鋼板樁圍堰技術(shù)在橋梁施工中的應(yīng)用

單龍

中鐵十四局集團(tuán)第三工程有限公司 山東濟(jì)南 250399

橋梁是交通基礎(chǔ)設(shè)施重要的組成部分之一，其施工難度大、周期長(zhǎng)，尤其是橋梁下部結(jié)構(gòu)中的樁基，它是深入土層的柱形構(gòu)件，作用是將作用于樁頂以上的荷載傳遞到土體中的較深處，其施工質(zhì)量的優(yōu)良，是衡量橋梁穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。在橋梁施工過(guò)程中，運(yùn)用鋼板樁圍堰能有效提高施工效率，降低投入成本，被廣泛推廣應(yīng)用。

1 鋼板樁圍堰的概述

鋼板樁圍堰技術(shù)適用于深水超過(guò)7m，且流速較大的砂類土、黏性土、碎石土及風(fēng)化巖等堅(jiān)硬河床的工程。鋼板樁圍堰有矩形、多邊形、圓形等，鋼板樁有直形、Z形、槽形、工字形等，可做成單層或雙層圍堰。橋梁工程施工中，淺基多用矩形及木導(dǎo)框，深基坑多用圓形及型鋼，因其防滲性能好，多用單層圍堰。如用雙層圍堰時(shí)，在雙層圍堰的夾層中間一般填黏土，特殊情況下，在夾層下部灌注水下砼提高其防滲性能。在鋼板樁圍堰的施工中，多用槽形鋼板樁。在施工鋼板樁圍堰時(shí)，圍堰頂部高程按照施工期間可能出現(xiàn)的最高水位加超高0.5m來(lái)確定。圍堰內(nèi)側(cè)與基坑頂邊緣之間的距離要＞1.0m。若基礎(chǔ)較深，坑壁土質(zhì)不良，滲水量大，邊坡(坑壁)容易坍塌，那么，圍堰內(nèi)側(cè)與基坑頂邊緣的距離要適當(dāng)增大，以確保安全。

鋼板樁是一種帶鎖口的型鋼，其截面分為直板和槽型兩種類型。拉爾森型和拉克萬(wàn)納式是當(dāng)前鋼板樁圍堰常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)模式，利用鋼板樁組合出各種不同的結(jié)構(gòu)類型，有助于各類橋梁的構(gòu)建，同時(shí)其還具備極為堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)特性，且能達(dá)到較強(qiáng)的防水性能，在提升橋梁工程質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用。橋梁工程施工中，沉井式圍堰使用最為廣泛，由于其具備單壁封閉型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，且圍堰內(nèi)部設(shè)有縱橫的支撐結(jié)構(gòu)，可自由組合成圍籠，具體操作過(guò)程簡(jiǎn)便快捷。在設(shè)置鋼板樁圍堰時(shí)，需綜合分析水域和航道等具體因素，確保圍堰高度[1]。

2 鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)

某運(yùn)河特大橋橋梁采用懸澆預(yù)應(yīng)力箱梁+組合箱梁形式，橋梁全長(zhǎng)1155.2m，其中16#～17#墩為120m懸澆主跨位于運(yùn)河河道內(nèi)。

2.1 鋼板樁及支撐計(jì)算

在施工的過(guò)程中，首先要了解各項(xiàng)裝置的尺寸和材料等，還有就是鋼板樁的總長(zhǎng)度、入土深度，以及內(nèi)力和應(yīng)力，進(jìn)行準(zhǔn)確有效的計(jì)算。在施工過(guò)程中，首先要下放到位圍檁和內(nèi)撐的焊接拼裝，然后按照圍堰內(nèi)吸泥的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)完成對(duì)鋼板的打設(shè)。

經(jīng)計(jì)算，開(kāi)挖尺寸為17.6×12.1m，圍檁共布置三道支撐。第一至第三道圍檁全部采用雙拼H型鋼(HM500×300b型)。內(nèi)側(cè)斜撐采用外徑609mm、壁厚12mm鋼管。第一道圍檁的中心線在鋼板樁頂往下0.7m處，第二道圍檁中心線距第一道圍檁中心3m，第三道圍檁中心線距第二道圍檁中心2.8m。

2.2 封底混凝土計(jì)算

一般情況下，鋼板樁圍堰封底混凝土驗(yàn)算過(guò)程包括封底混凝土拉應(yīng)力驗(yàn)算、鋼護(hù)筒間黏結(jié)力驗(yàn)算、圍堰整體抗浮驗(yàn)算、封底混凝土厚度驗(yàn)算、抗管涌驗(yàn)算、基坑坑底抗隆起驗(yàn)算等。在驗(yàn)算封底混凝土厚度時(shí)，要按照四邊簡(jiǎn)支整個(gè)混凝土的封底，然后按照相關(guān)的公式進(jìn)行計(jì)算[2]。

