大型水中低桩承台钢板桩围堰施工工艺

大型水中低桩承台钢板桩围堰施工工艺

摘要：大型水中低桩承台钢板桩围堰钢内支撑施工具有施工工艺简单、安全度较高、可控性强、拼装简便、安装快捷的特点；即能大幅缩短施工工期，而且能有效控制和节约施工成本，在工程造价方面有明显的优势。

关键词：水中低桩承台 ，钢板桩 ， 围堰， 施工

Abstract: large water low pile cap cofferdam steel sheet pile in construction has the support construction technology is simple, safe degrees higher, controllability of strong, assembly is simple, fast installation characteristic; That could greatly shorten the construction period, and can effectively control and saves construction cost, in project cost has obvious advantages.

Key words: the water low pile caps, steel sheet pile, cofferdam, construction

1、前言

大型水中低桩承台钢板桩围堰施工工艺适用在软弱地层中修建铁路（公路）大型、异形水中承台、建筑基础等水中工程。因为钢板桩长度的局限性，适用水深为2-8m。该工艺通过钢板桩围堰及钢围檩内支撑，在能充分满足工程要求的前提下，能大幅降低施工难度和施工成本，节省施工工期。现以由湖南路桥建设集团公司承建的广深沿江高速A2合同段B8标太平特大桥主墩水中承台的钢板桩施工为实例。

2、钢板桩围堰的选定

广深沿江高速A2合同段B8标太平特大桥路线于牛头山隧道出口和虎门渔政大楼右侧之间跨越太平水道，为预应力混凝土连续刚构桥，其主桥主墩承台为八边形，平面尺寸为18.8×27.8×5m。其中左幅8#墩与右幅7#墩为对应墩位，两个承台之间最小间距为6.49m；左幅9#墩与右幅8#墩为对应墩位，两个承台之间最小间距为0.87m。每个主墩承台底下均为22根桩，桩基为D200cm钻孔灌注桩。主桥主墩承台为八边形，平面尺寸为18.8×27.8×5m。

桥址主墩区水深约4米，水流缓慢，泥质河底，河道顺直。主河槽、河岸稳定。桥位处河段为感潮河段，受洪水、潮夕的共同影响，流量、流速、水位之间相互独立成系列，水文条件十分复杂。主墩墩位河床为淤泥质土层。平均高潮水位0.4～0.72m，平均低潮水位－0.96～－0.80m，最大潮差2.39～3.04m，最高风暴潮位达3.4m。每天2次。

根据太平特大桥主桥主墩承台的各项技术特点，钢板桩围堰施工工艺较钢套箱等其他施工工艺具备以下优势：

1）阻水断面较钢套箱围堰小，钢板桩拼装简便、安装快捷，能确保水中承台施工安全，优质、高效、工艺简单实用。

2）可显著降低工程造价，经济合理。

3）工艺可操作性强，易推广。

4）施工对周围环境影响小。

采用钢板桩围堰进行施工，其中左幅8#墩、右幅7#墩钢板桩围堰尺寸为30.8×21.2m，左幅9#墩与右幅8#墩承台之间间距过小，只有0.87m，采用一个较大的钢板桩围堰同时施工两个承台，围堰尺寸为59.02×24.4m。钢板桩采用拉森IV型，长度为18m，钢板桩围堰顶面高程为4.2m，钢板桩入土深度约为11m。围堰共设两道内撑，下内撑设在-1.0m的标高位置，上内撑设在围堰顶面，标高为+4.05m位置。下内撑采用双拼Ⅰ45工字钢作为圈梁，采用双拼Ⅰ36工字钢支撑于钢护筒上，上内撑采用双拼Ⅰ36工字钢，连接采用焊接和法兰连接两种形式。

3、工艺流程

3.1桩基施工完后拆除原施工平台，清理基底淤泥，挖除平台范围内泥沙至承台底标高以下约3m；

3.2在桩基钢护筒上焊接承重架牛腿，拼装上下内撑围檩；

3.3上下内撑围檩在钢护筒支撑架上拼装完成后开始钢板桩施工，钢板桩利用浮吊配合振动锤进行插打，插打时利用上下内撑围檩作为导向梁。

3.4 钢板桩插打完成后，往围堰内回填2m厚砂层至承台设计底标高以下1m位置。

3.5 抛砂完成后，下放内撑，潜水员利用木楔将内撑圈梁与钢板桩之间间隙堵塞。

3.6 安装上内撑撑杆，抽水至下内撑底面以下30cm，在钢板桩上焊接牛腿支撑下内撑，同时固定上内撑到钢板桩上。

3.7抽干围堰内的水，设置集水井，浇筑100cm厚的封底砼。

钢板桩围堰由钢板桩和内撑组成，内撑系统由型钢组成，下内撑圈梁作为钢板桩打设的导梁，为矩形框，圈梁之间用型钢作为撑杆，增加框架的稳定性。钢

板桩打设完成后，导梁由焊接在钢板桩上的牛腿支撑成为下内撑。

采用的内撑系统属梁杆组合式，垂直方向上共设2层。内撑系统分为内撑杆与外圈梁两部份，杆梁组合成整体稳定框架结构，共同抵抗钢板桩外水压力，保证承台施工处于无水状态并及时施工封底砼，采用自上而下逐渐降低围堰内水位并逐渐及时完成钢围檩内支撑安装法形成工艺。

