鋼板樁圍堰技術在橋梁施工中的應用

單龍

中鐵十四局集團第三工程有限公司 山東濟南 250399

橋梁是交通基礎設施重要的組成部分之一，其施工難度大、周期長，尤其是橋梁下部結構中的樁基，它是深入土層的柱形構件，作用是將作用于樁頂以上的荷載傳遞到土體中的較深處，其施工質量的優良，是衡量橋梁穩定性的重要指標。在橋梁施工過程中，運用鋼板樁圍堰能有效提高施工效率，降低投入成本，被廣泛推廣應用。

1 鋼板樁圍堰的概述

鋼板樁圍堰技術適用于深水超過7m，且流速較大的砂類土、黏性土、碎石土及風化巖等堅硬河床的工程。鋼板樁圍堰有矩形、多邊形、圓形等，鋼板樁有直形、Z形、槽形、工字形等，可做成單層或雙層圍堰。橋梁工程施工中，淺基多用矩形及木導框，深基坑多用圓形及型鋼，因其防滲性能好，多用單層圍堰。如用雙層圍堰時，在雙層圍堰的夾層中間一般填黏土，特殊情況下，在夾層下部灌注水下砼提高其防滲性能。在鋼板樁圍堰的施工中，多用槽形鋼板樁。在施工鋼板樁圍堰時，圍堰頂部高程按照施工期間可能出現的最高水位加超高0.5m來確定。圍堰內側與基坑頂邊緣之間的距離要＞1.0m。若基礎較深，坑壁土質不良，滲水量大，邊坡(坑壁)容易坍塌，那么，圍堰內側與基坑頂邊緣的距離要適當增大，以確保安全。

鋼板樁是一種帶鎖口的型鋼，其截面分為直板和槽型兩種類型。拉爾森型和拉克萬納式是當前鋼板樁圍堰常見的結構模式，利用鋼板樁組合出各種不同的結構類型，有助于各類橋梁的構建，同時其還具備極為堅實的結構特性，且能達到較強的防水性能，在提升橋梁工程質量方面發揮著重要作用。橋梁工程施工中，沉井式圍堰使用最為廣泛，由于其具備單壁封閉型的結構特點，且圍堰內部設有縱橫的支撐結構，可自由組合成圍籠，具體操作過程簡便快捷。在設置鋼板樁圍堰時，需綜合分析水域和航道等具體因素，確保圍堰高度[1]。

2 鋼板樁圍堰設計

某運河特大橋橋梁采用懸澆預應力箱梁+組合箱梁形式，橋梁全長1155.2m，其中16#～17#墩為120m懸澆主跨位于運河河道內。

2.1 鋼板樁及支撐計算

在施工的過程中，首先要了解各項裝置的尺寸和材料等，還有就是鋼板樁的總長度、入土深度，以及內力和應力，進行準確有效的計算。在施工過程中，首先要下放到位圍檁和內撐的焊接拼裝，然后按照圍堰內吸泥的設計標準完成對鋼板的打設。

經計算，開挖尺寸為17.6×12.1m，圍檁共布置三道支撐。第一至第三道圍檁全部采用雙拼H型鋼(HM500×300b型)。內側斜撐采用外徑609mm、壁厚12mm鋼管。第一道圍檁的中心線在鋼板樁頂往下0.7m處，第二道圍檁中心線距第一道圍檁中心3m，第三道圍檁中心線距第二道圍檁中心2.8m。

2.2 封底混凝土計算

一般情況下，鋼板樁圍堰封底混凝土驗算過程包括封底混凝土拉應力驗算、鋼護筒間黏結力驗算、圍堰整體抗浮驗算、封底混凝土厚度驗算、抗管涌驗算、基坑坑底抗隆起驗算等。在驗算封底混凝土厚度時，要按照四邊簡支整個混凝土的封底，然后按照相關的公式進行計算[2]。

3 鋼板樁圍堰施工技術分析

3.1 鋼板樁施工

裝卸鋼板樁采用兩點吊，采用鋼索捆扎成捆起吊，數量不宜過多，防止變形損傷。吊車各部件性能良好，支立安全穩固，支腿下必須墊鋼板和枕木。還需要用氣割的方法在鋼板樁頂下距離十厘米的中心位置割開一個直徑五厘米的洞，這樣可以方便鋼板樁的吊運。吊運過程中還需注意使用吊環把吊線和鋼板樁結實的連接起來。吊運鋼板時為了避免吊裝時出現劇烈的晃動，在其下部需要束上一條繩子。在安裝過程中，為了不讓節點出現扭轉和損壞的情況，避免斜著拖拉鋼板樁。打樁時為了避免在安裝鋼板樁過程中出現轉動或是移動，可使用卡板來固定。鋼板樁在打入土中以后，一定要確認其深度不會出現倒塌情況。根據施工的現場條件，在棧橋及陸地上插打鋼板樁直接使用50t履帶吊配合90型震動錘來進行，要注意在插打操作之前，對鋼板樁邊線的位置進行復核，位置確定無誤以后，鋼板裝需要逐根的進行打入。

