水中墩鋼板樁施工技術

于維飛

摘 要：該文敘述了水中橋墩采用鋼板樁圍堰施工的工藝步序、質量、安全、環(huán)?？刂啤Ｆ涔に嚥粌H適用于橋梁水中墩臺施工圍堰，還適用于房建、水利大壩等特殊地基構筑物施工。僅供同類工程施工參考。

關鍵詞：水中墩 鋼板樁 工藝 質量安全控制

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（a）-0018-02

1 工程概述

京滬高速鐵路工程，滑將河特大橋位于京滬高速鐵路正線DK569+388.19，R=10000的曲線及0‰坡度上。設計為24～32 m雙線簡支箱梁，全長790.86 m。采用Ⅱ型板式無碴軌道，橋墩設計為雙線流線形圓端實體墩和雙線圓端形實體矮墩，一字形橋臺，鉆孔灌注樁基礎加固。

本橋水中（10）、（11）、（12）、（13）號橋墩施工采用鋼板樁圍堰施工工藝。主要工程量：基礎土方挖運15281.14 m3；土方回填8359.24 m3；；鉆孔樁4568.78延米；砼澆筑9611.55 m3（其中C30灌注樁砼3039.49 m3）；鋼筋制安619.018 t（（其中灌注樁鋼筋籠制安242.53 t）；Ф630定位鋼管樁7.3 t，鋼板樁125.6 t，筑島圍堰20000 m3。

2 鋼板樁圍堰適用范圍

鋼板樁圍堰施工工藝適用于砂類土、黏性土、碎石土和風化巖石等河床的深水中插入鋼板樁修筑圍堰的施工。鋼板樁強度大、防水性能好，打入土、礫、卵石層時穿透性能強，適合水深10～30 m的橋墩等基礎圍堰。

3 作業(yè)內容

鋼板樁圍堰法施工的主要作業(yè)內容有：施工準備、鋼板樁組裝、導梁加工制造、導梁定位、鋼板樁插打、圍堰合攏、人工挖基、內支撐、圍堰封底、基底檢查與處理等。本工程鋼板樁施工是在筑島平臺填筑完成、鉆孔灌注樁施工結束且質量驗收合格后進行的。

4 質量標準及檢驗方法

（1）鋼板樁樁頂高程符合工藝設計要求。打鋼板樁過程中，當導向設備失效，鋼板樁頂達到工藝設計高程時，平面位置允許偏差：水中打樁為20 cm，陸地打樁為10 cm。

（2）經過整修或焊接的鋼板樁應做鎖口，并通過試驗。

（3）鋼板樁接長時，應采用等強度鋼板樁焊接，相鄰鋼板樁接頭上下錯開2cm以上。

（4）鋼板樁圍堰寬度應根據(jù)水深、流速、土質和圍堰長寬比等因素來確定，但寬度不應小于2.5 m。

（5）鋼板樁因傾斜無法合攏時，應使用楔形鋼板樁，楔形的上下寬度之差不得超過樁長的2%。

（6）同一圍堰內，使用不同的鋼板樁時，應將兩種不同類型的鋼板樁的各一半拼接成異型鋼板樁。

5 施工機械及工藝裝備

各類型打樁機具，只要適合于打樁的錘擊能量以及其適應系數(shù)適合時，均可用于打鋼板樁。采用單動汽錘和墜錘時，一般錘重宜大于樁重，過輕的錘效率不高且易打壞樁頭與樁尖（樁尖卷口）。如限于已有打樁機具，不適合上述條件時，可另配高壓射水沉樁。

5.1 施工機械的選擇

鋼板樁施工能否順利進行，關鍵決定于施工機械的選擇，選擇需考慮以下幾個因素。

（1）工程規(guī)模：打拔鋼板樁的數(shù)量、尺寸、形狀，尤其要考慮鋼板樁的重量與長度；

（2）地質情況：應結合地質情況，以利于鋼板樁的打入和拔出；

（3）作業(yè)能力：應符合工程進度的要求；

（4）作業(yè)環(huán)境：應滿足噪聲、振動等公害控制的要求。

結合本工程實際，選用液壓式QUY50型打樁機，振動錘為DZ90型（666～402 kN，拔樁力225 kN）。該設備特點是：適用于粉土、黏土、砂層，優(yōu)點為打拔都可以，缺點為只適用于直線段作業(yè)。

