PC工法樁圍堰施工技術研究

邵建勇

（中鐵二十五局集團有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

在市場經濟發展、鐵路建設步伐加快的背景下，我國橋梁工程施工進入新發展階段，各種新工藝、新技術層出不窮，為橋梁建造質量的提升注入了活力。PC 工法樁圍堰施工技術作為其中的典型代表，具有施工速度快、成本費用低等鮮明優勢，拆除的PC 工法樁還可以循環利用，因此該技術獲得了諸多工程項目的青睞。但受到技術、管理因素制約，部分PC 工法樁圍堰施工環節也出現了穩定性不足、插打操作不當等狀況，結合案例對其展開研究，有助于克服技術難點，提高技術的適用性及可靠性。現階段有關PC 工法樁圍堰技術的研究成果不在少數，其中楊宗亮[1]從案例工程水文地質條件入手，對PC 工法樁圍堰施工參數及方案進行了梳理和設計，明確了PC 工法樁選型過程、施工部署過程中應注意的要點；楊寶生[2]重點聚焦PC 工法樁圍堰結構布置及施工工序問題，借助ANSYS 平臺分析了結構內支撐力情況、彎矩情況等。這些研究各有側重，為PC 工法樁圍堰施工提供了優化思路，但局限性在于工藝細節較為模糊。因此，本文結合工程實際展開研究，提出的PC 工法樁結構計算分析方式、封底堵漏方式等更具針對性和創新性，對于提高技術應用水平有著一定的現實意義。

1 工程概況

引入金溪湖特大橋施工案例，對PC 工法樁圍堰施工技術進行梳理和說明。該項目性質為雙線特大橋，案例工程涉及范圍全長為4019.6m，主要梁體形式為現澆雙線簡支箱梁、雙線連續鋼構梁、雙線簡支伸縮梁等。橋墩部分為圓端形實體橋墩，搭配“一”字形實體橋臺，下部使用鉆孔灌注樁基礎。圍堰區域內土體1～8 層分別為粉砂、淤泥質粉質黏土、粉砂、粗砂、粉質黏土、細砂、礫砂和粉質砂巖。

2 PC 工法樁圍堰施工設計

PC 工法樁是以傳統拉森鋼板樁為原型改良、發展而來的新樁體形式，傳統拉森鋼板樁截面剛度較小，應用于工程建設場景時難以應對復雜的載荷環境，必須借助多層撐錨結構加固，因而成本較高、施工難度較大。而改良后的PC 工法樁截面剛度增大，借助連接小企口與鋼管形成整體，具備組合式圍護樁特征，可以較好地滿足圍堰建設時的擋土、隔水需求。其優勢主要表現在以下幾個方面：一是施工深度深，有記錄最大可達55m；二是適用范圍廣，可在粉土、砂土層中使用，也可以在淤泥質土等復雜土層中應用；三是造價成本低，樁體材料可以回收再利用。解決樁體選型問題后，還需要關注PC 工法樁圍堰的結構設計問題，該橋梁施工主墩承臺平面尺寸為22.75m×22.75m，厚度為5.5m，承臺采用16 根鉆孔樁，樁基縱向4 排，橫向4 排，河床為+14.46m，臺頂、承臺底設計標高分別為+8.054m 和+2.554m。據此確定設計施工水位為+16.0m，圍堰頂設計標高為+17.0m，圍堰的施工設計如圖1 所示。

該工程使用PLC 組合鋼管樁，組合形式為拉森Ⅳ（Q295bz）+φ820×14 鋼管樁（Q345B），每米組合鋼管樁的截面特性W=5402cm3，第一層內支撐采用Q345B型鋼，撐桿采用Q235B 螺旋鋼管，規格為φ480×10；第二層支撐采用Q345B 型鋼，撐桿采用Q235B 螺旋鋼管，規格為φ800×16；第三層內支撐采用Q345B 型鋼，撐桿采用Q235B 螺旋鋼管，規格為φ480×10。各道支撐、圍檁采用焊接方式連接，斜撐分別布置于圍檁四角內部，中間設置套靴以確保穩定。其中，Q235B 鋼材的最大正應力σ=170MPa，最大剪應力τ=100MPa；Q345B 型鋼的最大正應力σ=240MPa，最大剪應力τ=200MPa。對圍堰結構進行計算分析，過程如下。