3.2 合攏段施工

做好鋼板樁的合攏作業，可在一定程度上提升圍堰的防滲漏性。合攏施工對技術上的要求較高，本次項目將鋼板樁合攏作為施工重點。進行合攏作業前，需先實際測量使用鋼板樁的寬度，才可進行拼接合攏作業。拼接過程中，會出現兩個鋼板樁之間鎖口不相對的情況，主要可通過以下方式來解決這一問題：

（1）借助千斤頂來使鋼板樁相錯的鎖口變成相對的平行狀態。

WANG Xiang-yun, CHEN Qian, SUN Ya-hong, BAI Chong, SHANG Yan

（2）為保證整體施工質量及施工效率，最佳的合攏施工工序，需在進行插打作業進行的過程中查看鋼板樁鎖口位置的對接情況，若發現相錯的情況，可及時進行調整。主要調整方式可借用復滑車將鋼板樁升起以使鎖扣位置平行。依據這一施工工序，則需在水下完成鎖口尺寸的測量作業，最佳的測量區域為每層圍堰的導換平面。借用木條在水下衡量敞口的尺寸，而后將木條拿至水上，實際測量木條的長度，以記錄鎖口的尺寸。當完成測量作業后，選擇最佳配對尺寸的鋼板樁進行拼接。

（3）若鋼板樁的插打工作已經完成，且此時鋼板樁的鎖口位置還是無法準確的相對，則需借助外力使鋼板樁進一步插入底床。若鋼板樁有較長距離的部分為進入鎖口，且通過外力下壓無法解決時，可借助復滑車進行作業，使鋼板樁進入鎖口。

（4）在進行合攏作業時，常會出現上部窄而下部寬的情況，進而會使鋼板樁插打時，最后一根樁受阻。本案例項目通過將相鄰鋼板樁的上部外移，而使鋼板樁上下口尺寸相近實際施工作業中，可先對鋼板樁的上部及下部口尺寸進行測量，而后依據實際寬度做出符合要求的異形鋼板樁，作業中先完成異形鋼板樁的插入作業，而后進行常規鋼板樁的插打[3]。

3.3 圍堰內抽水、挖泥土、安裝內支撐

根據地質分布圖以及施工的現場，河床面以下的所有質地的黏土都用高壓水槍來沖，然后再用泥漿泵把其從圍堰里抽出去。如果因地質變化而出現堅硬的黏土時，使用水槍是無法沖下去，一定要用挖機將其挖出圍堰。

3.4 圍檁制作

基坑鋼板樁圍堰根據開挖深度，設置2道內支撐體系，型鋼材質均采用Q235級，支撐體系的節點均采用平接方式焊接，圍檁下安設間距3.0m的鋼牛腿。圍檁安裝步驟：丈量安裝圍檁的長度（即兩端圍檁的距離）；根據測量的尺寸及基坑內鋼支撐所處的位置、配料、編號；按照設計間距將鋼牛腿立焊在指定位置；用現場吊車將配置好的鋼圍檁型鋼料吊放就位；全面進行焊接結束后進行焊接檢查，經檢驗無誤，完全達標后，再進入下道工序。圍檁轉角連接處采用鋼板夾緊處理，確保圍檁整體結構穩定。

3.5 開挖抽水、內支撐安裝

圍檁安裝完成后，立即勁內支撐安裝，圍檁與支撐連接處采用16mm厚鋼板加勁處理，內支撐和圍檁采用型鋼制作連接柱，連接柱兩端焊接2cm厚鋼板，與圍檁連接處采用滿焊焊接在圍檁側面中心與圍檁中心線平齊，與支撐鋼管連接段鋼板打孔用M22螺栓與鋼管法蘭栓接。鋼管長度不足的中間也采用法蘭和螺栓進行接長連接。

內支撐施工順序為先施工中間兩道對撐，然后再施工四角大斜撐，最后施工四角小斜撐。待內支撐全部安裝完畢，并經技術人員和安全員檢查焊接和連接質量，具備下一步施工條件后，方可進行下一步施工。施工步驟如下：完成鋼板樁插打后，第一道支撐在挖抽水至4.5m標高處安裝；第二道支撐在挖抽水至1.5m標高處安裝；第三道支撐在挖抽水至-0.5m標高處安裝；開挖抽水至-3.17m標高處，澆筑墊層砼；砼墊層采用50cm厚C30混凝土，在基坑基地開挖清理完畢后立即進行砼墊層澆筑，采用泵車送入，人工振搗密實，在四角鋼板樁處設置土工布隔層，防止鋼板樁拔除困難。

