钢板桩围堰设计及
在双林高架桥主墩承台中的应用
严树春
华祥公司
[摘 要] 通过双林高架桥主墩大体积承台的工程施工实例，简述了用钢板桩围堰实施承台施工的设计工程，分析了
钢板桩受力的几种工况和钢板桩围堰施工注意事项。为今后类似基础施工提供参考。
[关键词] 承台 钢板桩 围囹 工况
1 概述 1.1工程概况
浙江省申嘉湖高速公路湖州段H4合同主桥为双林高架桥,是跨越湖申运河复线跨径组合为55+90+55m的变截面预应力混凝土悬浇箱梁，主墩承台平面尺寸为17.428*14.5*4.0m，总方量为922.3m3。由于桥梁和运河成一定的角度，导致同一墩号的承台中心桩号相差8.4m，同一个墩的两个承台均位于河堤上，主墩承台设计形状为八角型，部分在水中，部分在陆地上，如图1所示。 1.2基本水文资料和地质情况
湖申运河复线属于黄浦江水系，原来设计为四级航道,目前正在三级航道的实施改造中，最高通航水位设计为2.3m，设计水位为3.42m。水位变化在1.5m左右，水位的涨落变化中,涨幅快,落水速度缓慢,河道水流速度比较缓慢，对河岸的冲击主要为过往船只引起的波浪而产生，河堤顶标高为3.262 m，河床底面标高为-2.2m。航道中过往船只比较多。
主墩处的基本地质情况：此处地面标高考虑高于最高通航水位按2.4计,从上往下：第一层为层厚6.2m的淤泥质亚粘土(底标高为-3.8m)，第二层为层厚3.5m的亚粘土 (底标高为-7.3m)，第三层为层厚4.4m的亚砂土 (底标高为-11.7m)，，最下一层为层厚2.9 m淤泥质亚粘土(底标高为-14.6m)，该处现河床，现水位为1.0m，承台顶面标高为-2.2m,底面标高为 -6.2m.，见图3中工程地质柱状图。
2 围堰方案比选
1
对于深水基础目前比较常用的围堰施工方法有双壁钢围堰、钢管桩锁口围堰、钢板桩围堰、沉井、钢套箱等形式。根据承台位置处的地质水文基本情况，结合施工安全性、进度的需要以及现有的资源情况进行了几种承台围堰施工方案的初步比选：
图1
2.1 双壁钢围堰
双壁钢围堰的刚度大，能承受向内向外的压力，结构相对稳定，也能为顶部施工平台提供支撑条件，但相对费用比较昂贵，回收率不高。根据以上对主墩地质情况分析，9.7m范围内全部以淤泥质亚粘土、亚粘土为主，这就增加了围堰高度，一次投入资金比较大，根据地理环境，航运比较繁忙，而且主墩临近主航道，钢围堰的就位、安装非常困难。 2.2 钢管桩锁口围堰
根据原我局深水基础的施工总结，钢管桩围堰纵向刚度比较大，围囹较少，而且施工中也容易使钢管下打到地层中，但锁口封水效果不好，由设计图可知，钢管桩需要穿过淤泥层，关键是有亚砂土层，安全系数不大，容易形成锁口钢管桩不对称，产生倾斜，止水比较困难。尤其是钢管桩一次性投入大，占用资金较多，现场加工工艺要求较高。 2.3 钢板桩围堰
钢板桩围堰是深水基础、基坑支护的有效措施，施工比较简单，结构受力明确的一种围堰形式。根据以上地质情况，淤泥质亚粘土层较厚，水深为3.0m，采用钢板桩围堰，施工中下打方便，靠锁口于淤泥中封水比较容易，成功率大，这也是钢板桩围堰与钢套箱围堰的差别。前期占用资金较少，施工工艺比较成熟，市场上熟练的施工队伍较多，只是钢板桩围堰同以上两种方案比，钢板桩刚度小，需加强加密内支撑。
2
由于承台并非全部在水中，没有考虑沉井和钢套箱，经过多方面比选和几次研讨，最终确定采用目前施工工艺比较成熟的钢板桩进行承台围堰施工，选用信誉比较好、实力比较强、长期从事主专业钢板桩施工的合作队伍。并且考虑到本项目主要以结构为主，而浙江市场目前是等到浇筑好的结构物28天龄期到了才可以上报计量，这样做即经安全、经济、可靠，又缓解了项目的资金压力。
