筑島圍堰與鋼板樁圍堰結合施工技術探討

朱炳科

（江蘇省交通工程集團有限公司，江蘇 鎮江 212000）

筑島圍堰法是樁基施工過程中為不影響船只通行所采取的較為有效的施工方法，考慮施工有效方法和空間效應的作用，筑島圍堰施工法還能夠減少對周邊環境的影響，在工程實踐中該方法效果顯著。

鋼板樁圍堰具有強度高、防水性能好、經濟性高、施工難度低等優點，在實際工程中還可以作為施工模板使用；鋼板樁還具有外形靈活性大，容易打入土體中的優勢，使其成為目前工程中應用最為廣泛的結構。筑島圍堰和鋼板樁圍堰相結合使用能凸顯各自的優勢，尤其在部分通航、施工范圍受到限制的情況下優勢明顯。

1 鋼板樁圍堰和筑島圍堰的特點

1.1 鋼板樁圍堰的特點

鋼板樁圍堰由最初的鉚釘鎖合連接發展為帶有鎖口的型鋼，之后又出現了環形、陰陽鎖形、直板形、槽形等一系列截面形式。目前套型鎖口具有很好的防滲性能，該形式鎖口在拉森式鋼板樁工程中應用比較廣泛。鋼板樁圍堰大多采用單壁封閉形式，主要用于管柱基礎、樁基礎承臺、沉井頂、明挖基礎等下部結構的施工，為了提高抗變形穩定性需要增加鋼板樁圍堰的橫向、縱向、斜向支撐。在實際工程計算中需要確定土和水的壓力、鋼板樁的力學參數、封底混凝土厚度及樁之間的接觸面等相關計算參數，不同參數選取對計算結果影響會很大。海洋環境和地質條件較為復雜，受波浪力、風力等作用力形式是隨機的，而且大小也是隨時變化的，因此圍堰荷載模擬更加復雜。

1.2 筑島圍堰的特點

筑島圍堰通常在通航要求受限的情況下采用，建設成本低、適用性較好。例如，在水庫河道較淺，不滿足大型施工船只通行要求時，采用筑島圍堰施工的方法是較為合適的。筑島圍堰和鋼板樁圍堰類似，原理都是采用圍堰來阻擋水的進入，構筑一個穩定的施工平臺進行橋梁下部結構的施工，支撐結構是用來承受筑島產生的水壓力和土壓力，通過采用有限元三維模擬模型進行計算分析。鋼板樁圍堰具有其他混凝土結構不具備的優點，施工方便、造價低、施工圍堰重量輕、可以重復回收利用，因此常采用鋼板樁圍堰作為筑島的防護支撐結構，二者相結合，對于不滿足通航水域的施工具有造價低、施工安全和質量風險小的明顯優勢。

2 鋼板樁圍堰適用性

鋼板樁圍堰是采用熱軋鋼板的熱壓延生產技術生產的。常用的鋼板樁圍堰由鎖口和鋼板樁兩部分構成，鋼板的主要截面形態采用“Z”形斷面、“H”形斷面、“U”形斷面三種截面形式。其中，“U”形斷面鋼板樁被稱為拉森鋼板樁，也是目前應用最為廣泛的一種截面形狀。拉森鋼板樁采用鎖扣形狀將相鄰兩塊鋼板樁咬合連接成一個整體。現階段常采用的拉森鋼板樁有Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型、Ⅴ型、Ⅵ型五種類型。

鋼板樁圍堰適用于有通航條件的深水水域，借助鋼板打設機械和運輸機械在指定位置打入水下土體中，通過咬合連接形成一個整體，形成阻隔外界水流的封閉作業環境，應根據水域不同選擇合適的圍堰形狀和大小。鋼板樁圍堰形成后在圍堰的內側和外側由于水位差而產生較大的水壓力作用，很容易引起圍堰彎曲變形。為了達到止水效果需要對鎖口連接進行止水性能試驗，也需要對圍堰板體做受力驗算。

鋼板樁圍堰具有以下優點：（1）強度高、剛度大、截面積大、重量輕、力學性能好、慣性矩高、安全牢固；（2）配合使用隔水性能好，耐久性好，可以重復利用避免資源浪費；（3）工程量適中，能有效避免大體積混凝土成本高、施工難度大、一次性使用等缺點；（4）施工快，質量容易保證，工期短。

3 鋼板樁圍堰設計計算

筑島圍堰和鋼板樁圍堰相結合能夠具有很好的強度、防水性能，經濟性也較好，對于施工也是比較方便的。鋼板樁圍堰容易打入堅硬的土層，具有強度高、重復利用率高等優點，因此被廣泛應用于工程中。但是在實際工程應用中需要對鋼板樁采用適合的方法進行計算，以保證計算的可靠性，通常用有限元模擬計算法和傳統計算相結合。以下介紹幾種常用的傳統計算方法。

3.1 自由支撐法計算鋼板樁圍堰

自由支撐一般情況下只用在單錨鋼板樁計算中。鋼板樁計算最小入土深表示為Lmin，該最小入土深通過受力平衡來求得。假定土體在鋼板樁受力范圍內處于極限狀態，鋼板樁需要符合以下要求：

式中：MR為保持樁體穩定性的力矩，是鋼板樁主動土壓力和水壓力對錨點的力矩；M0為鋼板與土體結合處的力矩，是鋼板墻的被動土壓力對錨點的力；KD為鋼板與土體結合處保持穩定的安全系數。