2.1 整體穩定性計算

該工程引進瑞典條分法，對PC 工法樁基坑整體穩定性進行驗算，結果顯示該處穩定安全系數為1.705，大于1.35 的臨界值，能夠滿足設計標準要求。

2.2 坑底隆起穩定性計算

計算過程與結果如式（1）所示。

式（1）中：γm1、γm2分別表示圍堰內外鋼板樁底以上土的加權平均重度；Nq、Nc分別表示圍堰內外鋼板樁的承載力系數；c表示鋼板樁底土層黏聚力；ld表示鋼板樁入土深度；h表示基坑深度。計算結果符合技術要求。

2.3 內支撐計算

經分析發現長撐桿受力最不利，軸力約為861.5kN，φ480×10 螺旋鋼管計算長度為9.54mm，長細比為56.8，按照b 類構件查得穩定系數為0.824，撐桿受力計算方式如式（2）所示，結果符合設計要求。

第二層支撐中，較短撐桿受力最不利，軸力約為4702.6kN，φ800×16 螺旋鋼管計算長度為9.54mm，長細比為33.2，按照b 類構件查得穩定系數為0.924，撐桿受力計算方式如式（3）所示，結果符合設計要求。

2.4 不同工況狀態下的穩定性分析

使用有限元分析方法驗算，結果發現在兩層支撐的輔助下，圍堰結構完全可以滿足受力要求，能夠為抽水、清淤等施工作業提供充足施工空間，在減少施工總量的同時提升安全性。

綜上所述，案例工程結構設計通過了整體穩定性驗算、坑底隆起穩定性計算、內支撐計算和不同工況下的穩定性計算，能夠滿足設計標準和要求。下面對該種方案的具體施工方法進行闡述。

3 深水墩中PC 工法樁圍堰施工

3.1 施工準備

PC 工法樁圍堰施工開始前，應對各類構件質量進行系統的驗收和復核。樁身部位外觀應當完好，長寬比例適宜，端頭矩形比等均要符合要求，重點關注PC工法樁鎖口位置，看其是否存在松動、變形等缺陷。可以取一塊1.5～2.0m 的、符合驗收標準的PC 工法樁作為參照，對其他規格的PC 工法樁鎖口構件進行對比檢查，過程中可借助卷揚機等設備提高檢查效率。對于存在割孔、斷面病害的鋼板樁，要視情況進行補強或者棄用處理，驗收完畢后統一分類、編號和登記。補強過程中可用的技術手段較為多樣，比如焊補、鉚補，以及冷彎、熱敲等，注意熱敲時要控制好溫度，通常控制在800～1000℃較為適宜。同時，準備好施工所用的材料、設備等，該工程配備了大型空壓機，用于抽出圍堰內淤泥及河卵石層；配備了長臂鉤機，用于處理砂礫層；配備了剛性導管、C30 免振搗高流態自密實混凝土等，用于封底堵漏；配備BP-42 型振動錘，用于施打鋼板樁[3]。

3.2 定位樁插打及導向安裝

PC 工法樁插打環節需要提前測量放樣，根據測量結果對樁架構件進行逐一拼裝，然后打設鋼管定位樁，為后續施工做鋪墊。此次施工使用的定位樁直徑為600mm，分別設置于圍堰四周，施工設備為BP-42型振動錘，現場搭配導向架以提升操作精準性。定位樁打設結束之后，逐一安裝導框、內導梁，框梁結構均采用型鋼原料，可以起到約束、導向的作用，同時還能夠為圍堰提供支撐，削弱水體、土體產生的不利影響。注意導框、內導梁的安裝情況對后續施工影響較大，要及時借助經緯儀、水平儀進行定位測量，導梁高度務必要適宜，不能出現下沉、變形情況，導框由圍檁樁構成，間距控制在2.5～3.5m 之間。插打過程與導框安裝過程同步，每插打好一個組樁或單樁，就要將導框轉掛至其上，以提高施工效率。插打的順序應當統一，通常由上游開始，至下游合龍結束。