承台钢板桩围堰施工工艺框图

4、施工方法

4.1施工准备

4.1.1机械、材料进场：钢板桩围堰施工的主要施工机械为拆除施工平台阶段的汽车吊、塔吊、平板汽车、振动锤，挖除淤泥阶段的挖泥船、泥浆船，插打钢板桩阶段的浮吊、汽车吊、塔吊、材料船，抛砂阶段的运砂船、材料船、内撑安装阶段的浮吊、汽车吊、平板车等机械设备。设备在进入施工场地前必须完成机械检修和报审程序，以免因机械故障影响施工工期。

4.1.2钢板桩型号为拉森IV型，18m长，截面为槽型，钢板桩连接为套型锁口。采用套型锁口，两桩联结能转角10-15度，防渗性好。钢板桩材料进场前，应对钢板桩进行检查、修整、组拼。

4.1.3钢板桩打设1台水上浮吊进行，主要施打设备为1套60t液压夹子振动锤及配套设备。钢板桩由两组平板车运至码头吊至平驳或工作船上，由平驳拖至施工平台旁停靠由水上浮吊施打。

4.2钢板桩插打

4.2.1导向框拼装：完成全部前序准备工作后，先拼装导向圈梁即下内撑圈梁，导向圈梁的安装位置严格按施工图放样。由于钢板桩在插打过程中受水流的冲击导向梁受力较大，需安装焊接牢固。导向圈拼装时，以手拉葫芦挂在承重架上，圈梁拼装完成后再与护筒临时焊接固定，作为插打钢板桩的导梁。圈梁采用法兰连接成矩形框架，完成圈梁拼装后，开始插打钢板桩。

4.2.2钢板桩插打

①安插钢板桩使用浮吊，吊钩吊住钢板桩头，使钢板桩成垂直状态。第一根

桩插打时要从两个相互垂直方向时控制垂直度，紧贴导梁插入土中并施工打到位。起吊第二根桩插入第一根桩的锁口中，重复起吊施打后面的钢板桩；

②将已经插打到位的几根钢板桩固定电焊在导向梁上，插打组拼好的钢板桩。每组钢板桩插打完以后，用钢筋头点焊固定在内导向框上。避免下一根施打时导致前一根被动跟进。

③插打一组钢板桩后用硬木将钢板桩与内导向框之间的间隙塞紧；

④在打设钢板桩困难时，防止锤击过猛，导致钢板桩下端弯卷，造成拔桩时困难；

⑤钢板桩插打时随时纠正偏斜，当偏斜过大不能用拉挤方法调正时，应拔起重打。在合龙时由于板桩锁口不平行或尺寸不符合，可采取利用手拉葫芦将相邻板桩锁口调整，或在相邻两根桩间焊接异型钢板桩。

4.2.3钢板桩施打顺序

在有潮水的河流上安插钢板桩，因为有两个流向的影响，为减少水流的阻力，可采取从上游端开始，向河岸和河中两侧插打，在下游端合龙。在主墩上游端一侧开始施打第一根钢板桩，在平潮水位或流水较缓时插入，保证其垂直度。依次在第一根桩左右两侧沿内导梁两个方向插打钢板桩，由第一根桩各向河岸，水中方向延伸插打，最后在主墩靠下游一侧合龙，这样可减少钢板桩迎水面积，改善导向框受力状况，加快施工进度。在钢板桩围堰完成后，将钢板桩与内导框之间的空隙逐个以硬木塞紧。

钢板桩插打质量要求：

钢板桩倾斜度小于0.5%；

插入的钢板桩必须紧靠内导向框，如不能靠近时，其间隙应小于2cm，并以硬木塞紧。

4.2.4施工注意事项

①围堰施工的关键在于止水防渗，在材料进场时，经过检查的钢板桩在打设施工过程中也会出现锁口不密以及卷口等现象而导致渗水，此时可在围堰内、外侧进行处理。安排潜水工摸清渗漏所在，在围堰内外利用麻绒、棉絮甚至板条堵塞。

②钢板桩打设时，每施打完毕一根钢板桩，应与前一根相邻桩临时焊接，同时焊在内导向框上，避免下一根施打时导致前一根被动跟进。

③内撑拼装、安装好以后，堵漏抽水过程中，加强对钢板桩变形量的观察，

务必使钢板桩能受力均匀，并处于合理工况。

4.3内撑系统施工

4.3.1简述

内撑系统采用型钢制作组成的框架结构，下内撑圈梁由双拼I45b工字钢组成，上内撑圈梁由双拼I36b工字钢组成，组成矩形形式。上内撑沿纵桥向布置撑杆，由钢管桩组成，撑杆最大间距不超过8m，并设置工字钢斜撑；下内撑直接支撑到桩基钢护筒上受力，与钢护筒之间布置型钢撑杆，撑杆间距由钢护筒间距确定。内撑圈梁系统作为钢板桩插打时的导向框。