3 钢板桩围堰方案 3.1 承台施工准备
由于主墩承台处于水陆之间,为了加快施工进度,和水利航道部门多次协调,根据目前属于航道改建过程中,航道对水上交通的管理力度加大, 承台处即使全部填满也比部分正在改建实施处的河道宽，将承台处原有河堤推平，向河内填土，填土高度高于正常通航水位，防止较高的洪水位出现，在堰体外修筑土堤以防洪。保证河道的安全，建立施工好平台，这样做，一来将水中桩作为旱地桩施工，减少施工难度、提高施工质量、提高施工进度、降低施工成本，二来为将来的钢板桩施工提供工作平台，避免了大型浮吊的使用，加快主桥的施工进度。在承台施工结束后河道利用航道改建单位的就近设备可以及时予以清理，承台基坑待桩基施工完毕后，打设钢板桩进行反开挖施工。 3.2 方案设计 3.2.1钢板桩长度确定
根据确定的方案，拟采有单层德国拉森400钢板桩围堰进行施工，由于考虑到主墩承台的底标高为-6.2 m，距地面有8.6 m，封底混凝土考虑0.6 m，钢板桩长度目前市场上大于10m的通常有12和15m，如采用12m，锚固深度仅为2.8m，根本就通不过，初步确定采用15m，钢板桩在垫层以下的锚固深底为5.8m.。基坑开挖完成后，将坑内的积水抽干，进行坑底整平并铺设砂砾或清宕渣垫层人工夯实，在垫层上浇筑封底砼。
3.2.2钢板桩围堰尺寸和数量确定
主墩承台平面尺寸为17.428*14.5m，如果围堰尺寸大，成本高，围堰尺寸小，施工时立拆模板没有空间，人工操作不方便，为了既方便施工，又降低成本，计划围堰尺寸比承台大1.5m,左右幅的两个承台纵向错位8.4m,中间距离只有3.5m，中间间距采用1.75m，两承台中间共用一排12m，即最先施工围堰钢板桩中间一部分保留到下一承台，共用钢板桩平面长度12m，减少了30根钢板桩二次打拔费用。围堰尺寸设计为顺桥向长度为17.75m，横桥向长度为20.43m。每个承台使用长15 m的钢板桩195根。如图2所示。 3.2.3钢围囹设置 3.2.3.1钢围囹层数设置
单个承台方量为922.3m3，属大体积混凝土，按设计要求分二次进行浇筑，墩顶0#块的竖向精轧螺纹在承台中的锚固长度分别是1.5和2.5m，为了加快底层混凝土的施工，第
3
一次浇筑高度为1.5m，第二次为2.5m，在每次浇筑混凝土的顶面以上0.7m和1.0m处各设一层围囹与支撑，考虑如果设置两层，上面自由段达到6m，经初步验算，不满足要求，
图2
在距顶部0.8m处设置一层围囹与支撑道内支撑.共设三层围囹。第一层围囹与支撑中心距桩顶0.8m，第二层与第一层中心距为2.8m，第三层与第二层中心距为2.8m。每施工好一层混凝土就拆除一层围囹，最上面一层在墩身施工结束后，0#块施工的钢支架打设超过地面进行拆除，如图3所示。 3.2.3.2 钢围囹形状设置
通常钢围囹设置为井字形，而承台的底部钢筋正常设计长度为十多米，如果前期将钢筋在钢筋场地加工好，然后再将钢筋统一吊装放到基坑内，到时只要人工绑扎，将大大提高工作效率，并且在钢筋场地加工可以使用对焊，减少钢筋的接头省耗，减低成本，而通常的井字形只有将钢筋在下面焊接无法对焊，并且比较慢，而且施工墩身预埋钢筋和竖向精
轧螺纹时非常麻烦，增加钢筋接头和精轧螺纹连接器，承台顶面比地面低4.6m，墩身在承
4
图3
台中间时，尺寸只有4.5m*12.5m，围囹设计为井字形状，在施工如拆除围囹则很不安全，如不拆除围囹则无法施工，为了施工方便，围囹设计为斜倒角450形式，并且每个倒角设三道，第一道采用2*500工字钢结构，中间和第二、第三道采用φ609*16钢管，围囹采用2*500工字钢结构围囹，最上面中间一道在施工墩身时，将承台周围回填好，进行拆除。如图2所示 3.3 钢板桩围堰的工况分析和验算
