加密测量。对于超出偏差的钢板桩尽量不用。

锁口润滑及防渗措施:对于检查合格的钢板桩,为保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔,并增加钢板桩在使用时防渗性能。每片钢板桩锁口都须均匀涂以混合油,其体积配合比为:黄油︰沥青︰干锯沫︰粘土=2︰2︰2︰1。

2.钢板桩围堰施工

根据工程具体情况选用合适规格的导桩，安装及调整导梁的轴线及内边净距，将导梁与水平支撑临时焊接固定。对于处理好的钢板桩,在堆放和运输中,要避免碰撞,防止弯曲变形。钢板桩围堰采用DZ90型振动打桩锤逐片插打。

各项准备工作就绪后,将事先加工好的定位桩精确垂直安设于上游中心(钻孔平台钢管桩),并用与导梁工字钢焊接牢固,确保插打第一片钢板桩的垂直度。第一片钢板桩以导梁为定位、垂直插打至设计标高,插打过程中仔细校正钢板桩位且确保垂直。其余各钢板桩,则以已插好的钢板桩为准,起吊后人工扶持插入前一片钢板桩锁口,然后用振动锤振动下沉。插入桩位的钢板桩需紧靠导梁。插打一片或几片后,将已插好的钢板桩点焊固定于导梁上。整个施工过程中,用锤球始终控制每片桩的垂直度,及时采用千斤顶、木楔、导链等进行调整。在钢板桩合龙而剩下几组还未插打时，提前考虑合龙情况，可将围堰短边的钢板桩全部插入导梁内，然后再逐次打设钢板桩。由于水流影响或其他原因无法合龙时，可以根据实际需要制作异形钢板桩进行合龙。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。

四、围囹支撑施工

围堰内用水泵抽水(抽水时随时进行堵漏)要确保围囹受力均匀，将钢板桩与围囹的间缝

用硬木楔等塞紧，抽水速度不宜过快，随时观察钢板桩围堰的变化情况，及时处理。抽水至该层内支撑的设计标高下50 cm处，维持围堰内的水面标高；在钢板桩围堰内壁按测定的标高焊接内支撑圈梁的三角支撑，支撑顶面标高相同；起吊并水平安圈梁将其固定；吊车配合人工安装水平支撑，将水平支撑与圈梁焊接固定，以形成平面桁架结构。

围囹支撑上下共设置二道，均采用双拼I40b工字钢。按设计高程预先焊好10槽钢牛腿作为临时支撑,待各围囹安装并连接就位后,再与钢板桩焊接牢固。

90#围囹支撑高程为+207米,钢板桩施工完毕后即可抽水进行第一道围囹支撑的施工。支撑施工步骤为:在支撑位置施焊三角限位钢板(牛腿)→安装围框、支撑→设上限位钢板→支撑与围框加焊。支撑制作完成后用硬木楔塞紧板桩与围框之间的间隙。施工中各斜撑平面位置采用坐标定位,误差控制在5cm之内。

水下封底完成后,抽水至承台顶面高程位置,进行第二道围囹支撑的施工,第二道围囹高出承台顶30cm,施工步骤同安装第一道工序相同。施工中各支撑平面位置采用坐标定位,误差控制在5cm之内。各连接部位焊缝满足规范要求。

五、水下开挖

由于承台埋深较深, 钢板桩围堰的基础开挖采用采用射水、吸泥和抓泥交替进行施工。

另外，在基底土层较软的深基坑中，为了防止抽水后钢板桩围堰向内滑移，也为了防止抽水后基底发生隆起，需要进行水下混凝土封底，实行封底混凝土浇筑。混凝土采用汽车泵输送，然后按照制定好的浇筑路线进行灌注。浇筑完毕后，潜水员找平标高。

在施工过程中应该尽量做到以下几点：

1.吸泥时吸出的泥土严禁堆放在钢板桩四周,需及时用船外运,以免增大堰外侧压力。 2.吸泥后堰内土面平整度应控制在±15cm左右。

3.吸泥后要注意桩头周围土后板桩槽内土必须清除干净,须经验收合格后方可终止。清基时不要过分扰动钢板桩边缘土层。靠近钢板桩附近的泥砂较难吸出,可由潜水工以软管射水,用0.3～0.5Mpa的水压将泥砂冲向吸泥机附近吸出。施工中应让潜水员下水用手摸,尤其注意钢板桩角隅泥土应清除到位。

