鋼板樁圍堰技術在水中橋梁基礎施工中的應用

李正星

摘 要：鋼板樁是一種常見的圍堰支護施工技術，為水中橋梁基礎的建設提供了施工安全保障和施工平臺，本文對鋼板樁的受力特點進行分析，進一步討論雙排鋼管樁的結構受力情況，并研究鋼板樁施工的主要工藝和質量控制措施。

關鍵詞：水中橋梁基礎;鋼板樁;圍堰技術

1 鋼板樁圍堰技術背景

隨著道路交通網絡建設速度的加快，水上橋梁建設需求越來越多，例如南京長江第四大橋、廣州獵德大橋、杭州灣跨海大橋等重大工程，這些工程需要攻克在深水修建基礎的難題。水中基礎和承臺的施工會受到水土壓力、滑坡、水土沖刷等威脅，因此需要修建圍堰作為臨時性安全結構，圍堰技術具有優良的擋土防水性能，在施工結束后可對其進行拆除，避免對水流和航行產生影響。

傳統的圍堰施工技術包括土圍堰、土袋圍堰、竹（鐵）絲籠等，主要適用于水深小于4m，流速小于2m/s的小型橋梁施工。鋼板樁圍堰是一種比較先進的圍堰技術，適用于流速較快的深水基坑，鋼板樁在工廠預制，整體剛度大，擋水性能好，基礎施工完成后可以將其拔出后循環使用，對環境影響較小。

2 鋼板樁圍堰結構分析

2.1 單排鋼板樁受力分析

對于鋼板樁的受力計算可通過等值梁法，其重點是找到彎矩剛好為0的反彎點，如圖1（a）所示，根據簡化的圖1（b）的彎矩圖，Q點為土壓力為0的點，視為假想鉸，如圖1（c）所示，可以將鋼板樁看做兩段梁構成，Q以下為超靜定結構，Q點以上簡支梁，Q點距離土面的距離y的數值為鋼板樁內外土高差H的1/5-1/10。確定了Q點的坐標后，可以求出結構的支撐軸力、彎矩和剪力，據此進行結構設計。

2.2 雙排鋼板樁受力特點

在深水區域圍堰的鋼板樁可采用雙排結構，雙排設計具有更大的剛度和穩定性，抵抗更大的水土壓力，兩排鋼板樁之間可以采用拉桿或型鋼連接。其受力經歷3個階段，第一階段打入鋼板樁并對雙排安裝支撐，此時樁的內部、外部和雙排之間的水位平衡，受力抵消。在第二階段抽掉雙排樁之間的水，進行防滲處理，其內外兩側受壓，如圖2（a）所示，第三階段將鋼板樁內側即橋梁基坑施工一側的水排掉，此時鋼板樁內側不受力，外側受力，如圖2（b）所示。

對于第二階段和第三階段的兩排樁的應力進行分析，假設某工程的樁嵌入土體內6.5米，得出如圖3所示的彎矩圖，第二階段的彎矩圖如圖3（a）所示，此時變形和受力大小相同，方向相反，在第三階段內部抽水后的彎矩圖如圖3（b）所示，整體可看做一個懸臂剛性結構，前排（外側）的彎矩大于后排，此時后排樁對前排相當于產生拉錨的作用，整體向后排產生變形，因此在鋼板樁內部要設置圍檁和內支撐結構。

3 關鍵施工工藝

3.1 施工平臺搭設

當水域面積大基礎施工距離岸邊遠時需要搭設棧橋平臺，平臺在鋼板樁施工前搭設在其外側，其作用是供運輸車輛通行、臨時放置材料和工人作業的平臺，因此設計承載力較大，可以采用鋼結構施工，其主要步驟包括：利用履帶式起重機吊裝并用振動錘打入鋼管樁，之后吊裝貝雷縱梁安裝在鋼管樁上，最后吊裝橋面板。

3.2 引孔打樁

打入鋼板樁的方法常采用錘擊打樁法，也可采用振動打樁法和靜壓法。錘擊法動力勢能較大，可以打入堅硬的土層，但噪音較大，不適用于鬧市區的橋梁施工。振動打樁法通過振動力將鋼板樁送入土層，這種方法最為簡便經濟，目前已研發低振低噪音的機械施工。靜壓法的動力來源為液壓靜力作用，這種方法噪音很小，但是較難穿透堅硬土層。

3.3 圍堰抽水

如果為雙排鋼板樁，則先對雙排內的空間抽水，這個階段內外產生水頭差，使得雙排的鋼板樁緊密咬合，止水效果較好。之后進一步對圍堰內部采用大功率水泵抽水，需要控制抽水的速度均衡，防止鋼板樁失穩，當圍堰內部施工面積較大時，可以設置分隔倉實現分段抽水，最終使圍堰內部達到干燥的施工條件。

3.4 防滲處理

在施工前應對鋼板樁進行滲漏檢測，尤其是鎖口部位，每間隔1-2米對樁進行松緊試驗，檢查其密實度。在施工過程中如果發生滲漏，比較輕微時可以等待降水完成后處理，如果滲漏點在鎖口部位，用黏土進行封堵，滲漏嚴重且水位較深時，可以使用堵漏劑或者沙袋封堵止漏。

3.5 糾偏控制

鋼板樁的偏移包括縱向和橫向，縱向糾偏可以將樁端處理成楔形（類倒三角），調節土壓力進行糾偏。傾斜度較小時，可以利用卷揚機等設備將鋼板樁向反向拉伸再繼續插打。傾斜度較大時，可采用滑輪組多次調整，來進行糾偏。針對橫向變形，可在板樁之間插打箱型樁，增強板樁基的橫向剛度，形成約束作用抵抗變形。當鋼板樁位置精確時，才能使圍檁和內支撐與板樁較好的貼合。

4 結語

鋼板樁圍堰為水中橋梁基礎的施工提供干燥良好的封閉環境，便于施工作業和拆除，對環境影響小，在進行鋼板樁設計前應對其進行受力分析，確定合適的結構。施工的主要工藝流程包括棧橋搭設、打樁、圍堰抽水，需要及時進行防滲和糾偏處理。

參考文獻：

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