3.3 打鋼板樁

該工程使用屏風式鋼板樁打入技術，能夠較好地規避鋼板樁扭轉、傾斜風險，確保打入效果的優化，對于后續封閉合龍施工也有較好的鋪墊、支撐作用。施工環節需要先將部分樁體構件插入提前裝好的導架中，數量通常控制在10～20 根即可，插入完畢后的鋼板樁呈屏風狀。然后對“屏風”兩端鋼板樁進行施打，確認其達到設計標高后，焊接固定于圍檁之上。該鋼板樁全部打設結束后，要及時開展圍堰閉水性檢查，若發現漏水缺陷，則要及時填補、焊接修復，最大程度地保證施工安全。

3.4 封底及抽水堵漏

由于圍堰處于水下環境，水體會自發產生向上作用力，進而影響樁體穩定性，因此在抽水施工之前，還需要進行水下封底處理。處理過程中需要先設置導管，以圍堰為中心找到4 個角點，每個角點布置1 套導管，灌注半徑在3m 左右，中間部分對應補充，形成4×4 導管隊列，下口懸空20～30cm。錨固施工完畢并檢測合格之后，對圍堰內側進行封底，采用剛性導管法、C30 自密實高流態免振搗混凝土原料，灌注厚度控制在80cm 左右，經試驗發現配比緩凝時間不小于9h，能夠滿足設計需求。混凝土統一在攪拌站拌和完畢并運送至現場灌注，灌注順序應為先上游、后下游，防止高處混凝土往下游流動，導致導管底脫空等問題，灌注完成的混凝土表面要大致水平。灌注過程中跟蹤控制導管埋深，建議每15min 進行一次測量，以設計灌注標高為準，確定初次灌注高度，通常小于設計值5cm，后續抽水完畢后完成剩余灌注操作[4]。待到封底完成，要及時進行內支撐的焊接工作，該工程內支撐體系采用鋼管構件，規格為630mm，在支撐與圈梁的結合部分，還設置了加勁板，能夠減少應力集中帶來的不利影響。

3.5 鋼板樁拔除

基坑回填后即可開展鋼板樁的拔除工作，注意拔除操作要謹慎，防止操作速度過快、操作力度過大增加土體異常沉降風險。拔除時統一拆除水下支撐，按照打樁順序逆向拔除樁體。該工程使用振動錘輔助操作，設備運行環節產生強迫振動，并對周邊土體產生擾動，進一步削減土體黏聚力，然后采用吊升方式達成拔除目標。注意在封閉式板樁墻中，要嚴格控制拔樁起點選取問題，最好與角樁空開5 根樁體的距離。起重機加荷操作應當勻速、漸進，與振動錘作業同步推進，需要提前了解吊車減震器彈簧壓縮極限，以其為基準，適當調小起吊力以確保施工安全。部分情況下會出現拔除阻力過大的問題，要采取適當措施預防糾正，可以在灌注完第一層承臺混凝土時，適當提起鋼板樁，降低二者之間的黏結力，為后續拔除操作做好鋪墊。也可以使用間歇振動的方法輕微錘擊，單次振動時長控制在15min 左右。也可以借助柴油錘，將鋼板樁適當下振一段距離，然后再使用振動錘交替振打、外拔，注意下振深度應控制在100～300mm之間。

4 結語

綜上所述，PC 工法樁圍堰施工技術在橋梁深水墩項目工程中有著極高的適用性，實踐中要給予充分重視。要準確掌握技術發展前沿動態，科學開展技術方案編制工作，結合現場地質、水文條件組織施工平臺搭建工作、導架安裝工作，以及鋼板樁打插、拔除工作等，控制好導架、鋼板樁等構件的安裝打設誤差，做好后期的監測和堵漏處理，為PC 工法樁圍堰質量的優化奠定堅實的基礎。