3.6 防漏水措施

鋼板樁進行圍堰施工難點之一就是鋼板樁鎖扣之間是否緊密的連接，這點主要是直接影響著圍堰抽水的成功與否。因此要控制好鋼板樁施工時的每一道工序。

分配專業人員到現場檢查鋼板樁鎖口有沒有變形的，如果有就要調整以后才能使用，還要把鎖口間的雜物進行清除；要用帶有黃油混合物的油膏涂抹在鋼板樁的鎖口，可起到防漏水的作用；要確保插打鋼板樁時垂直，防止相互傾斜的鋼板樁之間鎖口無法密貼；鋼板樁圍堰在抽水后，如果漏水的縫隙較小，可根據水壓差降吸力的原理，把一袋干細砂或鋸木屑等填充物堵在漏水的縫隙處，填充路會通過犀利的作用被吸入到漏水的縫隙處，這樣漏水的位置就會被堵塞，漏水量就得到了有效的減少。如果是嚴重的漏水情況，可把舊棉被或是土工布剪成條狀，讓潛水員從水面到河床面用棉條把漏水的縫隙堵塞；坑內在承臺位置以外四周設排水溝，做好防雨措施準備工作。

3.7 鋼板樁拔除

（1）鋼板樁的拔除需要使用機械，拔樁施工的難易程度根據每個樁的實際情況而定，所以施工前需對每個樁進行詳細調查。

（2）拔樁施工是在圍檁拉桿完成拆除以后進行的。需要使用振動錘逐一進行清除，拔除與清走需密切配合，確保場地清潔。在相鄰板樁拔除時，因先將鋼板樁與加固槽進行分割。鋼板樁拔除后應及時清理現場，出現變形的鋼樁需要校正，無需校正的應及時運走，對施工場地進行整理使用振動錘進行二次整理用以克服黏附力。

4 施工問題及處理措施

4.1 打樁受阻

之所以會出現打樁受阻的現象。主要是因為砂層等地質條件或鋼板樁連接的鎖口出現銹蝕或變形而導致的，使得打樁操作無法持續進行。因此在正式施工前，應對施工區域的地質狀況進行深入了解，認真檢查樁體是否符合施工要求，如有問題需妥善處理后方可進行打樁施工。

4.2 偏斜

由于鋼板樁在極為復雜的地質條件下施工，極易受到大石塊等地下物質的擠壓，進而出現偏移現象，如果出現該現象，需通過糾偏的操作進行處理，通常是把出現偏移的鋼板樁向上拔高1～2m，然后再繼續向下錘進，經過反復多次的操作，從而達到糾正鋼板樁偏斜的目的。

4.3 鋼板樁不能順利合龍

對于鋼板樁不能順利合龍的情況，可以通過控制鋼板樁圍堰平面尺寸來予以防范，另外還需要注意在打樁時要注意樁體的垂直度和具體尺寸，如果發現問題應及時調整。

5 質量控制要點

質量工作以項目經理為首，需要有資質的工作人員在質量管理方面配合工作，從中協調設計施工中的問題。

材料應根據加工程度和工序需求購置，并確保其質量達標。鋼板樁送到現場后，需要按分類、編號統一整理堆放。鋼板樁鎖口需要經過標準鋼板進行滑動試驗，不合格的鎖口需要校正后重新試驗，待合格后方可使用。

鋼板樁質量要求：樁的垂直度必須控制在1%以內；樁底行程錯誤率控制在10cm上下；沉樁要持續；樁的平面位移控制在15cm范圍內。

在使用拼接接長的鋼板樁時，鋼板樁的拼接接頭不能在圍堰的同一斷面上而且相鄰樁的接頭上下應錯開至少2m。所以，在組拼鋼板樁時應按照施工順序排放材料，提前做好規劃。

使用鋼板進行樁圍堰時可能會出現圍堰里的水位高于圍堰外水位的情況，需防止其發生。因此在低洼處預埋連通管束，在抽水時予以封堵。對圍堰內抽水，板樁之間可能出現漏水現象，這種情況可以使用木屑、木質廢料、細小煤顆粒、谷糠等細物鋪設在外表面，憑借吸力起到堵水的作用；也可以使用板條、棉絮等物品填充在鎖口內。撒煤渣等物堵漏時，也應考慮水流方向、漏縫深度等，使用工具將其從縫隙慢慢倒入。等到各支撐面導梁見水后，必須在導梁與板樁之間的縫隙使用材料銜接，可以選擇木楔填充，確保導梁充分受力[4]。

6 結語

鋼板樁圍堰是橋梁工程的關鍵環節，因其防水性、高強度、施工結束后回收率較高等特性，被很多工程所采納。為了確保工序符合標準要求必須在各個環節提高精度，還應配備專業人員現場指導施工，在圍堰顯眼的地方放置水位卡尺，以便隨時根據水位變化調整圍堰施工計劃。