鎖口鋼板樁深水基礎圍堰施工技術研究

李 釗,陳方宇

（江西省交通投資集團有限責任公司南昌東管理中心,江西 余干 335100）

0 引言

鎖口鋼板樁圍堰技術常運用于深水基礎工程中，該技術具備強度高、防水能力強、防護性能強等優點。某鋼桁梁懸索橋處于砂石基層發育，地下水和地面水豐富地區，其主塔墩基坑挖掘深度達9.70 m，系屬深基坑工程，該工程采用鎖口鋼板樁圍堰防護技術，該文結合該工程，從鎖口鋼板樁圍堰工藝和深基坑挖掘與輔助技術處理方面，介紹鋼板樁圍堰技術在深水基礎工程中的具體運用。

1 工程概況

某橋梁為八車道高速公路+四線鐵路的公鐵組合型橋梁，屬于鋼桁梁懸索橋結構，加力梁由鋼桁和板桁構成，（84+84+1 092+84+84）m布跨，主跨度1 092 m。橋面整體構造采取異性正交結構，對鋼桁系統制作和裝配技術要求較高。

主塔墩采取樁群基礎加承臺組合模式，承臺左右塔墩分離，中間采用系梁連接，共67根Φ2.80 m鉆孔灌注樁，應用C35水下混凝土。承臺徑值40 m，底部標高-2.50 m，頂部標高+7.0，基坑挖掘深度9.70 m，系屬深基坑工程。

基坑防水采用鋼板樁圍堰技術，承臺圍堰采用Ⅵ型拉森鋼板樁，基坑底部標高-3.20 m，底部鋪設20 cm礫石，澆筑50 cm厚C30混凝土墊層。在+2.5 m區域，設置一道圈梁和內撐，圈梁截面厚度為30 mm，焊接規格為100×80 cm的箱體梁，內撐使用Φ100×2 cm鋼管[1]。

2 鋼板樁圍堰施工流程

2.1 清理場地

清理鋼板樁圍堰場地，切割插打范圍內混凝土鉆孔平臺地坪，應用液壓破碎錘配合挖掘機臂，對混凝土進行破碎。地坪挖掘寬度為0.42 m，深度為1.0 m，以達到插打鋼板樁所需的導向要求。

2.2 裝配導向及插打鋼板樁

2.2.1 裝配導向架

鋼板樁長24 m，圍堰平面線為圓啞鈴形。為保證圍堰平面處線形以及鋼板樁的垂直度，插入前應裝配導向架。依據圍堰的線形設計，導向架與混凝土地坪構成上下兩層限位。導向架分段，并可以基于圍堰中心做圓周移動，每次移動后，可插入8根鋼板樁。導向架用直徑為30的螺栓臨時定位，并用鋼護筒和型鋼焊接牢固。導向架起始定位必須準確（沿圓弧的偏差≤±50 mm，沿半徑的偏差為-20～0 mm，鋼板樁在豎直方向的傾角≤1°）。鋼板樁插入起始段后，導向架和鋼板樁相互導向沿圓周運動，導向架的配置保證了鋼板樁的插入精度，大大降低了單樁定位難度[2]。

