高速公路橋水中墩鋼板樁圍堰的設計與施工技術

張彪

（中交二公局第一工程有限公司，武漢 430000）

1 工程概況

南京至馬鞍山國家高速公路NM-SG4 標段起訖樁號K3+200～K6+000，總長2.8km，沿線新建橋梁總長837.2m，寬度41.5m。橋梁施工中，上部結構主橋為55m+100m+55m變截面連續鋼箱梁，單個箱梁底寬6.25m。下部結構為變截面實體墩，尺寸控制標準為長7.2m、寬3.2m，且沿水流方向依次布設。現場河流對施工的影響較為明顯，為維持橋墩基礎的穩定性，采取承臺和群樁相結合的方式，其中對13#～15#的墩臺結構采取針對性優化措施，選用鋼板樁圍堰形式。

2 支護、支撐系統的基本結構

通過對地勘資料的分析可知，主墩承臺基坑開挖現場以填土和淤泥居多，不具備良好的地質條件。對此，開挖期間通過鋼板樁支護的方式以維持安全性。

鋼板樁為拉森Ⅳ型，高170mm、寬400mm、厚15.5mm，要求施工所用鋼板樁無穿孔。相鄰鋼板樁通過H 型鋼圍檁穩定連接，構成完整結構體系，圍檁與鋼板樁形成間隙時，可向其中置入合適厚度的鋼墊板。轉角處穩定性欠佳，配套φ630mm×10mm 鋼管，以形成穩定的內支撐體系。其他方面，配套挖掘機、自卸車等相關施工設備，總動荷載取20kN/m。

鋼板樁運抵現場后，全面檢查并清理鎖口內的雜物，若鎖口存在扭曲等異常狀況，需及時采取矯正措施，確保各片鋼板樁的兩側鎖口均保持平行的位置關系，且寬度應盡可能具有一致性。鋼板樁裝卸作業均采取的是兩點起吊的方式，需嚴格控制單次吊裝鋼板樁的數量，并加強對鎖口處的防護，以免其受到損傷。現場專員指揮吊運，操作人員與之密切溝通，及時獲取操控指令，依據規范完成相應操作。鋼板樁堆放時需充分考慮后續施工情況，注重對堆放順序、位置、方向等方面的控制，以便施工期間可根據需求快速取用鋼板樁。此外，為避免鋼板樁受損，要求堆放高度不超過2m。

3 鋼板樁圍堰施工技術

3.1 測量定位

墩位承臺控制點應具有準確性，經復核后若無誤，則對其采取保護措施，確定與承臺邊線相距2.0m 的區域，在該處搭建導向架，依次將鋼板樁插打到位，確保其位置的準確性。插打工作量較大，采取50t 吊車和震動錘相結合的方式。需注意，插打鋼板樁前必須全面檢查鋼板樁的邊線位置，在滿足要求的前提下方可打入。

沉樁前密切關注現場情況，經計算后確定首樁的測點位置和具體工藝參數，通過任意角交會控制定位，應保證交會角穩定在60°～120°，并且點距不宜超過150mm。在確定測控點和樁位各自的具體坐標后，進一步展開計算，得到測控點與樁位所形成的夾角和距離，通過全站儀高精度控制樁位。施工全過程中，鋼板樁應維持垂直的狀態，利用全站儀及時檢測，若存在誤差則靈活調整，要求偏差不超過1%。

3.2 鋼板樁施工

鋼板樁施工全流程中，沉樁軸線應滿足要求，需嚴格控制樁的打入深度，且不可發生屈曲變形現象。導架應具有足夠的剛度和穩定性，可將其作為施工圍檁而使用，主要包含導梁、圍檁樁2 部分，共同組成完整的結構體系。圍檁樁間距以2.5～3.5m 較為合適，具體視實際情況在該區間內合理調整。

