锡澄运河大桥钢板桩围堰的实践应用

  卞桂荣1  徐洪成2  第五龙3    
【摘要】：江阴市川气东送配套道路工程中的锡澄运河大桥11号主墩处于锡澄运河中，为确保桩基础开挖及承台施工的安全，采用钢板桩围堰施工，并以该围堰在设计选型、实际应用过程中的施工控制及管理措施等方面进行浅析，以供探讨。
【关键词】：钢板桩  围堰  应用  控制  措施
1 工程概况
锡澄运河大桥跨越锡澄运河，河宽约74m，常水位标高1.8m，最高洪水位3.04m。11＃主墩两个承台位于运河西侧岸边水中。单个承台长14.50m×宽10.10m，承台设计底标高为-4.00m，顶标高为-0.5m。土层主要为粉质粘土，土质情况较为稳定。
2 方案比选
    根据该承台所处区域的地形地质和工期紧张的实际情况以及锡澄运河航道较深、运行繁忙的特点，提出了两种可行方案供比选：
方案一：采用单双壁组合的钢板桩围堰：11#墩临河一侧设计为双壁钢围堰，中间填土压实，拉杆稳定，其余三面由于处于岸边均为单壁围堰，内设一道围檩支撑，需要船舶作为施工平台；
方案二：采用单壁钢板桩围堰施工法，内设加固围檩支撑一道；
经比选：方案一整体安全及防渗性能较好，但是时间较长，工期需要50天，同时材料租赁费用也较高，后期拆除困难；方案二整体安全性能较好，但需要做好防渗漏措施，工期短，只需10~15天，因为耗材少所以租赁费用相对方案一大幅度降低，且拔除钢板桩比较方便，无需船舶协助。经综合考虑，采用方案二。
3 钢板桩围堰选型
根据地质情况，采用闭合单壁钢板桩围堰。选用宽度适中、抗弯性能好的拉森Ⅳ型钢板桩，要求钢板桩入土深度达桩长0 .5倍以上，同时要求钢板桩与承台之间需预留1.5m的施工平台。如图1

