橋梁基礎施工鋼板樁圍堰技術研究

金波

中交第二公路工程局東萌工程有限公司 陜西 西安 710075

引言

隨著交通基礎設施的快速進步，橋梁工程作為連接交通網絡和促進區域經濟增長的關鍵節點，其重要性日益凸顯，而在現代橋梁建設中，基礎施工不僅是確保結構安全性和穩定性的根本，也是實現工程優化和效率提升的關鍵。傳統的橋梁基礎施工方法往往面臨著諸多挑戰，如施工環境復雜、工期長、成本高和安全風險大等問題[1]。鋼板樁圍堰技術的應用，提供了一種有效的解決方案。

1 圍堰施工概述

圍堰是建設項目中為建造永久性建筑物而建造的臨時圍護結構。它的主要功能是阻止水和沙子進入施工現場，允許從圍堰中排除水分、挖掘基坑并進行建筑施工[2]。在主體施工完成后，通常需要拆除主要用于溝渠施工的深基坑。在水中基礎和承臺施工中，會面臨水土壓力、滑坡和水土沖刷等問題，為此，可以構建圍堰作為一種臨時的安全保障結構[3]。圍堰即是在施工期間提供有效的擋土和防水作用，且具有可拆除的優勢的保障結構，能在一定程度上保證施工結束后不影響正常水流和航行條件，從而保持水域生態和航運的平衡。

2 鋼板樁圍堰設計

2.1 鋼板樁圍堰特點

傳統的圍堰施工技術，包括土圍堰、土袋圍堰和竹（鐵）絲籠，主要適用于水深不超過4m、流速低于2m/s的小型橋梁項目。相比之下，鋼板樁圍堰作為一種更先進的技術，特別適用于流速較快的深水基坑條件，這種圍堰通過工廠預制，不僅提供了更大的整體剛度和卓越的擋水效果，而且施工完成后可進行拔除并重復使用，從而降低了對環境的影響[4]。

2.2 主承臺鋼板樁圍堰設計

在橋梁基礎施工中，主承臺鋼板樁圍堰的設計和施工是一個關鍵環節。鋼板樁通常采用鎖口設計，截面可以是直板型或槽型，這取決于具體的施工需求。圍堰的有效建設依賴于準確的定位，這通常由兩個關鍵固定樁的位置確定，這些定位樁是通過將兩塊鋼板與工字鋼焊接而成，為施工過程提供指導和支持。在這個過程中，首先，在鋼板樁的設計階段，可以利用先進的計算機輔助設計（CAD）軟件來進行詳細的設計和模擬，幫助技術人員深入理解鋼板樁的各種參數，如尺寸、材料種類及其特性，并允許他們進行更準確的設計調整。同時，針對圍堰的穩定性和防水效果，可以通過建模軟件進行鋼板樁的總長度和入土深度的精確計算，不僅考慮了物理布置，還包括了鋼板樁承受應力的計算和評估，確保了整個圍堰結構的穩固性和功能性。在施工現場，可以部署各種傳感器，如振動傳感器和壓力傳感器，來監測圍堰結構的穩定性和施工過程的安全性，實時傳輸至項目管理系統，實現對施工過程的實時監控和調整。最后，項目管理軟件幫助項目經理有效地監控資源分配、進度跟蹤和風險管理，從而確保項目按計劃順利進行。

主承臺鋼板樁圍堰的設計和施工對結構穩定性至關重要。設計三部分：頂部雙拼工字鋼，位于鋼板樁頂1.95m；第二道工字鋼，下方3.5m；第三道雙拼工字鋼，第二道下3.0m，封頂面上3.7m。內部支撐為直徑529mm的鋼管，距6.5m。施工包括建設第一、二道圍檁和支撐結構，安裝鋼板樁圍堰，清理基坑，挖掘，封底，抽水，安裝第三道圍堰和支撐結構。

2.3 雙排鋼板樁受力分析

在現代橋梁基礎施工的深水區域，鋼板樁圍堰的設計與實施是確保工程穩定性和安全性的關鍵環節，為了有效應對大規模的水土壓力，采用雙排結構的鋼板樁能夠提供更高的剛度和穩定性。此外，兩排鋼板樁之間通過拉桿或型鋼聯結，進一步增強了整體結構的穩固性。設計階段，利用計算機輔助設計（CAD）和工程模擬軟件（如有限元分析軟件）精確設計鋼板樁結構，模擬不同施工階段受力，預測問題，優化方案。施工第一階段，打入鋼板樁并安裝支撐，部署實時監測系統監控穩定性和水位，通過傳感器收集數據。在深水橋梁基礎施工的第二階段，將進行雙排鋼板樁之間水域的抽水和防滲處理，這一過程采用地理信息系統（GIS）和遠程傳感技術進行水位監控，確保精準的數據采集；同時配備智能防滲系統，根據水位變化自動調節從而保障施工區域的干燥和穩定。最后階段，抽除圍堰內側水域，監測和調整鋼板樁壓力分布，確保抽水過程中圍堰穩定，防止結構損害。在這個階段，鋼板樁內側不再受力，而外側則繼續承受壓力，如圖1所示。