3.2 等值梁法計算鋼板樁圍堰

等值梁法是通過確定的反彎點高度實現等值計算的。在鋼板樁圍堰中，鋼板樁結構作為上部簡支結構，下部兩端梁結構按超靜定結構進行分析計算，通過受力分析求得鋼板樁圍堰的內部受力。等值梁法應用于多錨或單錨撐結構計算時，土壓力為零時是計算時選取的反彎點位置。等值梁法計算的核心是對反彎點的選取，為簡化運算難度，采用下列方法選取反彎點位置：（1）將鋼板樁圍堰進入土體點作為反彎點；（2）選取受力反彎點等于0的點；（3）按照施工地質情況和受力性質確定反彎點位置。

3.3 彈性法計算鋼板樁圍堰

彈性計算原理是把鋼板作為靜定結構，假定鋼板樁墻樁底外側作用點的線位移和角位移、支撐點處的位移全部相等，那么支撐點產生位移就會使墻后土體壓力進行重分布，減小了鋼板樁跨中彎矩，因而跨中彎矩在實際計算時需要考慮折減系數。鋼板樁底嵌入土體狀態為彈性嵌入時適合用該方法進行計算。

4 實例分析

某淺水橋梁施工采用鋼板樁圍堰與筑島圍堰相結合方法，主要土層結構為飽和粉砂土，巖土主要組成及參數如表1所示。

表1 地質土層主要參數表

從上述圍堰特點和使用條件來看，該地段水域特點是比較適合使用鋼板樁圍堰結合筑島圍堰進行施工的，其支護結構平面圖如圖1所示。

圖1 支護結構平面布置圖（單位：mm）

4.1 筑島圍堰結合鋼板樁圍堰支護

該項目采用新型拉森Ⅲ型鋼板樁結合筑島四周筑島支護的方式進行支護施工，在外側采用碎石筑島圍堰形式對下部操作平臺進行支護，以保障承臺和樁基的順利施工，鋼板樁圍堰能夠很好地起到阻水隔水作用。

4.2 施工平臺建設

將砂石筑島作為一個機械穩定的操作平臺，結合打樁設備（該項目采用履帶吊配合振動錘）將鋼板樁圍堰打入承臺外圍進行防護。此次采用鋼板樁距離承臺2m位置進行防護，鋼板樁應高出筑島圍堰高度，鋼板樁搭設到預定深度后需要保證安全穩定，必要時應增加接長鋼板樁長度。該工程水中施工承臺設計尺寸（縱×橫×高）采用5.6m×5.6m×2m及5.8m×5.8m×2兩種。打入第一根鋼板樁后進行對稱打設，在鋼板樁打設前3塊鋼板樁應保證位置準確，確保施工定位的精確，從而更有利于保障施工作業空間。

4.3 圍堰采取堵漏、防滲措施

鋼板樁連接部主要是鎖口連接，通常需要對鎖扣涂抹黃油和鋸末等混合物來保證鎖口接縫密封良好。若鎖口還有漏水滲水現象，則需要通過填充一些軟質密實性好的材料對接口進行處理，將內部填塞與外部貼防水條的形式結合來處理；還可以在抽鋼板樁內水時通過水壓在外側鋪撒木屑等小顆粒將縫隙填充密實。若鋼板樁底部漏水，則需要用澆筑混凝土方式進行封堵。

4.4 鋼板樁圍堰抽水及施工平臺搭設

鋼板樁圍堰施工完成后需要在外圍填筑碎石進行筑島施工，沿著便道方向逐漸推進形成一個穩定的筑島通道，填筑質量和控制方法需要按照相關要求及施工方案實施。該項目施工用土袋碼砌在圍堰內側進行抽水后穩定防護，砌筑高度達到便道的高度以便更好地服務于施工，同時也能保證施工作業安全。筑島施工是將圍堰內部水抽干后換填土形成施工平臺，圍堰內周邊采用土袋碼砌并填土，施工完成后采用設備機械將鋼護筒搭設在設計樁位置，按照樁基施工工序進行樁基施工。護筒高度需要根據相關資料確定，以護筒穿過上部不利土層為宜。鋼護筒在河、湖等圍堰施工中通常埋設較深，施工后一般不拔出護筒，因此需要對鋼護筒做防腐處理。

鋼板樁圍堰主要施工工序如下：（1）鋼板樁插打；（2）降水并開挖土方在樁頂1m位置；（3）安裝第一個鋼支撐；（4）繼續降水開挖到樁頂3.5m以下；（5）安裝第二個支撐；（6）繼續開挖至樁頂以下6m；（7）繼續安裝第三個支撐；（8）直至降水開挖到承臺墊層底部。

5 結論

文章通過對鋼板樁圍堰與筑島圍堰的各自特點進行介紹分析，得出以下結論：

（1）筑島圍堰和鋼板樁圍堰相結合的施工技術適用于河道或水域水深不大的地段，鋼板樁圍堰最常用的形式是拉森型鋼板樁。

（2）鋼板樁圍堰簡化計算模型后計算較為簡單，但實際施工應用中需要考慮的綜合作用因素較多，不確定因素系數取值對計算結果影響較大。

（3）通過淺水河道橋梁施工實例對筑島圍堰和鋼板樁圍堰相結合的施工過程進行相關分析可以看出，筑島圍堰和鋼板樁圍堰相結合施工能夠很好地保證施工的安全性，有利于機械使用和施工的穩定，有效減小了水上的作業難度。