2.2.2 插打鋼板樁

（1）整理鋼板樁。鋼板樁運至施工現場后，應檢驗、分類、編碼、登記。鋼板樁需滿足以下技術條件：

1）允許寬度誤差量±20 mm。

2）鎖口的內外處于一條直線，且表面光潔。

3）鎖口高度誤差≤2 mm。

4）鎖口扣合緊密，空隙≤3 mm。

5）使用同型號3 m長鋼板樁，測試鎖口通過性，并用電動絞車牽引，牽引力最大不可＞5 kN，或者以2～3人拉動通過為宜。

6）兩端切割齊整、平滑，不得存在飛邊、突起，上端設置拔樁所需圓孔，圓孔采用焊接鋼板強化加固，相對于中間一塊長度，每組長度偏差應在2 mm之內。

7）鋼板樁的變形和彎曲應滿足施工規范要求。

8）墊層混凝土上方鋼板樁的鎖口一定要捻縫，并嵌以油灰，提高防水性。

9）當鋼板樁長度不夠時，可用同類型、同強度鋼板樁，給予焊接補長，焊接時，先對接焊或者將接頭補焊合縫，然后再焊接強化加固板，注意鄰樁接縫錯開。

（2）配置機械裝備。鋼板樁吊裝和插打采用DZ90型振動錘+50 t履帶吊，DZ90型振動錘主要功能參數如表1所示。單根鋼板樁自重約2.5 t，振動錘50 t自重約7.05 t，履帶吊臂長34 m，吊幅10 m，最大起重量11.5 t[3]。

表1 DZ90型振動錘主要功能參數

（3）插打鋼板樁：

1）插入鋼板樁前，在鎖口以上涂抹黃油，使鎖口光滑，便于插入。在墊層和混凝土圈梁涂上瀝青，以便拔出。

2）鋼板樁插入前，檢查鋼板樁插入導向系統，檢查插入時使用振動錘，保證導向定位準確，振動錘正常工作。

3）用履帶起重機+振動錘配合起重機插入鋼板樁。用起重機主副鉤組合，吊起鋼板樁和振動錘。拆下輔助鉤，將鋼板樁移動到導向架的插入位置，插進已到位的鋼板樁的鎖口中。第1樁插入，借助導向架給予定位。

4）插樁順序：從上游和下游弧的頂點分別開始，于系梁的中間合攏。埋深23.5 m左右，分兩次插打，第1次插打18～20 m，第2次插打到設計深度。接長鋼板樁時，相鄰鋼板樁必須錯開。盡可能分批次插打，插打一組鋼板樁時，防止相鄰組被帶下。

5）合攏鋼板樁：合攏前最后5～7根鋼板樁未插入時，測算樁底直線距離，然后依據樁寬，計算出所需鋼板樁的根數。圍堰合攏時，若出現上小下大、上大下小及左右偏斜等情況，可使用特殊樁合攏。

3 深基坑挖掘與輔助技術處理

3.1 基坑挖掘

鋼板樁插打后，將圍堰內以及周圍場地清理干凈，啟動挖掘基坑的準備工作。挖掘采取橫向分塊和垂向分層，按均衡對稱原則進行。采取挖掘機與自卸車組合匹配的方式，進行挖掘和土方運輸。地表標高6.50 m，基坑深度3.20 m，挖掘總深度9.70 m，內支撐挖掘遵循“分塊、分層”原則。

裝配內支撐前，基坑挖掘深度為5.0 m，挖掘量14 300 m3，挖掘順序由圍堰上下游向系梁區開展，挖掘機一邊挖一邊后退。挖掘工程中，鋼護筒按每次2～3 m標準分次割除，為挖掘提供操作通道。從系梁區運出土方，系梁區可以通過放坡構成自卸汽車進出通道。此階段系梁區內支撐附近的土方，最終挖掘至+1.5 m，裝配內支撐。

內支撐裝配完成后，需要繼續挖掘4.7 m，挖掘量約13 474 m3。基坑內平面具體劃分為4個作業區域。各區域土方均經圍堰中部，翻運至圍堰外圍，由圍堰外的挖掘機裝車運出。圍堰內，挖掘機繼續一邊挖一邊后退，分次割除護筒。挖掘到樁頭時，割除護筒后，一邊鑿除樁頭，一邊挖掘基坑，直到深度3.2 m的基坑底部。

以機械挖掘為主，于圍堰端部以及系梁區方便排水區域，設置60 cm×60 cm×70 cm集水井6個。沿圍堰邊緣向內50 cm左右，配置40 cm×20 cm集水溝，集水溝深入礫石層20 cm，便于排出圍堰內積水。在底部有礫石過濾層的集水井內，設置足夠數量的水泵，保證坑內積水及時排出。