3 鋼板樁圍堰施工技術(shù)分析

3.1 鋼板樁施工

裝卸鋼板樁采用兩點(diǎn)吊，采用鋼索捆扎成捆起吊，數(shù)量不宜過(guò)多，防止變形損傷。吊車各部件性能良好，支立安全穩(wěn)固，支腿下必須墊鋼板和枕木。還需要用氣割的方法在鋼板樁頂下距離十厘米的中心位置割開(kāi)一個(gè)直徑五厘米的洞，這樣可以方便鋼板樁的吊運(yùn)。吊運(yùn)過(guò)程中還需注意使用吊環(huán)把吊線和鋼板樁結(jié)實(shí)的連接起來(lái)。吊運(yùn)鋼板時(shí)為了避免吊裝時(shí)出現(xiàn)劇烈的晃動(dòng)，在其下部需要束上一條繩子。在安裝過(guò)程中，為了不讓節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)和損壞的情況，避免斜著拖拉鋼板樁。打樁時(shí)為了避免在安裝鋼板樁過(guò)程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)或是移動(dòng)，可使用卡板來(lái)固定。鋼板樁在打入土中以后，一定要確認(rèn)其深度不會(huì)出現(xiàn)倒塌情況。根據(jù)施工的現(xiàn)場(chǎng)條件，在棧橋及陸地上插打鋼板樁直接使用50t履帶吊配合90型震動(dòng)錘來(lái)進(jìn)行，要注意在插打操作之前，對(duì)鋼板樁邊線的位置進(jìn)行復(fù)核，位置確定無(wú)誤以后，鋼板裝需要逐根的進(jìn)行打入。

3.2 合攏段施工

做好鋼板樁的合攏作業(yè)，可在一定程度上提升圍堰的防滲漏性。合攏施工對(duì)技術(shù)上的要求較高，本次項(xiàng)目將鋼板樁合攏作為施工重點(diǎn)。進(jìn)行合攏作業(yè)前，需先實(shí)際測(cè)量使用鋼板樁的寬度，才可進(jìn)行拼接合攏作業(yè)。拼接過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)鋼板樁之間鎖口不相對(duì)的情況，主要可通過(guò)以下方式來(lái)解決這一問(wèn)題：

（1）借助千斤頂來(lái)使鋼板樁相錯(cuò)的鎖口變成相對(duì)的平行狀態(tài)。

WANG Xiang-yun, CHEN Qian, SUN Ya-hong, BAI Chong, SHANG Yan

（2）為保證整體施工質(zhì)量及施工效率，最佳的合攏施工工序，需在進(jìn)行插打作業(yè)進(jìn)行的過(guò)程中查看鋼板樁鎖口位置的對(duì)接情況，若發(fā)現(xiàn)相錯(cuò)的情況，可及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。主要調(diào)整方式可借用復(fù)滑車將鋼板樁升起以使鎖扣位置平行。依據(jù)這一施工工序，則需在水下完成鎖口尺寸的測(cè)量作業(yè)，最佳的測(cè)量區(qū)域?yàn)槊繉訃叩膶?dǎo)換平面。借用木條在水下衡量敞口的尺寸，而后將木條拿至水上，實(shí)際測(cè)量木條的長(zhǎng)度，以記錄鎖口的尺寸。當(dāng)完成測(cè)量作業(yè)后，選擇最佳配對(duì)尺寸的鋼板樁進(jìn)行拼接。

（3）若鋼板樁的插打工作已經(jīng)完成，且此時(shí)鋼板樁的鎖口位置還是無(wú)法準(zhǔn)確的相對(duì)，則需借助外力使鋼板樁進(jìn)一步插入底床。若鋼板樁有較長(zhǎng)距離的部分為進(jìn)入鎖口，且通過(guò)外力下壓無(wú)法解決時(shí)，可借助復(fù)滑車進(jìn)行作業(yè)，使鋼板樁進(jìn)入鎖口。

（4）在進(jìn)行合攏作業(yè)時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)上部窄而下部寬的情況，進(jìn)而會(huì)使鋼板樁插打時(shí)，最后一根樁受阻。本案例項(xiàng)目通過(guò)將相鄰鋼板樁的上部外移，而使鋼板樁上下口尺寸相近實(shí)際施工作業(yè)中，可先對(duì)鋼板樁的上部及下部口尺寸進(jìn)行測(cè)量，而后依據(jù)實(shí)際寬度做出符合要求的異形鋼板樁，作業(yè)中先完成異形鋼板樁的插入作業(yè)，而后進(jìn)行常規(guī)鋼板樁的插打[3]。