鋼板樁施打采用的是吊機帶動振錘的方式，施打前應準確勘查現場并查閱區域內的既有建設資料，明確地下管線、構筑物等各類既有建（構）筑物的分布情況，經測量后放出支護樁中線。逐根檢查板樁，清理連接鎖口處的銹跡等雜物，向鎖口內部涂抹適量油脂，以便后續可快速拔出鋼板樁。插打期間應加強對樁體斜度的檢查，該值不宜超過2%，必要時拔起并再次施打。以屏風式打入法較為合適，其特點在于可有效保護鋼板樁，以免發生屈曲、扭轉等現象。實際操作時，可取10～20 根鋼板樁成排插入導架內，從而形成屏風狀的結構，再將其施打到位。嚴格控制屏風墻兩端的鋼板樁，應保證其在標高、垂直度等方面都可滿足要求，再通過電焊的方式將其固定在圍檁上。

施打順序較為關鍵，將直接影響鋼板樁的垂直度、打樁效率等，因此，須確定合適的鋼板樁施打順序。以屏風墻兩端已搭設到位的鋼板樁為參考，若呈逆向傾斜狀態，宜按照正向順序施打；反之，則按照逆向順序依次施打到位；對于鋼板樁墻長度較大的情況，較為適宜的是按復合順序施打。檢查井的4 個角均配備轉角板樁，若因條件限制而無法使用此類鋼板樁時，須利用舊輪胎等材料密封。

3.3 合龍段施工

鋼圍堰合龍段應設置在轉角處，原因在于該處具有雙向調整的特征，可快速合龍到位。對于已施工到位的鋼板樁，需檢測其與轉角的距離關系，經計算與分析后判斷是否可順利合龍，若無法滿足合龍要求，則需進一步考慮距離偏差情況，若差值較小，較為合適的是小范圍調整鋼板樁施工軸線。若經過上述處理后依然難以順利合龍，則需制作異形樁，直至能夠有效合龍為止。

3.4 圍堰內抽水、挖泥、安裝內支撐

現場抽水，待無積水現象后再使用小挖機開挖，期間應密切關注地質變化情況，適時采取防護措施。施工流程如下：（1）鋼板樁插打到位后，須組織開挖抽水作業，到達+15.0m 處時設第一道支撐；（2）到達+12.0m 時，在+12.5m處設第二道支撐；（3）到達+9.2m 時，在+9.7m 處設第三道支撐；（4）到達+6.0m 時，在+6.5m 處設第四道支撐；（5）到達+3.575m 時，需及時澆筑墊層硅（厚度設為0.5m，頂標高4.075m）；（6）安裝鋼支撐。根據基坑結構特點，共設置四道φ630mm×10mm 鋼管支撐，各自對應的標高依次為+15.5m、+12.5m、+9.7m、+6.5m，保證鋼管支撐安裝到位后，在該裝置與板樁墻之間設鋼圍檁（須控制好鋼圍檁的受力傳遞狀態，必須具有均勻性，否則將由于受力不均而引發連續墻接頭變形現象），均使用的是480mm×300mm H 型鋼，但第一道采取單排結構形式，除此之外均為雙排型鋼。圍檁與鋼板樁易產生空隙，需在其中設置廢舊型鋼支墊。若因情況特殊而存在支撐鋼管接頭時，須利用鋼板沿接頭四周采取加固措施，要求鋼板尺寸至少應達到100mm×200mm，數量需達到8 塊或更多。鋼板與鋼管的連接可采取焊接方式，且必須做到滿焊。焊接期間需注重對鋼管軸線的檢查，要求始終保持順直的狀態，偏差不宜超過0.5%。

3.5 圍堰拆除

承臺施工成型后，向承臺與鋼板樁圍堰間所形成的區域回填適量沙土，直至回填高度與承臺面標高相同為止，此后方可設置墩身等其他結構。墩身高度21.85m，分2 次依次澆筑到位，待混凝土強度提升至設計值后，需將預先設置好的鋼模拆除，向墩身與鋼板樁之間的區域回填沙土，若無誤，則分層拆除鋼圍檁。此后即可將鋼板樁拔除，但此時的擾動性較強，因此，必須注重對施工方法的選擇。首先，應保證鋼板樁下部結構能夠與混凝土相互分離，在此基礎上方可進一步拔樁。實際操作中，可采取錘擊振動的方式，將樁體向上拔起1～2m，待松動后方可完全拔起；對于鎖口變形的樁，其拔樁難度相對較大，應提高拔樁設備的工作能力，目的在于將相鄰樁同時拔出。