在基坑挖掘中，如鋼板樁存在鎖口漏水，可將粗砂、鋸末粉、水泥拌和物，塞入漏鎖口縫隙進行止水。

基坑底標高許可誤差±50 mm，挖掘到基坑底部以后，自檢基坑平面定位、規格和底部標高，根據設計要求和地質勘查資料，檢測基坑底部承載力，在通過測試后，方可開展下一道工序。

3.2 圈梁及內撐的制作與裝配

3.2.1 制作

在圍堰標高1.5 m區域，配置圈梁和內撐。圈梁斷面為焊接箱體梁厚度，內撐采用Φ100×2 cm鋼管。圈梁和內撐由專業的鋼結構施工隊加工，由平板車運送到墩位處進行組裝。加工前須制定專門的加工方案，并向加工團隊進行技術交底。加工圈梁時，所有接頭應嚴格按照設計圖紙進行焊接，在加工廠內，將各段連接處按設計要求開好坡口，裝配時在現場焊接。各節段加工完成以后，在加工廠開展預裝配，保證內撐管螺栓口匹配，節段接頭匹配。

3.2.2 裝配

基坑挖掘至設計內撐標高以下的1.5 m區域，開始裝配圍堰圈梁和內撐。為縮短基坑內圈梁的裝配時間，在基坑外的平坦場地上，將相鄰的三個圈梁段完成拼接。按設計位置，用100 t龍門起重機，將拼接完成的整體節段放送就位并對位、焊接。

節段標準重量9.26 t，采取2吊點吊送，采用6×37-28-1700鋼絲纜，其破斷最小拉力411 kN。安全系數7.7，一般滿足安全系數6倍即符合安全吊裝要求。案例工程最大節段規格3*8.0 m，重量28 t，也采取2吊點吊送。采用6×37-47.5-1700鋼絲纜，其破斷最小拉力41 176 kN。安全系數7.3，也達到安全系數6倍要求。選擇上述兩種鋼絲纜，并配備7 t和20 t卸扣。大節段吊裝使用20 t卸扣。節段加工時，對配置圈梁的各節段，暫不加工接頭側腹板，以方便現場組裝和焊接作業。現場焊接接頭時，按先底板、底面腹板和頂板的坡口焊，然后再依據接頭實際規格切割和裝配頂面腹板。底板、頂面腹板和圈梁段加力板位置都采取坡口焊接，現場裝配的腹板應與圈梁段腹板材料和厚度相同，可以在加工廠進行預加工[4]。

系梁區圈梁裝配到位以后，再裝配內撐鋼管。整個內撐系統裝配完畢后，鋼板樁和內撐之間的空隙用砂漿充填壓實。利用坑內土方支撐竹膠板底模，使內撐系統能夠承受鋼板樁傳導的壁側壓力。圈梁和內撐裝配完成后，對裝配質量開展驗收與簽證，驗收內容包括：圈梁標高、圈梁和鋼板樁頂緊、接頭焊接縫質量、法蘭螺栓裝配等。

3.3 割除鋼護筒與鑿除樁頭

基坑挖掘以內撐裝配為分界線分成兩個階段，挖出的鋼護筒都分次切割，每次切割約2.5 m，重量約4.9 t。切割鋼護筒，用100 t龍門起重機吊出基坑，并清理干凈相關區域。

挖掘到樁頭外露時，將鋼護筒周圍區域清理干凈以后，可將鉆孔樁樁頭上方的護筒切除，一般單次切除高度控制在2.50 m之內。首先，采用割炬環向切斷樁頂鋼護筒，然后將其從基坑吊出。剩余的護筒則在樁頂設計標高，環向割開，再豎向割開，用100 t龍門吊吊出基坑。