3.3 圍堰內(nèi)抽水、挖泥土、安裝內(nèi)支撐

根據(jù)地質(zhì)分布圖以及施工的現(xiàn)場(chǎng)，河床面以下的所有質(zhì)地的黏土都用高壓水槍來(lái)沖，然后再用泥漿泵把其從圍堰里抽出去。如果因地質(zhì)變化而出現(xiàn)堅(jiān)硬的黏土?xí)r，使用水槍是無(wú)法沖下去，一定要用挖機(jī)將其挖出圍堰。

3.4 圍檁制作

基坑鋼板樁圍堰根據(jù)開(kāi)挖深度，設(shè)置2道內(nèi)支撐體系，型鋼材質(zhì)均采用Q235級(jí)，支撐體系的節(jié)點(diǎn)均采用平接方式焊接，圍檁下安設(shè)間距3.0m的鋼牛腿。圍檁安裝步驟：丈量安裝圍檁的長(zhǎng)度（即兩端圍檁的距離）；根據(jù)測(cè)量的尺寸及基坑內(nèi)鋼支撐所處的位置、配料、編號(hào)；按照設(shè)計(jì)間距將鋼牛腿立焊在指定位置；用現(xiàn)場(chǎng)吊車將配置好的鋼圍檁型鋼料吊放就位；全面進(jìn)行焊接結(jié)束后進(jìn)行焊接檢查，經(jīng)檢驗(yàn)無(wú)誤，完全達(dá)標(biāo)后，再進(jìn)入下道工序。圍檁轉(zhuǎn)角連接處采用鋼板夾緊處理，確保圍檁整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.5 開(kāi)挖抽水、內(nèi)支撐安裝

圍檁安裝完成后，立即勁內(nèi)支撐安裝，圍檁與支撐連接處采用16mm厚鋼板加勁處理，內(nèi)支撐和圍檁采用型鋼制作連接柱，連接柱兩端焊接2cm厚鋼板，與圍檁連接處采用滿焊焊接在圍檁側(cè)面中心與圍檁中心線平齊，與支撐鋼管連接段鋼板打孔用M22螺栓與鋼管法蘭栓接。鋼管長(zhǎng)度不足的中間也采用法蘭和螺栓進(jìn)行接長(zhǎng)連接。

內(nèi)支撐施工順序?yàn)橄仁┕ぶ虚g兩道對(duì)撐，然后再施工四角大斜撐，最后施工四角小斜撐。待內(nèi)支撐全部安裝完畢，并經(jīng)技術(shù)人員和安全員檢查焊接和連接質(zhì)量，具備下一步施工條件后，方可進(jìn)行下一步施工。施工步驟如下：完成鋼板樁插打后，第一道支撐在挖抽水至4.5m標(biāo)高處安裝；第二道支撐在挖抽水至1.5m標(biāo)高處安裝；第三道支撐在挖抽水至-0.5m標(biāo)高處安裝；開(kāi)挖抽水至-3.17m標(biāo)高處，澆筑墊層砼；砼墊層采用50cm厚C30混凝土，在基坑基地開(kāi)挖清理完畢后立即進(jìn)行砼墊層澆筑，采用泵車送入，人工振搗密實(shí)，在四角鋼板樁處設(shè)置土工布隔層，防止鋼板樁拔除困難。

3.6 防漏水措施

鋼板樁進(jìn)行圍堰施工難點(diǎn)之一就是鋼板樁鎖扣之間是否緊密的連接，這點(diǎn)主要是直接影響著圍堰抽水的成功與否。因此要控制好鋼板樁施工時(shí)的每一道工序。

分配專業(yè)人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查鋼板樁鎖口有沒(méi)有變形的，如果有就要調(diào)整以后才能使用，還要把鎖口間的雜物進(jìn)行清除；要用帶有黃油混合物的油膏涂抹在鋼板樁的鎖口，可起到防漏水的作用；要確保插打鋼板樁時(shí)垂直，防止相互傾斜的鋼板樁之間鎖口無(wú)法密貼；鋼板樁圍堰在抽水后，如果漏水的縫隙較小，可根據(jù)水壓差降吸力的原理，把一袋干細(xì)砂或鋸木屑等填充物堵在漏水的縫隙處，填充路會(huì)通過(guò)犀利的作用被吸入到漏水的縫隙處，這樣漏水的位置就會(huì)被堵塞，漏水量就得到了有效的減少。如果是嚴(yán)重的漏水情況，可把舊棉被或是土工布剪成條狀，讓潛水員從水面到河床面用棉條把漏水的縫隙堵塞；坑內(nèi)在承臺(tái)位置以外四周設(shè)排水溝，做好防雨措施準(zhǔn)備工作。

3.7 鋼板樁拔除

（1）鋼板樁的拔除需要使用機(jī)械，拔樁施工的難易程度根據(jù)每個(gè)樁的實(shí)際情況而定，所以施工前需對(duì)每個(gè)樁進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。

