鋼圍堰在地下管廊穿河施工中的應用

王麗娜

(中鐵十六局集團有限公司,北京 101100)

1 引言

文章依托于工程實例，介紹鋼圍堰在綜合管廊穿河施工中的應用，對鋼圍堰的施工工藝進行詳細的論述，并針對性地介紹了施工過程中的質量保證措施，為類似工程項目施工提供參考。

2 工程概況

2.1 工程背景

本文以北京市通州區副中心行政辦公區綜合管廊穿越運潮減河施工為案例，工程毗鄰東六環路，位于運潮減河與北運河之間，包括市委政府、人大、政協及相關委辦局在內。2012年，北京市第十一次黨代會上明確提出“落實聚焦通州戰略，打造功能完備的城市副中心，盡快發揮新城對區域經濟社會發展的帶動作用”。行政辦公區為城市副中心內重要的政治功能核心區域，將成為引領未來北京城市建設的標志性建筑。

本工程設計綜合管廊外結構尺寸為6.25m×3.60m，沿北京市通州區潞城鎮宋梁路北延道路以西敷設，北起通燕高速，南至潞城東街，綜合管廊工程總長度約1.6km，管廊在召里橋上游30m處下穿運潮減河，穿河底段采用鋼圍堰進行截水，然后采用明挖+直墻支護(鉆孔灌注樁)的方式進行施工，管廊頂距河底約5.5m。

2.2 地質狀況

工程場地位于潮白河沖洪積扇的中下部，受河道影響，地形有一定起伏，勘察期間實測河道內鉆孔孔口處(河底)地面標高為14.97～15.07m；河岸上鉆孔孔口處地面標高為21.38～23.04m。根據巖土工程勘察成果資料，將地面下40m深度范圍內的地層劃分為人工堆積層、新近沉積層及第四紀沉積層，并根據各土層巖性及工程性質指標又分為6個大層及亞層。位于現狀河道內的人工堆積層厚度較大且含有大量腐殖質，工程性質差。

3 鋼圍堰施工簡述

鋼板樁圍堰是最常用的一種板樁圍堰。鋼板樁的型式通常是一種帶有鎖口的型鋼，鋼板通常有直板形、槽形及Z形等，并且有各種大小尺寸及聯鎖形式。具有強度高、易打入堅硬土層、可在深水中施工、防水性能好、能組成各種外形的圍堰、可多次重復使用的優點。廣泛應用于橋梁下部結構基礎施工中，施工通常采用單壁封閉式，圍堰內部設有縱向的、橫向的支撐，跨度過大時，往往增加斜支撐，使鋼板環繞連接成為一個圍籠。例如中國南京長江橋的管柱基礎，就使用鋼板樁圓形圍堰，它采用鋼板環繞連接形成一個直徑21.9m的空間，在此范圍進行施工作業。

4 鋼圍堰施工工藝

本工程圍堰采用SP-IV型拉森鋼板樁圍堰，圍堰每隔6m設置一道橫向隔墻，一期、二期上下游圍堰和一期縱向圍堰寬度1.0m，鋼板樁長9.0m，埋深4.3m，外露4.7m，擋水高度3.7m，圍堰外設兩道雙拼工字鋼腰梁，腰梁之間采用鋼絲繩連接，豎向間距2.5m，水平間距2m；二期縱向圍堰寬度6.3m，鋼板長9m，高度4.7m，擋水高度3.7m，圍堰外設兩道雙拼工字鋼腰梁，腰梁之間采用鋼絲繩連接，豎向間距2.5m，水平間距2m。

主要施工工序：施工準備→測量定位打樁軸線→安裝導向架→插打試樁→鋼板樁合攏→排水→主體結構施工→拆除。圍堰內填土土料選用黏粒含量為10%～35%、塑性指數為7～20的黏性土，回填壓實度為不小于0.91。抽水過程中，時刻保持圍堰監測，一旦圍堰發生傾斜或圍檁出現斷裂等情況，即刻采取加固措施。

4.1 圍堰施工工藝選擇

圍堰實施過程中，鋼板樁如何施工是需要考慮的問題，本項目通過對質量、進度、安全、成本等多方面考慮，經考察和比較相類似的項目，通過以下三種施工工藝對比，最終選用鋼棧橋作為工作面的方案進行施工。

(1)采用吊機，吊船進行鋼板樁的施工。

(2)采用鋼棧橋，利用打設好的鋼棧橋作為作業面，在鋼棧橋上進行鋼板樁的搭設，同時鋼棧橋還可以作為鋼板樁的定位參照。

采用吊機、吊船對于鋼板樁的位置以及作業面的環境，受氣候環境影響比較大，采用鋼棧橋，鋼棧橋作為施工作業面，能有效控制鋼板樁的位置，并且降低了一定的安全風險。

4.2 鋼圍堰施工工藝

施工準備→測量定位打樁軸線→安裝導向架→鋼板樁插打→鋼板樁合攏→圍堰封底→圍堰回填土→排水→主體結構施工→拆除。

4.2.1 施工準備

(1)鋼棧橋的搭設

鋼棧橋在河道拉森鋼板樁范圍外0.5m處布置，橋面寬度6m，棧橋樁基采用Φ600(厚12mm)鋼管樁，單根長度12m，入土約8m。橫向布置為每排4根鋼管樁，間距1.2m，縱向布置間距5.5m。