圖1 第三階段受力圖

圖2 第二階段受力圖

雙排結構的鋼板樁圍堰通過分階段施工和受力調整，在深水條件下為橋梁基礎提供穩定、安全的工作環境，保障項目成功。施工遵循由近及遠原則，先施工靠近平臺側鋼板樁，后施工遠離平臺側鋼板樁，最后合龍。使用履帶起重機和振動錘進行施工，嚴格控制樁垂直度，定位和雙向垂直度檢查，確保準確位置，避免位置偏差導致鋼板樁豎直下沉。平面設計為矩形，注意圍堰縱向與橫向轉角，不穩定轉角需角樁控制。

3 鋼板樁圍堰施工要點

3.1 鋼板樁施工

在橋梁基礎施工的關鍵步驟中，打入鋼板樁是確保后續工作順利進行的重要環節。為確保板樁墻的平整性和沉樁的垂直度，施工前必須精確搭建由導梁和導向柱構成的導向架，其作用主要是為了保障打樁工作的高質量，因此需要具備充分的硬度和強度。在安裝導向架時，應精心調整導梁的位置，以避免與鋼板樁發生干涉，同時，導梁的高度應調整到合適的水平，以便有效控制鋼板樁的施工高度。為達到最佳施工效果，建議運用水平儀或全站儀進行導梁位置的精確測量和調整，確保鋼板樁沿預定的軌跡準確、平穩地打入，從而為接下來的圍堰施工打下堅實的基礎。

3.2 安裝內支撐

在橋梁基礎施工的關鍵步驟中，插打鋼板樁是至關重要的環節。施工前，應先準確地標記出每個鋼板樁需要打入的具體位置。為確保中間的鋼板樁能夠垂直打入，兩側鋼板樁應以焊接的角鋼為導向，這一措施有助于避免在沉樁過程中發生偏移。插打鋼板樁的過程需要嚴格遵循一系列施工要點，包括正確調整和合攏鋼板樁、確保插樁過程中的垂直性，以及在必要時進行分散和校正。這些細致的施工步驟確保了鋼板樁能夠按照預定的布局準確、有效地打入，為接下來的施工工序打下堅實的基礎。鋼板樁圍堰的結構布局在下圖中有詳細展示，為施工人員提供了明確的指導和參考。

3.3 圍堰抽水與防滲

在執行鋼板樁施工前，進行細致的滲漏檢測是必不可少的步驟，特別是針對樁體鎖口部分，為確保樁體的密實性，每隔1到2米還應對鋼板樁進行松緊度測試，從而保障整體施工的質量和安全。若發生輕微滲漏，可等待降水后處理，而鎖口滲漏可使用黏土封堵。對于嚴重滲漏且水位較深的情況，可考慮使用堵漏劑或沙袋封堵。在將鋼板樁圍堰釘入前，涂抹黃油和鋸末以減小阻力并提高防滲漏性能。如果鎖口仍有漏水，需使用棉絨堵塞以降低水壓對鋼板樁的影響。在抽水時，要噴灑木屑和礦渣混合物到外部漏水口，以有效處理漏水問題。這些步驟和措施將確保施工的質量和安全性，最小化滲漏風險。

3.4 水下封底控制

處理鋼板樁偏移時，縱向偏移通過樁端楔形設計和調整土壓力校正。輕微傾斜用卷揚機拉伸后繼續插打糾正。橫向支撐利用鋼圍堰與鉆孔樁護筒，工字鋼作主承重梁，橫向梁上鋪設10mm木板作封底平臺。封底混凝土為C30水下混凝土，厚150cm，分塊澆筑。混凝土澆筑控制導管接頭質量，周邊向中間逐次開球封口，控制混凝土流向和高差，確保均勻上升。澆筑區域混凝土填滿前不移動導管，水下混凝土高度控制在承臺下20cm，混凝土強度測試后，抽水作業完成時，支立模板，20cm混凝土作找平層。檢查圍堰底座，完成封底后進行混凝土強度檢查，達80%強度后開始抽水，到承臺頂50cm時安裝第三道圍檁，檢查連接牢固性。

4 鋼板樁圍堰施工要點

鋼板樁圍堰施工中，首先要確保鋼板樁的質量符合工程要求，包括材質的強度和耐腐蝕性。其次，要精確計算并設計圍堰的尺寸和深度，以適應特定工地的地質和水文條件。在施工過程中，重視鋼板樁的正確對接和鎖口密封，同時合理安排鋼板樁的打入順序和施工節奏，避免因施工不當造成周圍土體或已有結構的損害。最后，還要對圍堰進行定期檢查和維護，保證圍堰在施工期間的穩定性和安全性。

5 結束語

綜上所述，隨著道路橋梁施工技術的不斷進步，水中鋼板樁圍堰技術因其在大型橋梁建設中提升施工效率、環保特性、成本效益以及養護周期短和穩定性的優勢而廣泛應用，同時其施工質量和安全性也成為重點關注領域。因能有效應對復雜的城市施工環境，因此，水中鋼板樁圍堰特別適用于城市橋梁的深基坑支護工程，已成為主流的施工方法。研究顯示，鋼板樁圍堰是橋梁基礎施工的有效方法，應用前景十分廣闊，隨著技術不斷發展和完善，預計鋼板樁圍堰將在更多橋梁項目中應用，為工程提供堅實基礎支撐。