（2）拔樁施工是在圍檁拉桿完成拆除以后進(jìn)行的。需要使用振動(dòng)錘逐一進(jìn)行清除，拔除與清走需密切配合，確保場(chǎng)地清潔。在相鄰板樁拔除時(shí)，因先將鋼板樁與加固槽進(jìn)行分割。鋼板樁拔除后應(yīng)及時(shí)清理現(xiàn)場(chǎng)，出現(xiàn)變形的鋼樁需要校正，無(wú)需校正的應(yīng)及時(shí)運(yùn)走，對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行整理使用振動(dòng)錘進(jìn)行二次整理用以克服黏附力。

4 施工問(wèn)題及處理措施

4.1 打樁受阻

之所以會(huì)出現(xiàn)打樁受阻的現(xiàn)象。主要是因?yàn)樯皩拥鹊刭|(zhì)條件或鋼板樁連接的鎖口出現(xiàn)銹蝕或變形而導(dǎo)致的，使得打樁操作無(wú)法持續(xù)進(jìn)行。因此在正式施工前，應(yīng)對(duì)施工區(qū)域的地質(zhì)狀況進(jìn)行深入了解，認(rèn)真檢查樁體是否符合施工要求，如有問(wèn)題需妥善處理后方可進(jìn)行打樁施工。

4.2 偏斜

由于鋼板樁在極為復(fù)雜的地質(zhì)條件下施工，極易受到大石塊等地下物質(zhì)的擠壓，進(jìn)而出現(xiàn)偏移現(xiàn)象，如果出現(xiàn)該現(xiàn)象，需通過(guò)糾偏的操作進(jìn)行處理，通常是把出現(xiàn)偏移的鋼板樁向上拔高1～2m，然后再繼續(xù)向下錘進(jìn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的操作，從而達(dá)到糾正鋼板樁偏斜的目的。

4.3 鋼板樁不能順利合龍

對(duì)于鋼板樁不能順利合龍的情況，可以通過(guò)控制鋼板樁圍堰平面尺寸來(lái)予以防范，另外還需要注意在打樁時(shí)要注意樁體的垂直度和具體尺寸，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

5 質(zhì)量控制要點(diǎn)

質(zhì)量工作以項(xiàng)目經(jīng)理為首，需要有資質(zhì)的工作人員在質(zhì)量管理方面配合工作，從中協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)施工中的問(wèn)題。

材料應(yīng)根據(jù)加工程度和工序需求購(gòu)置，并確保其質(zhì)量達(dá)標(biāo)。鋼板樁送到現(xiàn)場(chǎng)后，需要按分類、編號(hào)統(tǒng)一整理堆放。鋼板樁鎖口需要經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)鋼板進(jìn)行滑動(dòng)試驗(yàn)，不合格的鎖口需要校正后重新試驗(yàn)，待合格后方可使用。

鋼板樁質(zhì)量要求：樁的垂直度必須控制在1%以內(nèi)；樁底行程錯(cuò)誤率控制在10cm上下；沉樁要持續(xù)；樁的平面位移控制在15cm范圍內(nèi)。

在使用拼接接長(zhǎng)的鋼板樁時(shí)，鋼板樁的拼接接頭不能在圍堰的同一斷面上而且相鄰樁的接頭上下應(yīng)錯(cuò)開(kāi)至少2m。所以，在組拼鋼板樁時(shí)應(yīng)按照施工順序排放材料，提前做好規(guī)劃。

使用鋼板進(jìn)行樁圍堰時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)圍堰里的水位高于圍堰外水位的情況，需防止其發(fā)生。因此在低洼處預(yù)埋連通管束，在抽水時(shí)予以封堵。對(duì)圍堰內(nèi)抽水，板樁之間可能出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，這種情況可以使用木屑、木質(zhì)廢料、細(xì)小煤顆粒、谷糠等細(xì)物鋪設(shè)在外表面，憑借吸力起到堵水的作用；也可以使用板條、棉絮等物品填充在鎖口內(nèi)。撒煤渣等物堵漏時(shí)，也應(yīng)考慮水流方向、漏縫深度等，使用工具將其從縫隙慢慢倒入。等到各支撐面導(dǎo)梁見(jiàn)水后，必須在導(dǎo)梁與板樁之間的縫隙使用材料銜接，可以選擇木楔填充，確保導(dǎo)梁充分受力[4]。

6 結(jié)語(yǔ)

鋼板樁圍堰是橋梁工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因其防水性、高強(qiáng)度、施工結(jié)束后回收率較高等特性，被很多工程所采納。為了確保工序符合標(biāo)準(zhǔn)要求必須在各個(gè)環(huán)節(jié)提高精度，還應(yīng)配備專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)施工，在圍堰顯眼的地方放置水位卡尺，以便隨時(shí)根據(jù)水位變化調(diào)整圍堰施工計(jì)劃。