根据初步施工方案安排的需要，围堰从打设到拔除分为八个工况，每个工况均存在不同的受力结构，在施工时必须严格按照程序进行施工，并且严格按照“先装后拆，后装先拆”的原则施工。
工况一：承台基坑开挖至标高1.0m，满足支护第一层围囹及支撑的空间需要。
工况二：安装第一层围囹，支护第一层支撑，基坑继续开挖至标高-2.0m处，满足安装及支护第二层围囹、支撑。
工况三：安装及支护第二层围囹、支撑，基坑继续开挖至-4.8处，能满足安装及支护第三层围囹、支撑作业的需要。
工况四：安装第三层围囹，支护第三层支撑，基坑继续开挖至标高-6.8m处，满足浇筑承台封底垫层的需要。
工况五：浇筑承台封底垫层，进行第一层承台施工。
工况六：回填基坑到第一层承台顶面往下30cm，拆除第三道围囹及内支撑，进行第二层承台施工。
5
工况七：回填基坑到承台顶面，折除第二层围囹及内支撑。
工况八：回填基坑到第一层围囹处，拆除第一层围囹及内支撑，拔除钢板桩，围堰施工结束。 通过上述情况的分析，在整个围堰施工过程中，工况四：在基坑浇筑封底砼层并达到设计强度前，基坑围堰是处于最不利的状态 ；工况二：，第一层围囹及支撑的受力结构也是相当不利的，此种状态为单支撑简支的板桩墙结构，坑深达4.4m，也是一种不利的状态。对各种工况受力进行了设计验算，均能满足要求。因此确定此方案如图2、3所示。
4 承台围堰施工工艺流程
钻孔灌注桩施工结束，由于桩头在平台以下8.6m，钢板桩施工对钻孔桩影响很小，就可以立刻实施钢板桩的施工，钢板桩打设采用四十吨吊车，悬挂5吨震动锤进行打设，垂度要求偏差小于10cm，保证锁口准确对接，焊接采用普通的闪光电弧焊，施工中注意焊缝质量，承台围堰施工工艺流程见图4。 5 钢板桩围堰施工注意事项 5.1 定位桩施打
定位桩也称角桩，对整个围堰有定位，加固作用，在打施前进行准确施工放样定位。本工程采用φ800mm，壁厚10mm的钢管桩施工，钢管桩打入深度以震动锤震动桩身不再下沉为止，打设位置在钢围的四个角点，在钢板桩围堰合拢后，将钢管桩及钢板桩围堰间的空隙用型钢填塞后并焊接。 5.2钢板桩的整理
钢板桩运到场后，用一块长1.5~2.0m类型规格均相同、锁口标准的钢板桩对所有同类型的钢板桩做锁口通过检查，检查用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾进行。若发现钢板桩有弯曲、破损、锁口不合的均需要修整，桩身扭曲及弯曲用油压千斤顶顶压校正。
在施打钢板桩前，在顶层内导环上用红线划分桩位，为不使钢板桩在插打和搬运过程中弄错顺序，根据锁口套联情况，将钢板桩分为甲、乙两组，再用红线标出。钢板桩两侧锁口均在插打前涂满黄油以减少插打时的摩阻力，同时在不插套的锁口下端打入硬木楔，防止沉入时泥砂堵塞锁口。 5.3 钢板桩的插打
为防止钢板桩插打时发生跑位现象，在定位桩施打完毕后，在钢板桩位置的直线方向放置两道导向钢板桩，并与角桩焊接成夹板形式，在钢板桩施打时起有导向和准确定位作用。
钢板桩的准备工作完成以后，按插桩顺序堆码。堆码层数最多不超过四层，每层用垫木搁置，垫木高差不得大于10mm，上、下层垫木中线应在同一垂直线上，允许偏差不得大于20mm，以保证钢板桩的形状。在钢板桩施打过程中，必须严密监测钢板桩的垂直度，
6
图4 承台围堰施工工艺流程
