深水桥梁大型钢板桩围堰的设计与施工

薛新广

中铁十八局集团有限公司，天津 300222

深水桥梁大型钢板桩围堰的设计与施工

薛新广

中铁十八局集团有限公司，天津 300222

某铁路客运专线特大桥主墩深水基础承台施工过程中，采用拉森Ⅳ型钢板桩围堰作为围护结构。结合施工过程，介绍了大型深水基坑承台钢板的设计、围囹安装、钢板桩打设、堵漏、挖泥、封底等关键技术。

深水基础；承台；钢板桩围堰；施工

1 工程概况

1.1 设计概况

某铁路客运专线特大桥设计为(104+2×168+112)m连续刚构，线路采用无砟轨道，设计时速350km/h。其中某主墩基础采用12Φ250cm钻孔桩，承台设计尺寸为23.5m×17m×5m，为低桩承台，埋于河床以下。基础施工时，挡水围堰均采用钢板桩围堰，钢板桩长21m，封底混凝土厚度2m。

1.2 水文及地质情况

该主墩所在河道主要流量、流速等要素如下:Q1/100=2561m3/s，H1/100=4.644m，V1/100=1.37m/s。桥墩处水深约6m，河床地质为从上向下为8.7m淤泥质粉质粘土，5.7m中砂夹贝壳，再向下为全风化花岗片麻岩。

2 钢板桩围堰设计

2.1 结构设计

主墩钢板桩围堰高度21m，钢板桩采用拉森SP-Ⅳ型。钢板桩围堰平面尺寸为26.5m×20m，比承台每边大1.5m。围囹采用型钢框架式整体结构，钢板桩围堰的围囹设4层。围囹上部一、二层主要采用双拼I45a工字钢，下部三、四层主要采用三拼I45a工字钢。围囹层与层之间设竖撑和剪刀撑。

墩身设计为双薄壁墩，双薄壁墩墩身四周设计有直径Φ1400cm的钢筋混凝土导流圈。围囹支撑设计时充分考虑了全部避开墩身和导流圈，并尽量避开桩基钢护筒。钢板桩围堰设计外形及内部围囹支撑构造分别见图1、图2。

图1 钢板桩围堰施工过程中外形

图2 钢板桩围堰围囹支撑构造

2.2 结构计算

钢板桩模拟计算采用Midas civil有限元软件，计算模型中钢板桩采用板单元模拟，支撑与围檩采用梁单元模拟。钢板桩围堰及内部围囹支撑模拟构造见图3、图4，计算结果见表1。有计算可知，结构的应力与稳定性均满足使用要求。

图3 钢板桩围堰有限元计算模型

图4 钢板桩围堰围囹支撑模型

表1 钢板桩围堰主要计算结果

3 钢板桩围堰施工

3.1 围囹安装

钢板桩围堰常规施工工艺一般为:首先安装顶层围囹，利用顶层围囹作为导向框，打设钢板桩，然后边降水边安装下层围囹。本钢板桩围堰施工中采用了“先安装下放围囹，后打设钢板桩”的施工工艺，优点有:1）钢板桩打设时有多层导向框，容易保证钢板桩垂直度和精度。2）框架式围囹先在水面以上安装再下放，容易保证围囹安装尺寸和焊接质量满足设计要求。3）可以节省围囹安装时间。

3.2 钢板桩打设

水中钢板桩采用40T浮吊和DZ90型振动锤打设。钢板桩的插打次序是从上游开始，下游结束。第一片钢板桩打设要特别注意，必须确保其垂直度满足要求，打设完毕后将其点焊固定于导梁上。其余各钢板桩则以已插好的钢板桩为准，起吊后人工扶持插入前一片钢板桩锁口，然后用振动锤振动下沉到位。直角转弯处采用转角桩，合拢段根据现场具体尺寸制作合拢桩。保证钢板桩插打正直、顺利合拢的措施是随时纠正歪斜，歪斜过大不能用拉挤办法整直者要拔起重打，纠正无效时,应特制楔形桩合拢。

3.3 钢板桩堵漏

一般的做法是在钢板桩施打过程中用棉絮、黄油等填充物填塞接缝。也可在钢板桩全部插打完毕开始抽水时，采用一边抽水一边顺着钢板桩的接缝下溜细砂和木屑的方法，借助水压力将细砂和木屑吸入接缝内而达到堵漏的目的。对于变形较大的接缝，需安排潜水员水下用棉絮、碎布条等从外侧堵塞。

3.4 围堰内挖泥

钢板桩围堰内地层为淤泥质粉质粘土，挖泥开始时采用空压机气举循环吹吸方法，起初效果很好，但是吸掉2m后，下部多为板结粘土，虽然采用高压水或高压风水下松动，但是抽泥效率仍不理想。后来在钢围堰中间利用钢护筒作支撑，采用型钢搭设一个12m×6m的工作平台，将24m长臂挖机开上平台，利用长臂挖机进行围堰内水下开挖，而围堰内侧四周则采用水上抓斗开挖，开挖速度大大加快，效果很好。护筒内泥砂则采用21m伸缩臂挖机，大臂端部配液压张合小抓斗，可伸到护筒内约18m深度，直接将钢护筒内泥砂抓出。

3.5 围堰封底

围堰封底混凝土厚度为2m，15#墩封底混凝土厚度为1.5m，封底混凝土标号为C20。混凝土坍落度为18cm～22cm，缓凝时间不小于24h。混凝土采用2台HZS90型拌和机拌和，14台10m3搅拌车运输，两台HBT80型输送泵输送，采用两台HG12型布料杆分布混凝土，3套料斗和导管配合灌注。导管底口离基坑底约30cm，混凝土的扩散半径约为4m～6m，圆锥体率约为1/5～1/10。封底混凝土灌注顺序为先环向闭合，再补中间。在钢围堰内布置约30个灌注点，每换一灌注点必须重新剪球。

3.6 围堰底层支撑拆除

承台混凝土分两次浇筑，第一次浇筑至底层支撑下方约20cm。然后将承台四周和钢板桩之间回填砂，砂采用船运至墩位，用输送带直接打到围堰内。回填完毕后，将底层支撑拆除。为确保底层支撑拆除后的围堰稳定，对靠近河堤的围堰，在承台第一层混凝土中，靠近河堤侧共预埋了4道竖向牛腿，每道牛腿采用双拼I45a工字钢。在拆除底层支撑前，先将河堤侧底层围囹框与牛腿之间采用双拼I32a工字钢对顶，然后将除四周围囹框之外的中间支撑全部拆除，即可进行承台第二层混凝土施工。底层支撑拆除后，围堰变形约2mm，牛腿支顶起到了很好的保护效果。

4 结语

本桥钢板桩围堰支护系统的顺利实施，证明在水流较小的河道中，大型承台的施工采用拉森Ⅳ型钢板桩围堰支护系统是可行的。围堰施工打破了以往先插打钢板桩再安装圈梁及内支撑的施工顺序，减少了围堰圈梁及内支撑的数量。方便快捷、安全可靠并节约成本，值得推广。

[1] 刘自明. 桥梁深水基础[M]. 北京:人民交通出版社,2003

[2] 欧阳效勇,任回兴,徐伟. 桥梁深水桩基础施工关键技术[M].北京:人民交通出版社,2006

[3] 韩跃国,陈永勇,皮海波. 永修大桥主墩钢板桩围堰设计与施工[J]. 铁道标准设计,2008 (5)

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.039

薛新广，男（1963.12- ），高级工程师，主要从事工程施工技术与管理工作。