軌道交通車站特大橋深基坑鋼板樁圍堰施工技術(shù)

李慶峰

（中交四航局第五工程有限公司，福州 350213）

1 引言

隨著社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，橋梁工程建設(shè)進(jìn)程不斷推進(jìn)，各類型橋梁應(yīng)運而生。 橋梁工程施工中常涉及鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)，其施工質(zhì)量對全橋的安全性和質(zhì)量可靠性均有影響。 因此，需對鋼板樁圍堰施工技術(shù)做深入的探討，以掌握技術(shù)應(yīng)用要點，提高技術(shù)應(yīng)用水平。

2 工程概況

廈門市軌道交通4 號線跨大嶝海峽高架橋梁工程， 承臺總量374 個， 包含以明挖基坑方法施工的陸上承臺和鋼板樁圍堰施工的水中承臺。 鋼筋用量約3 284 t， 混凝土強度等級C40，用量31 136.7 m3。鋼板樁圍堰采用拉森Ⅳ型鋼板樁施工。

3 鋼板樁插打施工技術(shù)

3.1 轉(zhuǎn)角樁的制作

取兩片鋼板樁，組焊后形成轉(zhuǎn)角樁，要求結(jié)構(gòu)形態(tài)完整、尺寸準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠，尤其是兩側(cè)插槽的順直性和焊縫的嚴(yán)密性需得到保證。

3.2 導(dǎo)向架的設(shè)置

鋼板樁插打時采用導(dǎo)向架， 使鋼板樁沉樁有足夠的垂直度。 導(dǎo)向架由導(dǎo)梁和導(dǎo)向樁為基礎(chǔ)構(gòu)件制作成型，剛度和強度需達(dá)標(biāo)，以便借助導(dǎo)向架強制卡住鋼板樁，實現(xiàn)對樁軸線偏差和傾斜度的控制。 導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 導(dǎo)向架結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 首根鋼板樁的插打

導(dǎo)向架制作成型且布設(shè)到位后，插打首根鋼板樁。 施工時，精確施打定位樁及首根鋼板樁， 要求定位框與鋼板樁每邊的距離均大于10 mm。緊靠定位框插打首根鋼板樁，插打全程保持緩慢、勻速的狀態(tài)。插打過程中及時檢測鋼板樁的垂直度[1]，發(fā)現(xiàn)偏差隨即調(diào)整， 確認(rèn)第一片鋼板樁的插打質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求后，以此為基準(zhǔn)向兩側(cè)對稱插打其他的鋼板樁[2]。 鋼板樁插打時的垂直度控制采用十字交匯法，儀器采用2 臺經(jīng)緯儀。

3.4 剩余鋼板樁的插打

鋼板樁沉放采用60 kW 振動錘和70 t 吊車聯(lián)合進(jìn)行，按照與首根鋼板樁相同的插打方法完成其余鋼板樁的插打作業(yè)， 并保證后插打的鋼板樁與預(yù)先到位的鋼板樁的鎖口穩(wěn)定連接。 鋼板樁插打全程遵循“逐條、分段”的基本原則，有條不紊地完成插打作業(yè)。 現(xiàn)場技術(shù)人員及時采集鋼板樁插打數(shù)據(jù)并完整記錄，例如，鋼板樁的位置、垂直度、入土深度均是極重要的數(shù)據(jù)。

鋼板樁下端在插打過程中受到土體的擠壓作用， 上端的姿態(tài)可能會發(fā)生異常， 表現(xiàn)為遠(yuǎn)離首片鋼板樁方向的傾斜變化。 為保證鋼板樁的插打精度，每完成3 片鋼板樁的插打后，以垂球吊線的方法檢查垂直度，及時糾偏，保證所有鋼板樁的垂直度均在0.5%以內(nèi)。 鋼板樁糾偏以循序漸進(jìn)的方式進(jìn)行，禁止單次過量糾偏，否則鎖口將被卡住，不利于后續(xù)插打作業(yè)順利進(jìn)行。 每完成5 片鋼板樁的插打作業(yè)且經(jīng)過糾偏后，以點焊的方法將鋼板樁穩(wěn)定在內(nèi)導(dǎo)向架上，便于圍堰合龍。

出于質(zhì)量考慮，鋼板樁首先插打至難以下沉的狀態(tài)，經(jīng)過適量鋼板樁的插打后，進(jìn)行復(fù)振，直至鋼板樁準(zhǔn)確到位為止。按照該方法施工后，可有效控制鋼板樁的插打深度，提高插打效率。 鋼板樁插打至巖面時，需注意對插入貫入度的測量與控制，保證插打的有效性。 此外，插打過程中，設(shè)備提供的外力作用可能引起鋼板樁姿態(tài)偏差問題， 因此平面位置和垂直度的檢測與控制均要及時進(jìn)行，使鋼板樁的姿態(tài)具有合理性。