承台围堰施工放样 打施角桩 安装导向板桩 打施钢板桩 钢板桩合拢加固 普通挖机基坑开挖 安装第一层围囹及支撑 普通挖机基坑继续开挖空心思 安装第二层围囹及支撑 普通挖机基坑开挖 安装第三层围囹及支撑 长臂挖机或水清基坑开挖及支撑 进行砼封底砼浇筑及支撑 7
发现有钢板桩倾斜的现象，用复式滑车组加钢丝绳拉住桩身，边拉边打，逐步纠偏。钢板桩插打过程中，可能遇到另外的问题有共连、扭转及水平伸长等，在此将相应的预防措施及处理方法列表如下：
常 见 问 题 共连（施打时和已打入的邻桩一起下沉） 桩体扭转 水平伸长（沿打桩行进方向长度增加） 预 防 及 纠 正 措 施 发生桩体倾斜及时纠正； 先预留50cm，合拢后再打至设计标高。 尽量保证桩体全截面受力均匀； 将两块板桩锁口搭扣两边固定牢靠。 尽量避免； 施打时提前考虑伸长值，在轴线修正时纠正。 钢板桩合拢后，再将未打到设计标高的桩逐一复打到位，保证钢板桩围堰顶口标高基本一致。 5.4 钢板桩的合拢
钢板桩围堰在合拢时，两侧锁口很难保证在一条直线上。此时采取的措施为：在钢板桩合拢而剩下几组还未插打时，提前考虑合拢情况，复式滑车组进行调整钢板桩的水平长度，在施工时需要边插打边调整。
5.5 围堰加固
围堰合拢完成后，在进行围堰内基坑开挖及围囹与支撑安装，此时必须严格按前述的工况进行施工以免出意外。基坑开挖前为防止钢板桩锁口变形和改善导梁的受力状况，对钢板桩与围囹之间所有空隙用钢板填塞。准备几台大功率水泵，在基坑的开挖的过程派专人24小时查看围堰的变形情况，若发现围堰发生变形，马上停止开挖进行加固后再开挖，必要时采用增加内围囹及内支撑的形式进行加固。在基坑的开挖过程中还必须引起注意的问题是要注意坑底是否会出现反涌形象，若出现反涌现象，启动水泵对围堰内加水以平行内外压力差，恢复内外平衡后，经检查、纠正后再抽水，并改干封底为水封底。水封底的砼封底有效厚度，经计算确定。 5.6围囹及支撑施工
在水下砼封底的施工方案时，围囹及内支撑的的施工仍按干封底时的方案进行布置。在水下砼封底成功后进行堰内抽水过程，在抽水过程中围堰的受力状况持续向最不利状态转变，在抽水达到支撑设置标高时，必须在维持围堰内水位的同时安装围囹及支撑以改善围堰受力状况。首先在钢板桩上帮焊钢板，安装围囹，再将加工好的牛腿焊围囹上，内支撑安装在牛腿上并进行焊接，在钢板桩侧用型钢塞堵与围囹之间的空隙以改善钢板桩受力状况。
5.7围堰内堵漏
在基坑开挖过程中，严密监控围堰渗水量，正常情况下堰外用细煤渣和木屑混合物倒入漏水部位，堰内用棉絮堵塞。若发现围堰渗水量超出正常范围，必须采用专门堵漏措施：在漏水锁口处的围堰外侧利用导管注水凝性水泥浆进行封堵止水，内用沥清麻茹堵塞。经多处的施工经验总结，在先筑岛，后打设钢板桩围堰，进行基坑反开挖的方式施工，漏水量不大，用上述方法均能达到预期目的。
8
5 结语
双林高架桥主墩承台，由于采用了先填土后打设钢板桩围堰方案施工，未出现渗水、
隆起及管涌等常见的现象，采取了干封底，加快了施工进度，降低了工程成本，给后续的承台和墩身施工提供了较大的工作空间。深水基础施工，方案只有认真比选，合理的利用自有和整合社会资源，并加以仔细验算，施工的各个阶段进行有效控制，这样才能有益于工程进度和保证施工质量。由于对深水基坑施工经验较少，文中不足之处，望同行予以批评指正。
参考文献：
〔1〕 JTJ041-2000，公路桥涵施工技术规范〔S〕 〔2〕 GB50017-2003，钢结构设计规范〔S〕
作者简介：严树春 性别：男 出生年月：1969年01月 学历：本科
9
职称：工程师
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容