鋼管樁頂面橫橋向架設36b型雙拼工字鋼橫梁，每排樁布置1道，在其上方沿縱橋向架設36b型單拼工字鋼縱梁，單拼工字鋼橫向間距為0.5m。單拼工字鋼縱梁工字鋼架設完畢后，在其上鋪設20mm厚鋼板。棧橋橋面采取在鋼板上焊接鋼筋的防滑措施，并在棧橋兩側設置防護圍欄，結構形式為工字鋼立柱，架子管橫向連接。

(2)材料檢查

施工前需要對鋼板樁進行變形檢查，對變形嚴重的鋼板進行校正，然后做鎖口通過檢查。鎖口檢查方法：首先選用長約2m的相同類型、相同規格的鋼板用作標準，然后利用卷揚機拉動標準鋼板平車，從樁頭至樁尾作鎖口檢查，檢查通過的投入使用，不合格的退場。

(3)設備檢驗

本工程采用日立牌ZX490LCH-5A-FL型振動打樁機進行鋼板樁圍堰施工，施工前，做好準備工作，檢查振動錘，保證振動錘線路暢通，功能正常，檢查振動錘機械的夾板鋼齒磨損程度。

4.2.2 測量定位打樁軸線

施工前對水下、河底進行障礙物調查，確保無障礙物影響鋼板樁圍堰施工。利用鋼棧橋位置和走向，控制鋼板樁圍堰的位置。

4.2.3 鋼板樁插打

鋼板樁插打利用日立牌ZX490LCH-5A-FL型振動打拔樁機逐片插打。為保證鋼板樁的垂直度，用兩臺經緯儀在兩個方向加以控制。第一片鋼板樁插打后，進行檢測，確定是否打設合格，確定合格后，以第一塊鋼板樁為依據，向兩邊對稱插打，施工過程中要保證每一塊鋼板樁打設到符合的設計位置。采用錘球控制樁的垂直度，若有偏差，及時進行調整。每一片鋼板樁先利用自重下插，當自重不能下插時，才進行加壓，直到到達規定設計的位置。插打過程中，須遵守“插樁正直，分散即糾，調整合攏”的施工要點。

鋼板樁的插、打符合以下規定。

(1)插、打前在鎖口內須涂抹防水涂料(或黃油混合物油膏)。

(2)吊裝鋼板樁的吊點結構牢固安全、位置準確。

(3)鋼板樁在黏土中不宜采用射水法沉樁，錘擊時應設樁帽。

(4)應設插、打導向裝置，最初插、打的鋼板樁，應詳細檢查其平面位置和垂直度。

(5)需要接長的鋼板樁，其相鄰兩鋼板樁的接頭位置，應上下錯開不少于1m。

(6)鋼板樁的轉角及封閉，可用焊接連接或騎縫搭接。

4.2.4 圍堰合攏

在圍堰將要合攏時，通過測量計算，明確鋼板樁底部的直線距離，根據鋼板樁的寬度計算，明確所需鋼板樁的片數。

為了保證合攏處兩片樁在一個平面，施工過程中調整好角樁方向，保證合攏處鋼板樁一面的鎖口與對面的鋼板樁鎖口保持平行。

施工允許偏差

4.2.5 圍堰封底

鋼板樁圍堰合攏，第一道圍囹及支撐安裝完成后，應根據地層地質情況、鋼板樁打入覆蓋層的深度及圍堰內外水頭差，綜合判斷圍堰內側是否需要封底，并計算封底混凝土的厚度。為保證封底質量，封底前應進行清淤、拋填片石、拋填砂帶等作業。

(1)清淤

圍堰合攏后進行基底清淤。清淤的目的是使基底達到設計高程并清除基底淤泥，清淤方法為:用空氣壓縮機帶動空氣吸泥機，利用水位的負壓通過吸泥機管路將基底淤泥、泥砂清除。用吊車吊住吸泥機，以便移動位置，并用測繩測量基底高程及平整度。注意吸泥清淤時應及時向圍堰內補充清水，以便保持水頭壓力。

(2)拋填石

為保證封底順利，在基坑底部清理淤泥到設計標高后，在底部拋填厚度為50cm的片石，片石的粒徑不大于20cm，完成之后，采用水下混凝土進行封底。

(3)圍堰基坑底部封底

圍堰基坑底部采用C25水下砼封底，坍落度控制在220～240mm,封底厚度通過計算確定，不小于1m。水下封底的砼一次連續澆注完成。砼澆筑采用導管法，導管設計作業范圍為直徑6m的圓。