除逐根插打鋼板樁外，還可采取屏風(fēng)法進(jìn)行插打，其思路是： 將5～8 根鋼板樁插打至特定的深度； 振動錘多次來回振動，先將兩側(cè)的鋼板樁打設(shè)到位，再轉(zhuǎn)向中間部分，有序施工，具體工藝流程如圖2 所示。 以屏風(fēng)法插打鋼板樁時，可有效控制鋼板樁的傾斜和轉(zhuǎn)動，取得良好的插打效果。

圖2 屏風(fēng)式打樁法工藝流程圖

3.5 鋼板樁合龍

合龍前，檢測鋼板樁的位置、間距、傾角，調(diào)整偏差后，在臨近角樁2～3 根鋼板樁的位置合龍。 合龍時，若鋼板樁與兩側(cè)鎖口的咬合難度較大，可用千斤頂互頂?shù)姆椒右哉{(diào)整，或在兩套手拉葫蘆的配合下以張拉的方法進(jìn)行， 若采取前述提及的方法仍無法取得良好的應(yīng)用效果，可用異型鋼板樁輔助作業(yè)。

為避免合龍時兩片鋼板樁形成異面直線， 必須準(zhǔn)確檢測角樁的方向并加以調(diào)整， 合理狀態(tài)是其一面鎖口與對面鋼板樁鎖口呈平行的位置關(guān)系。

4 圍堰內(nèi)開挖及支撐施工技術(shù)

4.1 圍堰開挖

開挖時間安排在鋼板樁插打完成后， 開挖設(shè)備采用PC350 長臂勾機。 但圍堰內(nèi)空間有限且存在支撐的阻礙作用，部分土方開挖完成后剩余土方的開挖作業(yè)難以正常進(jìn)行，為突破此局限性，施工人員用抽砂泵、高壓水槍將基坑的砂土清理干凈。

分層、分塊有序開挖，分層的原則是每結(jié)束一道支撐裝置的施工后，方可組織下一層土方的開挖，以此類推。 第一層土方開挖深度為地面至首道支撐底， 中間各層則為相鄰兩道支撐的豎向間距，最后一層為最下一道支撐底至坑底。 分層開挖時的支護(hù)作業(yè)必須及時進(jìn)行， 如第一層開挖后安裝第一道支撐，保證開挖安全。 對于基坑的分塊，首先劃分為中間塊和周邊塊兩部分，再從中間塊開始開挖，逐步向周邊塊推進(jìn)。

4.2 支撐施工

圍檁與鋼板樁穩(wěn)定連接，斜撐與圍檁焊接，局部存在空隙時根據(jù)空隙量填塞薄鋼板，待空隙具有密實性后做焊接處理。此外，圍檁外側(cè)鋼板樁用短角鋼焊接至圍檁上，經(jīng)過連接后，使鋼板樁圍堰組成完整的整體結(jié)構(gòu)。 焊接由具有資質(zhì)的焊工負(fù)責(zé)，焊接時加強檢查，脫焊時隨即補焊。

逐道工序依次施工，加強對各道工序的質(zhì)量控制，禁止本道工序的施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)就開始下一道工序的施工。 出于安全考慮，開挖人員需嚴(yán)格控制每層土方的開挖量，否則將由于超挖而導(dǎo)致鋼板樁坍塌，引起安全事故。

4.3 圍堰滲漏的處理方法

板樁鎖口滲漏和樁底繞滲是常見的圍堰滲漏形式。 鋼板樁鎖口止水密封效果較差時易引起滲漏。 密封效果欠佳與多項因素有關(guān)，例如，鋼板樁施打后彎曲變形、鎖口形狀異常、咬合不到位、現(xiàn)場地質(zhì)條件特殊等。 鋼板樁止水構(gòu)造以鎖口咬合的方法連接相鄰鋼板樁，若咬合部位足夠嚴(yán)密，則止水效果良好。 但從制作工藝的角度來看，鋼板樁制作時通常留有適量富余，以保證施工的便利性，此時可能引起滲漏。

為此，以下重點探討滲漏的處理方法。

1）板樁鎖口滲漏的處理方法：鋼板樁插打前對鎖口做詳細(xì)的檢查，判斷鎖口是否變形，若存在變形現(xiàn)象需調(diào)整至正常狀態(tài)。 鋼板樁鎖口中應(yīng)有適量的黃油，提升鋼板樁插打的順暢性，最終確保鋼板樁插打后有良好的垂直度，同時使鎖口具有完整性。 相鄰兩根鋼板樁的鎖口必須緊密咬合，但需避免咬合過緊，否則鎖口部位易發(fā)生變形，從而引起滲漏。