5.2 鋼板樁圍堰結構形式

鋼板樁圍堰按平面形式有圓形、矩形、圓端形、多邊形，其圍堰結構有單層和雙層兩種。單層結構形式由定位樁、導梁（或稱導框、圍籠）及鋼板樁組成。定位樁可用木樁或鋼筋混凝土管柱，導框由多用型鋼組成。本工程鋼板樁圍堰的平面形式為矩形。

鋼板樁按橫斷面分為平型、槽型、Z型、工字型或槽鋼，鎖口形式有陰陽、環(huán)形、套形三種類型。鋼板樁在鎖口連接處能轉一定角度，且均有圓形最小半徑的規(guī)定。在同一圍堰內宜采用同類型同鎖口的鋼板樁，否則需要加制異形鋼板樁聯(lián)結。

根據(jù)設計圖紙要求和水中墩的構造特點，承臺施工采用施打鋼板樁圍堰作業(yè)法。根據(jù)承臺的大小設計鋼板樁圍堰的尺寸：13.6 m×8 m，采用德國拉森Ⅳ型15 m長鋼板樁，單個圍堰共投入普樁104片，角樁4片，鋼板樁入承臺建基面以下6 m左右；鋼板樁頂面比最高水位高出1 m。圍堰內設三道內支撐，第一道內支撐布置在最高水位線處，在施工時，第一道內支撐先起導向框架作用，當鋼板樁圍堰合攏后，焊接牛腿，拔出鋼管樁，使框架起支撐作用；三道內支撐布置形式相同，一、二道支撐邊梁為兩片Ⅰ140Ba工字鋼臥放，第三道支撐邊梁為三片Ⅰ140Ba工字鋼臥放，斜撐為兩片Ⅰ140Ba工字鋼臥放（四角斜支撐也可用φ630 mm鋼管與橫支撐梁焊接），斜支撐與邊梁焊接應牢固。

6 施工技術文件和培訓

施工技術文件按質量控制要求辦理。施工技術及安全培訓在開工前及時認真培訓落實。

7 工藝及質量控制流程

插打鋼板樁圍堰施工工藝流程：插打定位管樁→布設圍堰定位框架→逐片插打鋼板樁至圍堰合攏→水循環(huán)抽排泥砂及堵漏（挖基）→安裝內支撐→承臺、墩身施工→拆除鋼板樁。

8 工藝步序說明

插打鋼板樁圍堰是利用水上浮吊、運輸船及振動打樁錘來進行的，本工程沿正線采用筑島平臺法，在平臺上插打鋼板樁的工藝。首先插打定位鋼管樁，安裝導向框，按設計要求測量出鋼板樁單樁位置，吊起一根樁插入導向框內，然后吊掛振動打樁錘，夾住鋼板樁腹板，振動插入到設計標高，依次插打完成整個圍堰；本工程作業(yè)平臺采用筑島法，沿正線進占法填筑頂寬20m寬的作業(yè)平臺，利用作業(yè)平臺進行灌注施工及施打鋼板樁、承臺和墩身混凝土施工。

8.1 施工準備

鋼板樁運到施工現(xiàn)場后，均應詳細檢查、丈量、分類、編號，特別要檢查鎖口，并在鎖口處涂以黃油，以減少插打時的摩阻力和增強其防滲性能。

8.2 測量定位、插打定位樁、布設導向框架

在測量監(jiān)控下，鋼板樁圍堰四角各精確打入一根φ630 mm定位鋼管樁，然后在鋼管樁上設置牛腿，布設導向框。

8.3 鋼板樁插打

插打鋼板樁前，在導向框上精確標出每一片鋼板樁的位置，在某一邊中間一片鋼板樁位置兩側焊角鋼作小導向，確保鋼板樁不左右移位，在儀器監(jiān)控下徐徐打入。中間一片鋼板樁是兩側鋼板樁的依托，必須確保鋼板樁的垂直，然后在兩側對稱打入若干片鋼板樁，待打入的鋼板樁數(shù)量足夠多且有足夠的穩(wěn)定性時，即可從一邊連續(xù)插打鋼板樁。鋼板樁吊起后，需以人力扶持插入前一塊鋼板樁的鎖口內，動作要緩慢、防止損壞鎖口、插入后稍松吊繩，使樁憑自重滑入或用鍾重下壓。比較困難時，也可用滑車組強迫插樁，拉力不能過大。待插入一定深度穩(wěn)定后方可鍾擊。