4.2.6 圍堰回填土

兩排鋼板樁圍堰中間回填黏土夯實，選用黏粒含量為10%～35%、塑性指數為7～20的黏性土，回填壓實度為不小于0.91。

4.2.7 圍堰內排水施工

鋼板樁打進土層之前，在鎖口的內側涂一些鋸末、黃油等潤滑混合物。如果鎖口連接處由于不緊密而發生漏水時，可以考慮采用棉絮堵塞接口處，外側包裹一層起著防水作用的彩條布。

圍堰在抽水工作的過程中，需要加強其鋼板樁的止水與堵漏的措施。抽水工作同時應該在處于水中的外側漏縫處添加大量谷糠或木屑與爐渣混合的產物，使其通過水的夾帶作用，于漏水處發生自行堵塞，對樁腳發生漏水的位置，使用局部砼封底等措施。支護止水工作之后，開始基底清理工作。在圍堰范圍內開設集水坑，并且周邊設置排水溝，工作同時需要及時使用水泵排除滲水。

鋼板樁圍堰內基坑排水應符合以下規定。

(1)堰內積水和滲水量根據要求測算，繪制排水量和下降水位值之間的關系圖，在堰內設置水位觀測標尺以方便觀測與記錄。

(2)排水量由于水位下降導致異常時，需要馬上停止排水，檢查原因后及時處理，方可重新排水。

(3)開始排水后，發生堰內水位不下降或上升時，必須馬上停止排水并進行檢查，如果發現圍堰變形、結構不穩定，必須立即向堰內注水，使其恢復至平衡水位后，查明原因并經處理合格后方能抽除堰內水并重新排水。

4.2.8 鋼板樁施工中遇到的問題及處理措施

(1)打樁工作中遇上孤石、其他不明障礙物，導致鋼板樁打入深度不足，應當利用轉角樁或弧形樁繞開。

(2)鋼板樁在軟泥質地段擠進過程中遭遇泥中障礙物，產生側向擠壓，由于其作用力大小不同從而易發生偏斜，采取措施進行糾偏：在偏斜位置把鋼板樁向上拔1.0～2.0m，再往下錘進，同此往復振拔多次，可使得大的塊石等障礙物被振碎或使其發生位移，導致鋼板樁處于正確的位置，減少傾斜度。

(3)鋼板樁沿軸線傾斜度較大時，使用的糾正方式為異形樁，異形樁可以根據傾斜度進行焊接加工；傾斜度較小時也可以用卷揚機或葫蘆和鋼索將樁反向拉住再錘擊。

(4)軟泥質基礎較軟，有時施工發生將鄰樁帶入現象，可以把相鄰的數根樁焊接，同時在當前的鎖口上加潤滑濟用于減少阻力。

5 圍堰施工過程中的監測

圍堰拉森鋼板樁樁頂水平位移和豎向位移控制值為15mm，變化速率<2mm/d。預警值按控制值的70%考慮，報警值按控制值的90%考慮。當監控項目接近預警值時，應加密觀測，并作日報表，分析原因，提交應對措施報告。

(1)施工期間每天安排專人每隔2h對基坑水位監測一次，一旦發現基坑水位未能正常下降或上漲時，應向值班負責人報告，以便組織人員迅速查清原因，及時采取有效措施，控制水位繼續上漲。

(2)在基坑施工期間，除努力保證基坑供電外，要自備發電設備1臺，一旦停電馬上啟動自備電源，保證排水設備能正常用電。

(3)若發現排水設備故障，值班人員應立即更換備用排水設備，并報告值班負責人，以便及時安排維修車間進行針對性搶修或更換，確保所有排水設備都處于完好狀態。

(4)若在正常排水的情況下，監測發現基坑水位上漲，項目值班負責人應組織人員對圍堰進行嚴密檢查，查找管涌、漏洞進水口、裂縫等滲漏處。

(5)組織有經驗人員按以下方法，查找圍堰尚存的所有管涌、漏洞、裂縫并在該處插板作明顯標識：第一，通過查看水面漩渦或觀察，來確認是否有管涌或漏洞；第二，觀察水面漂浮物流向，確定管涌或漏洞處；第三，采用上述方法還不能確定管涌或漏洞處時，應利用自動報警器探摸漏洞口處或應利用智能堤壩隱患探測儀等儀器探測漏洞。

(6)通過專業人員排查和儀器檢測發現管涌、漏洞、裂縫處時，應采用以下針對性封堵方法，逐一消除險情。若漏洞較大宜采用軟簾蓋堵或砼預制塊或石塊等重物封堵固定；若漏洞較小宜采用軟楔堵塞；對于裂縫可拋填粘土，做前戧等；若成片滲漏嚴重時，可采用高壓垂直噴射灌漿等方法封堵。

6 結 語

綜上所述，鋼板樁圍堰在地下綜合管廊穿越河底實施過程中已經得到可行性驗證，將來應用會越來越多，尤其是在大城市中。鋼板樁圍堰實現了管廊穿河明挖法施工，相較于以往的頂管法、暗挖法施工，施工的過程質量更具有保證，安全可靠、施工速度快、減少了施工安全風險，并降低了施工成本。