低潮位時， 用聚氨酯泡沫填縫劑填充低潮位以上的鋼板樁鎖口，保證嚴(yán)密性。 所用填充材料對基材的黏結(jié)效果良好，在濕表面有止水性。

局部縫隙寬度較大時，根據(jù)縫隙的尺寸填塞橡膠條，起到封堵的效果。 橡膠條的安裝由潛水員在水下完成， 將其穩(wěn)定在鋼板樁鎖口的外側(cè)。 橡膠條由膠條和強磁鐵制作而成，粘貼至鎖口外側(cè)后， 其黏結(jié)穩(wěn)定性將隨著外側(cè)水壓力的作用而持續(xù)提升。 局部縫隙寬度較小時，可采取填塞棉絮、木屑的方法處理。

2）樁底繞滲的處理方法：嚴(yán)格控制鋼板樁插打質(zhì)量和入土深度是避免樁底繞滲的重要途徑， 此外還可設(shè)置碎石反濾層和集水井，能取得良好的滲漏預(yù)防效果。 對于已經(jīng)出現(xiàn)的樁底繞滲問題，采用填縫堵漏的方法進(jìn)行處理，由潛水工潛水觀察，確定樁底繞滲的發(fā)生部位，經(jīng)過水下壓漿或水下混凝土封底后實現(xiàn)對滲漏部位的封堵。

4.4 圍堰內(nèi)清基及整平

圍堰內(nèi)存在積水，用抽水機將其抽取干凈。 全面檢查圍堰支撐的穩(wěn)定性及圍堰自身的施工質(zhì)量， 確認(rèn)無誤后由專員完成圍堰底的清基和整平作業(yè)。

4.5 圍堰內(nèi)混凝土封底

鋼板樁樁底為殘積砂質(zhì)黏性土，封底采用C20 混凝土，厚度30 cm，時間安排在低潮位時進(jìn)行，即采取的是干封底的作業(yè)方法。 在封底部位的周邊開設(shè)導(dǎo)流溝和集水井，促進(jìn)排水。

5 鋼板樁施工遇孤石、礁石的應(yīng)對方法

5.1 優(yōu)化鋼板樁插打方式

插打作業(yè)發(fā)生在雜填土地段時， 可能由于石塊或其他物質(zhì)的作用而產(chǎn)生側(cè)向擠壓作用力，此部分力作用于鋼板樁，使其發(fā)生偏斜。 針對該問題，將鋼板樁適度向上拔起1.0～2.0 m，再向下錘擊，借助錘擊產(chǎn)生的外力作用振碎塊石，從而調(diào)整鋼板樁的位置。 對于鋼板樁插打時遇到礁石和孤石的情況，可主動規(guī)避，例如，以弧形樁或轉(zhuǎn)角樁的形式繞過障礙物。

5.2 調(diào)整圍堰尺寸

鋼板樁插打深度范圍內(nèi)存在較大面積的障礙物時， 可適當(dāng)加大圍堰的尺寸。

5.3 采用爆破技術(shù)

增加圍堰尺寸的方法需耗費較多的成本時，調(diào)整為鉆爆法，其思路是以爆破的方法將礁石解小，以便鋼板樁的順暢插打。

6 鋼板樁圍堰拔除

鋼板樁拔除安排在墩身施工至高出潮位時進(jìn)行， 用振動錘樁夾住鋼板樁頭部做1～2 min 的振動，松動周邊土體，減弱土體對樁的摩阻力，然后緩慢向上振拔鋼板樁。 遇振拔難度大或完全無法向上拔起的情況時，暫停拔樁，向下適度施打后再上拔，按此方法多次處理即可。 鋼板樁被拔出后，承臺與基坑壁之間存在空隙，可向此部位回填土并壓實，使此部位具有完整性與密實性。

水中圍堰的圍檁拆除順序與插打順序相反[3]，首先向圍堰內(nèi)注水，再將相應(yīng)層次的圍檁拆除。 為使內(nèi)外水位維持平衡，鋼板樁拔出前需向圍堰內(nèi)注水， 或密切關(guān)注施工現(xiàn)場的氣象信息，趁低潮位時施工。 鋼板樁的拔除總體遵循從橋梁外側(cè)向橋中線的原則，由遠(yuǎn)及近有序進(jìn)行。 對拔除后的鋼板樁進(jìn)行檢修并涂油養(yǎng)護(hù)，分類存放到位，由專員管理。

7 結(jié)語

綜上所述，橋梁工程鋼板樁支護(hù)施工具有施工難度大、技術(shù)含量高的特點， 且對施工人員的技術(shù)水平與能力素養(yǎng)要求較高。 本文以具體工程為實例，詳細(xì)探討了橋梁工程中鋼板樁圍堰施工技術(shù)要點， 依靠科學(xué)的施工技術(shù)建設(shè)高質(zhì)量的鋼板樁圍堰，為提升橋梁工程的質(zhì)量打下堅實的基礎(chǔ)。