在插打過程中，由于鋼板樁鎖口和鎖口之間縫隙較大，而鋼板樁下端有土擠壓，上端是自由的，總會使鋼板樁產生與相鄰已插鋼板樁方向遠離傾斜，因此，每打4～5根鋼板樁就應用靠尺測量垂直度，將鋼板樁的傾斜度控制在1%以內，否則用倒鏈糾偏，一次性糾偏不能太多，以免引起鎖口間卡住，影響下一片鋼板樁的插打，當鋼板樁偏移太多時，只能采用多次糾偏的方法逐步減小偏移量，若因土質太硬倒鏈拉不動時，可采用滑輪組糾偏。

8.4 鋼板樁圍堰合攏

為了便于鋼板樁圍堰合攏，合攏處的兩片樁應一高一低，合攏時往往出現(xiàn)“上小下大”（因下端有土擠壓，上端是自由的）的情況，此時可用兩個走四滑車組向兩邊拉開，直到合攏樁兩邊樁頂?shù)木嚯x等于鋼板樁寬度為止，在接近平行時，再將合攏樁插入，打到設計標高。

8.5 抽水清基、安設內支撐、堵漏、封底

鋼板樁插打完成后，即可抽水及清基，隨之安裝內支撐。邊抽水邊堵漏，水抽干后即可人工開挖或水下吸泥砂開挖至承臺建基面以下50 cm（具體厚度根據(jù)地質情況定），然后灌注封底混凝土硬化基礎，再進行破樁頭及承臺施工。

8.6 鋼板樁圍堰拆除

當墩身施工完成后，向圍堰內注水，使內部水面位于底層支撐以下，然后割除內支撐，依次循環(huán)拆除所有內支撐，然后用吊機配合振動鍾逐片拔出鋼板樁，運至場外。

8.7 鋼板樁圍堰施工注意事項

鋼板樁圍堰在施工中應選擇河床較低處為合攏面，插打至合攏面時，應精確丈量尺寸，考慮到鋼板樁鎖口的間隙和鋼板樁本身的性能，合攏面尺寸應大于理論尺寸15～20 cm為宜，避免合攏口尺寸過小，同時與合攏口相鄰的10～15片（組）鋼板樁采取先插至樁的穩(wěn)定標高，主要是有利于鋼板樁的調整，并且合攏口兩側鋼板樁具有高差便于插樁，待合攏后再將鋼板樁打至設計標高。

9 作業(yè)組織

筑島法鋼板樁圍堰施工橋墩，除鋼板樁制作和筑島作業(yè)，鋼板樁組裝、導梁加工、鋼板樁插打及支撐加固等10人，清基、抽水堵漏10人，水下鋼筋混凝土施工10人，共計30人。

10 生產效率及材料消耗

生產效率：生產效率主要取決于鋼板樁組樁速度和機械插打效率。依據(jù)本工程實際，一組鋼板樁圍堰施工約30天。

材料消耗：鋼板樁圍堰法橋墩基礎施工的材料消耗主要有鋼板樁、型鋼、混凝土等，材料消耗的數(shù)量取決于基礎的尺寸。根據(jù)本工程施工，平均一個橋墩使用鋼板樁104根，定位管樁4根（可重復使用）。

11 安全生產與環(huán)境保護

施工中必須制定安全生產制度，采取可靠的安全措施，機械及高空作業(yè)做到按章操作安全作業(yè)，消滅一切不安全隱患。

施工選用符合環(huán)保要求的作業(yè)設備，減小環(huán)境污染和噪音；必須采取措施防止污染河水。完工后應妥善處理施工雜物和廢機油等污染物，并做好清理場地和復耕。

12 結論

在水流平緩的條件下，采用鋼板樁圍堰法修筑構筑物效果良好。鋼板樁圍堰法適用的地質情況較廣，防水性能好，整體剛度較強，其工藝相對比較簡便經濟。但應注意插打鋼板樁時的安全防護，對施工平臺或棧橋等要進行可靠性論證。在施工過程中，對鋼板樁的穩(wěn)定情況應加強觀測，當發(fā)現(xiàn)有不安全情況，應立即采取補救措施。

參考文獻

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