4 施工難點及應對策略

鋼板樁的長度達30m，加之現場水深度較大的特點，在此條件下組織鋼板樁圍堰施工時伴有諸多難點：

1）鋼板樁長度較大，導致吊裝的便捷性下降，施打過程中易發生彎曲、變形等異常狀況，且樁底易偏位；

2）深水漂浮問題較為明顯，易對鋼板樁的定位精度造成影響，其垂直度易產生偏差，邊線彎曲的概率較大；

3）圍堰臨水面積較大，存在較強的側壓力，對板壁產生持續性作用，隨時間的延長而導致板壁失穩，易發生滲漏水現象；

4）不利于封底作業的順利開展。混凝土體積偏大，施工持續時間較長，且現場水深普遍達到20m，存在較明顯的水壓作用，需嚴格控制提管和混凝土澆筑的速度。并且，由于基底偏軟弱，在施工期間易發生地層混凝土擠淤現象[1]。

鑒于上述所提問題，提出幾項應對策略，以便順利完成鋼板樁的各項建設工作。具體有：

1）先設置圍囹，若無誤再打樁。圍囹下放須按照分層的方式依次完成，安排潛水員在水下作業，應根據圍囹的結構特點增設適量導向點。此舉的作用在于提高鋼板樁施工期間的可控性，保證扭曲變形、打入的垂直度及邊線的走向均處于高度可控的狀態，使其完全滿足設計要求。在鋼板樁的插打過程中，則須保證鋼板樁能夠緊貼圍囹。

2）配置超長平板駁船，以便及時運輸施工所需材料；長臂浮吊共設置4 個吊點，共同完成鋼板樁的起吊作業。

3）同時采取液壓壓樁和吊壓的方式，確保壓樁具有穩定性。

4）以圍堰水下封底混凝土的施工特點為依據，提出幾點應對措施：（1）確定圍堰的施工尺寸，將其分為12 個倉，以廢舊模板為基礎材料，經加工后形成分倉隔板；完成水下挖基作業后，將分倉隔板下放至指定的設計高程處，與此同時設置鋼管，從而實現對鋼護筒的雙向支撐；隔板與護筒2 部分結構需通過[10 槽鋼以焊接的方式構成穩定的整體，以作為隔板支撐而使用。（2）按特定的順序完成封底混凝土澆筑作業，首先，須澆筑A、E、I、D、H、L 6 個分倉，期間及時監測混凝土面的上升量，當其達到1.0～1.2m 時暫停灌注；轉移料斗，以便完成B、C、F、G、J、K 6 個倉的混凝土澆筑作業，待該處提升2.0～2.2m 時暫停，轉移料斗并完成其他部分的澆筑作業，按照此方式有序施工，直至艙內混凝土提升至設計高程為止。在保證封底混凝土施工到位后，需及時進行基坑抽水，若存在鎖口嚴密性不足的情況，可使用濕棉絮塞縫，以免漏水。若遇到樁縫寬度較大的情況，則需要采取麻絲根摻黃油塞縫止水的方式，并沿樁角順水流方向依次灑粉煤灰等材料，避免漏水現象。

5 結語

大橋水中墩施工條件較為特殊，易出現施工質量問題。隨著行業技術的發展，鋼板樁圍堰施工技術的應用優勢逐步顯現，可兼顧安全、施工質量、經濟效益等多重要求。本文以工程實例為依托，圍繞水中墩鋼板樁圍堰施工技術展開探討，提出具體的控制要點，希望能為類似工程提供參考。