4.3.2安装施工

① 桩基施工检测完成后拆除桩基施工平台工字钢。

② 拼装下内撑圈梁，用手拉葫芦挂在桩基钢护筒顶承重架上，圈梁拼装完成后，临时焊接固定在钢护筒上。

在承重架上安装上内撑圈梁，与下内撑圈梁共同形成钢板桩插打导向梁。

撑杆两端设置法兰板接头，安装时用作定位，撑杆与下圈梁同时安装。

钢板桩插打完成形成围堰后，在钢板桩上焊接上内撑牛腿，安装好上内撑，然后用手拉葫芦下放下内撑，抽水后，焊接牛腿支撑。

内撑安装顺序为：先安装圈梁，形成矩形框架，再安装撑杆，最后连接斜撑。在制作内撑系统时，下内撑圈梁和圈梁之间采用法兰连接定位，撑杆和圈梁及斜撑之间采用焊接连接。上内撑圈梁和圈梁之间、撑杆和圈梁采用法兰连接定位，撑杆和斜撑之间采用焊接连接。法兰连接完成后，焊接固定。

对围堰内进行抽水时，观察围堰受水压力的变形情况，在变形处进行加固处理。检查钢板桩围堰的漏水情况，若钢板桩锁口漏水，利用棉絮嵌缝处理。

4.3.3内撑转换

封底砼施工完成后，需要拆除下内撑，进行第一层承台混凝土的施工。下内撑应该在封底砼强度达到要求后拆除。拆除后支撑转化到封底混凝土上，即以封底混凝作为下内撑。

4.3.4内撑制作

由于受起吊限制，加工时考虑标准节单条加工长度不大于12m，两端设置钢板法兰螺栓接头，运至现场后，在现场进行拼装接长。内撑撑杆采用双拼工字钢

和槽钢盒子，撑杆两端也设置钢板法兰螺栓接头，在圈梁相应连接位置加劲开孔，设置螺栓孔，撑杆现场螺栓安装。撑杆与圈梁之间采用焊接连接。

内撑制作完成后，需进行预先拼装，保证现场拼装简便、准确。

4.4内撑下放

内撑下放考虑围堰内不抽水下放。先将临时支撑的型钢割除，开始进行下放施工。当下放至设计标高后，调平内撑，使内撑处于水平。围堰尺寸设置较内撑框大2-4cm，潜水员在水中利用木尖将内撑和钢护筒的间隙填塞，将圈梁桁架顶向钢板桩，利用水压力，保证钢板桩顶紧圈梁。

对围堰内抽水，边抽水边由潜水员在板桩外侧进行堵漏。当围堰内水面低于下内撑圈梁底30cm后，在钢板桩上圈梁底位置焊接工字钢，使下内撑支撑在钢板桩上。完成内撑下放和固定工序后，最后完全抽干水。

内撑下放到位后，需在桩基护筒上焊接牛腿支承固定纵横向撑杆。

钢板桩围堰抽水后，由于外侧水压力的作用，内撑结构均被顶紧。

4.5基底回填

钢板桩围堰施工完成后，需对基底进于回填。

基底回填在钢板桩插打完毕，抽水前完成。回填材料采用河砂，在钢板桩围堰中由多个点回填。填筑的高度约2.0m。回填时，应在围堰内部选择多个点测量回填的高度，达到要求的回填高度之后停止回填。然后即可对围堰内抽水。抽完水后，对回填表面进行平整，若存在回填高度不足的部位应进行补填，保证回填表面的平整。

5、结束语

大型水中低桩承台钢板桩围堰钢内支撑施工，采用多种型钢组合拼装，提高了钢板桩围堰整体刚度及截面承载能力，能充分满足异形承台的灵活、易调整等要求，与传统的施工方法相比，有明显的经济效益和社会效益。其它传统施工方法拼装繁琐且拼装工作量大，尤其对大型的异形承台施工有效空间的控制和拼装合拢有相当的难度。相比而言，大型水中低桩承台钢板桩围堰钢内支撑施工具有施工工艺简单、安全度较高、可控性强、拼装简便、安装快捷的特点；即能大幅缩短施工工期，而且能有效控制和节约施工成本，在工程造价方面有明显的优势。太平特大桥工程工期要求紧，采用了该工艺施工；施工期间确保了优质、安全、高效，节约了大量的成本、提高了经济效益。

参考文献:

[1]《公路桥涵施工技术规范》北京:人民交通出版社,2011.

[2]《公路工程质量检验评定标准》北京:人民交通出版社,2004.

[3]《桥涵》北京:人民交通出版社,2005.