鑿除樁頭時，以鋼護筒切除后的頂口作為樁頂控制標高，用環切法鑿除樁頭，并將碎渣及時清出基坑。鑿除過程中，不可損傷樁頭鋼筋。樁頭鑿除以后，用100 t龍門吊從基坑中吊出。鉆孔樁樁頭灌注高度多控制在1.0 m左右，考慮浮漿影響，鑿除樁頭高度可按2.0 m計算。按這樣的長度計算，案例鑿除樁頭重約37.4 t。鑿除后的樁頂面應斷面平整，集料均勻。

樁頭處置完成后，在樁頂面測量中心位置，并在其平面位置開展竣工驗收。鉆孔樁平面定位誤差須控制在50 mm以內。伸入承臺的樁頂主筋長度，應滿足設計要求，允許+20 mm的誤差。

基坑施工時，為方便施工人員進出，在圍堰的上下游，各配置一個梯道，梯道依據基坑挖掘進度分段裝配。梯道應用花紋鋼板、角鋼和槽鋼搭建，梯道平臺須固定焊接在圈梁和鋼板樁上，欄桿材料應用腳手架鋼管。

3.4 鋪筑碎石層與澆筑混凝土墊層

挖掘到基坑底部后，清理鋼板樁和鋼護筒內壁，清理和整平基坑底部，清理圍堰場地，準備鋪裝20 cm礫石層和澆筑50 cm的混凝土墊層。礫石方量574 m3，C30混凝土墊層總體積約1 435 m3。混凝土澆筑方案為：系梁區和圍堰岸側下游，各配置1臺混凝土泵車，泵車布料半徑43 m，每輛泵車配備3輛混凝土運送罐車。混凝土由拌和廠供應。

鋪筑礫石層，用汽車運輸礫石，由圍堰外的挖掘機翻運到基坑內，再由基坑內的挖掘機從圍堰周圍向基坑中部鋪筑，礫石層頂標高允許誤差為±20 mm。

墊層澆筑順序，橫橋方向2臺混凝土泵車，由2個承臺中間，向上下游和系梁區分別推進，并合攏在系梁區，縱橋方向由岸邊向江邊推進。

混凝土墊層澆筑前，測量員應在鋼板樁和鋼護筒上，對承臺底部的標高給予放樣，以便在墊層混凝土澆筑過程中控制標高。

墊層混凝土頂面要澆筑平整，墊層標高不可大于承臺底面，以保證承臺混凝土層厚度。墊層標高允許存在-20 mm差值，

3.5 回填基坑與拔除鋼板樁

基坑采取挖掘機配合自卸車回填，利用挖掘機對回填土方進行壓實。兩次回填分別使用沙子和挖出的棄土，兩次回填完成后，即可開始鋼板樁拔除工序。該工序的機械裝備設置與鋼板樁插入工序相同，即使用振動錘+50 t履帶吊+平板車，將鋼板樁拔除并運出，配置兩套裝備，從系梁中部逐步向圍堰的上下游，逐段拔出鋼板樁，并由平板車運送出場。

拔樁起點應從剩余5根左右開始。拔樁起點可依據打樁情況確定，必要時亦可應用跳樁法。起重機應伴隨振動錘的起動逐步加荷，提升力通常低于減振彈簧抗壓極限。振動錘的供電量一般為振動錘功率的1.2～2.0倍。對抗拉強度大的鋼板樁采取間歇振動法。振動錘每次連續作業15 min，連續作業不得超過1.5 h。

4 結語

綜上，該文對鎖口鋼板樁深水基礎圍堰施工技術進行了深入研究。介紹了鎖口鋼板樁圍堰基本概念和工藝，重點梳理介紹了案例工程應用鎖口鋼板樁圍堰技術開展深基坑挖掘和防護處理一系列技術要點，其中包括基坑挖掘、圈梁及內支撐的制作與裝配、割除鋼護筒、鑿除樁頭、鋪筑碎石層、澆筑混凝土墊層、回填基坑、拔除鋼板樁等技術要點，具有一定的參考意義。