4.吸泥后90#墩围堰内土面标高为263.43m,严格控制其标高。 5.围堰淤泥清完后立即用石子找平。

六、水下封底 1.施工准备

钢板桩施工结束后,90#墩围堰内土面标高为263.43。承台高3.0m,封底平均1.5m,承台

施工时水位按269m考虑,封底混凝土需要承受最大水头差5.57m。90#墩封底混凝土方量321.75m3,采用导管法水下混凝土封底的施工工艺。

2.浇筑顺序与工艺 (1)首灌阶段

混凝土运输车将砼运到施工现场,用砼泵车将4立方砼泵入料斗,当料斗将满时,换下一辆砼运输车对准泵车进行下料,而后迅速提起塞板,混凝土进入导管,泵车继续将砼泵入管内,这样施工相当于首灌达到10立方。当测量人员报告导管埋深符合要求后,即可进行下步施工,直至达到封底标高要求。

(2)进行下一根导管封底施工,方法同上。 (3)结束阶段

封底混凝土顶面标高按承台底高程,控制允许偏差±10cm。施工时每10m2布置一个测点,采用测绳进行测量。标高基准点设于浇筑平台上,以严格控制封底厚度及顶面高程。 当导管下口混凝土顶面接近封底控制标高时,加大测量频率,特别是对相邻导管的交界

面、护筒四周、围堰内侧等位置,根据所测结果有针对性地进行各导管混凝土灌注,力求混凝土顶面均匀平整。当测点达到规定标高后,终止该处混凝土浇注,上拨导管冲洗收集。

七、抽水

待封底混凝土达到强度后,即抽水至封底混凝土,密切观测钢板桩的变形,并配备好备用

泵,以免万一发生问题及时向堰内回水。及时进行堵漏工作,对于大的缝隙由潜水工下水利用棉絮塞缝;对于小的缝隙,利用煤渣、黄油、木屑的混合物在板桩外侧随水夹至漏缝处自行堵塞。

抽水至封底顶面标高后进行封底顶面冲洗、整修找平工作,并破除桩头,桩基动测合格后进行后续承台的施工工作。

八、钢板桩的拆除

待承台施工结束后,在靠塔吊一侧10m范围内承台与钢板桩间回填土,回水至承台顶下

20cm处;待完成墩身及0#块件水中支架预埋后回水至第二道围囹下40cm处,开始第二道围囹的拆除;再次回水至第一道围囹下40cm处,进行第一道围囹的拆除;第一道围囹拆除后向围囹回水保持围堰内外水位平衡,即可进行钢板桩的拔除。

九、质量控制及注意事项

1、在拼接钢板桩时，两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具内施焊，要球两钢板桩端头间缝隙不大于3mm，断面上的错位不大于2mm。使用新钢板桩时，要有其机械性能和化学成分的出厂证明文件，并详细丈量尺寸，检验是否符合要求。

2、对组拼的钢板桩两端要平齐，误差不大于3mm，钢板桩组上下一致，误差不大于30mm，且全部锁扣均要涂上防水混合材料，使锁口的嵌缝严密。

3、为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直，并且围堰周边的钢板数要均分，为保证桩身垂直，于第一组钢板桩设固定于围堰支撑上的导向钢板桩，顺导向钢板桩下插，使第一组钢板桩桩身垂直，由于钢板桩桩组上下宽度不完全一致，锁口间隙也不完全一致，桩身仍有可能倾斜，在施工中，应加强测量工作，发现倾斜，及时调整，使每组钢板桩在顺围堰周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于5‰。

4、在使用拼接接长的钢板桩时，钢板桩的拼接接头不能在围堰的同一断面上，而且相邻装的街头上下错开至少2m，所以，在组拼钢板桩时，要预先配桩，在运输、存放时，按

插桩顺利团堆码，插桩时按规定的顺序吊插。

5、在进行钢板桩的插打时，当钢板桩的垂直度较好，一次将桩打到要求深度，当垂直度较差时，要分两次进行施打，即先将所有的桩打入约一半深度后，再在第二次打到要求深度。

6、打桩时必须在桩顶安装桩帽，以免装订破坏，切忌锤击过猛，以免桩尖弯卷，造成拔桩困难。

7、同一围堰的钢板桩只能用同样的锁口，按设计尺寸计算出使用钢板桩的数量，以确保够用。

8、剔除锁口破裂、扭曲、变形的钢板桩。

9、剔除钢板桩表面因焊接钢板、钢筋余留下的渣瘤。 10、在接长焊接时，相邻焊缝高度差不得小于1m。

十、结束语

在嘉陵江大桥水中墩钢围堰施工方案优化及比选中初步定制，整个兰渝项目嘉陵江特大桥中，总共有10个墩选用钢板桩围堰，其中已有四个墩的承台施工完毕。其效果比较好，且操作简单，平均40多天就能周转使用一次，其凸显了周期短的特点。在很大程度上节省了工期，也节约了施工成本，为项目造就了“低投入，高产出”的效益。所以，在水文、地质条件允许的情况下，尽可能优先选用和推广使用钢板桩围堰施工工艺。