图1 钢板桩围堰设计
4 板桩施工工艺
4.1钢板桩施工的顺序：施工放样→平整场地→打设钢板桩→桩基础施工→开挖→焊接围檩支撑及安装対撑→承台施工→拔除钢板桩。
4.2打桩方法：要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分，以便使板桩墙有足够的刚度和良好的防水作用。该围堰打桩和拔桩机械均采用50T履带式起重机加液压高频60KW振动锤、人工配合。                                         
4.2.1起重机行走不能超过作业半径范围，用振动锤上的保险钢丝绳扣好拉森钢板桩的一端，起重机将钢板桩慢慢提升至呈现竖直状态，利用地面控制箱打开振动锤夹紧装置，夹紧钢板桩，提升起重机小钩，移动至样桩位置，插入河底0.5m时，校正桩身垂直度，导向夹具辅件夹住钢板桩使之不能位移，启动振动装置，将桩慢慢沉至要求标高，桩与桩之间必须咬口紧密。
4.2.2单桩逐根连续施打，人工扶正，注意桩顶高程不宜相差太大。
4.2.3在插打过程中随时监控每根桩的斜度，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。
5 打桩质量保证措施：
5.1钢板桩送到现场后，应及时检查、分类、编号；钢板桩锁口应以一块长1.5～2.0m标准钢板桩进行滑动检查，凡锁口不合应进行修正合格后方能使用。
5.2质量要求：桩的垂直度控制在1%以内；桩底高程误差控制在10cm左右；沉桩要连续；桩的平面位移控制在15cm以内。
5.3在使用拼接接长的钢板桩时，钢板桩的拼接接头不能在围堰的同一断面上，相邻桩的接头错开至少2m，在组拼钢板桩时要预先配桩；在运输、存放时，按插桩顺序堆码，插桩时按规定的顺序吊插。
6 基坑开挖及围檩安装质量保证措施
6.1土方开挖应分层分区连续施工并对称开挖，开挖至板桩顶以下1米处，进行围檩支撑施工。
6.2围檩制做安装：围檩及支撑设置在标高+0米处，根据设计位置在钢板桩内壁上焊围檩托架，然后吊装两层双拼[32a槽钢围檩并焊接加固，支撑采用Ф600×10mm钢管，支撑两端焊接80cm×80cm厚
图2   现场围堰施工       为10mm的支承钢板，以增强整体対撑受力效果。见图2                          
6.3土方开挖前做好排水措施，保持基坑内无水，便于挖土，机械进出口通道及四周采用换填并铺垫钢板以扩散压力，减小侧压力。
6.4基坑周边（约一倍桩长）范围内严禁堆载。
6.5开挖过程中注意支护体系的变形观察，全程跟踪监测。                   
6.6在基坑开挖过程中需注意的问题：
6.6.1首先是板桩的垂直度及搭接十分重要，当钢板桩未贴靠在围檩上部分，需用钢楔或木楔加衬处理，使钢板桩承受的侧压力传到围檩上，围檩的材料、制作、焊接必须严格按要求施工。
6.6.2其次是挖土和支撑的架设施工过程必须紧密配合，挖土过程要保证安全的前提下，迅速为支撑施工创造工作面，支撑结构必须能较快地产生整体刚度或预紧力，两者配合就能较好地利用软土施工中的时空效应，有效地控制围护体系在受力后的变形。施工中切不可超挖和不及时施加支撑，开挖要求分层均匀高效，以使支护结构处于正常的受力状态。
6.6.3钢板桩围堰在使用过程中，防止围堰内水位高于围堰外水位，在低水位处设置连通管或集水井。抽水时锁口漏水，在围堰外撒大量细煤渣、木屑、谷糠或细砂等细物，借漏水的吸力附于锁口内堵水，或在围堰内用板条、棉絮等楔入锁口内嵌缝；撒煤渣等物堵漏时，要考虑水流方向并尽量接近漏缝，漏缝较深时，用袋装下放到漏缝附近处徐徐倒撒，同时当围堰内抽水至围檩和内支撑处，将围檩与钢板桩之间的缝隙用木楔楔紧，使钢管均匀受力。
7 钢板桩的拔除
基坑回填后，拔除钢板桩，以便重复使用。拔除钢板桩前，应仔细研究拔桩方法顺序和拔桩时间，否则，由于拔桩的振动影响，以及拔桩带土过多会引起地面沉降和位移，会给已施工的地下结构和周边环境带来危害。设法减少拔桩带土十分重要，现场主要采用灌水、灌砂等措施。
先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动1min～2min，使钢板桩周围的土松动，产生“液化”，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，可先行往下施打少许，再往上拨，如此反复可将桩拔出来。拔桩时应注意事项：
①拔桩起点和顺序：对封闭式钢板桩墙，拔桩起点应离开角桩5根以上。可根据沉桩时的情况确定拔桩起点，必要时也可用跳拔的方法。拔桩的顺序最好与打桩时相反。
②振打与振拔：拔桩时，可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的粘附，然后边振边拔。对较难拔除的板桩可先用柴油锤将桩振下100～300mm，再与振动锤交替振打、振拔。
③对引拔阻力较大的钢板桩，采用间歇振动的方法，每次振动15min，振动锤连续不超过1.5h。                       
8 安全技术措施
8.1为提高深基坑围护的安全可靠性，须对拉森桩的入土深度进行计算，并对围护桩的强度及稳定性进行验证，确保深基坑施工的可靠性。
8.2打桩施工中，基坑四角必须采用角桩，尽量提高小齿口拉森桩防漏性能。
8.3采用钢围檩支撑，并增设对角斜撑；现场配备压密注浆机，对个别渗漏处进行止漏处理。
8.4开挖土堆放至1倍桩长以外，尽量减小堆土对钢板桩的侧压力，及时对坑内积水进行抽排。在开挖时，尽量减小挖土机械单位受力面积，杜绝冲击荷载，确保基坑安全。
9 应用总结
9.1从现场使用钢板桩围堰的应用效果来看，具有施工进度快、安全、占地空间小、经济等优点。
9.2采用钢板桩围护，截渗和集中抽排水降低水位后，使基坑能迅速挖至预定高程；基坑面经处理后，即可浇筑砼垫层，从而为后续施工创造了有利条件，提高了工作效率。
9.3采用钢板桩支护，对周围环境影响较小；而且工序简单、质量容易控制、工期短、现场整洁。
9.4在进行钢板桩的支护施工中要特别注意地下水的影响。遇到有水的情况一定要采取有效措施进行堵塞，防止突涌。
9.5基坑开挖和承台施工期间可通过变形观测对钢板桩的位移进行有效控制，保证基坑安全。
9.6钢板桩围堰在该桥中的应用取得了较好的工程效果，为同类工程施工积累了丰富资料。

参考文献
[1] 熊智彪主编 陈振富 段仲沅参编.《建筑基坑支护》.北京：中国建筑工业出版社 2008