浅海湾水中墩钢板桩围堰施工技术

【摘 要】结合实例介绍利用舟桥浮吊等设备在受涨落潮和台风影响厉害的浅海湾深水中进行单层钢板桩围堰施工的施工工艺、方法及注意事项。

【关键词】 涨落潮台风浮吊钢板桩围堰

中图分类号： P458.1文献标识码： A

一、工程概况：

新建铁路甬台温线站前工程第Ⅱ标段2工区海游港特大桥工程位于三门县海游镇，全长1477米。

该大桥所在地区属亚热带季风气候区，温暖湿润，雨量充沛，四季分明。冬季多睛寒冷，春季南北气流交替加剧，常有沥涟春雨；初夏有“梅雨”天气，造成洪水；盛夏晴热少雨，降雨多以雷阵雨为主，经常受台风登陆侵袭，形成狂风暴雨。

该大桥有3个桥墩（14~16#墩）在海游港水中，正常施工最高水位为+4.0m，台风袭击和洪水期间水位高达+8.0m。墩位处受涨落潮影响影响较大，正常潮差达6.0~8.0m，受台风和洪水影响会更大。 海游港水深5~13 m，15#墩墩位处水最深，最大水深H=13.5m（ 最低潮位时河中心15#墩水深5米，大潮期高潮位时河中心15#墩处水深达13.5 米），且涨、落潮时水流速较大（ v=1m/s）。三个墩设计为低桩承台，但15#墩因在施工前挖沙船挖沙过度，导致该墩位处河床面标高由原来的-4.0m增加到-8.0m,这给钢板桩围堰施工带来很大难度，承台底在高潮位水面以下 7.5~15 m左右。详细资料情况：14#墩承台尺寸为12.3m×8.2m×3.0m，顶面高程为-1.08m， 15#和16#墩承台尺寸为14.3m×9.4m×4.0m, 顶面高程为均-0.426m（15#墩原设计承台底标高为-6.25米，后考虑到围堰施工难度变更为河16墩一样），河床面14#墩测时为-3.5m，最大水深为7.5m； 16#墩测时为-1.5m，最大水深为5.5m，15#墩测时平均为-8.0m，则水深为12.0m，在河中心侧涨大潮时水位最深处达13.5米深。

河床地质为淤泥、砂砾石层，承载力较强（σ=40~250KPa）。

二、总体施工方案：

根据河床地质和水文情况及施工要求，确定采用单层钢板桩围堰施工方案。14和16#墩均采用长12m、宽0.4m、厚15.5cm的拉森IV型钢板桩，围堰尺寸分别为14.4m×10.4m和16.0m×12.0m ；15#墩变更后采用长15m、宽0.4m、厚15.5cm的拉森IV型钢板桩，W=2037cm3 ，围堰尺寸为16.0m×12.0m。其内支撑16#墩设置四道，14#墩和15#墩各设置三道，其中15#和16#墩最下面一道支撑埋在承台砼里不拆除。14#和16#墩围堰第一道围囹采用双拼[30槽钢，其余均采用均采用2H500型钢和2I56工字钢，水平撑采用Φ609mm钢管（配套带法兰和活络头钢管支撑，可调节长度+30cm，δ=14mm）和2I40工字钢，节点采用焊接。

钢板桩围堰（内支撑）施工图示意图如下：

三、钢板桩围堰施工工艺和方法：

1、施工准备：

（1）利用已有码头拼组运输船和高架浮吊，为钢板桩卸车倒运吊装做好准备。

因海游港受涨落潮影响很大，为了保证连续施工作业，加快施工进度以及施工方便，在水中拼组了两台10T浮吊和一艘 80 t的运输船，一台用来卸车和倒运钢板桩，一台专门用来打拔钢板桩，这样14~16#墩三个围堰可以连续快速完成，以便尽快上钻机进行钻孔作业。

（2）检查振动锤及其配套设备：

根据地质情况此处选用DZ60型振动锤，它是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要进行专门检查试用，确保线路畅通，功能正常，同时夹板牙齿不能有太多磨损。振动锤的端电压要达到 380－420 V，14#和15#墩因线路太长电压保证不了，改用150KW发电机来供电施工，同时也作为海湾中施工必备备用设备，以保证施工期间防抗洪抗台风需要，确保施工安全。

（3）、钢板桩检验、整型

钢板桩运到工地后，均应详加检查、丈量、分类、编号，特别是角桩，特别要检查锁口，将所有同类型的钢板桩作锁口通过检查，用一块长1.5～2.0m符合类型、规格的钢板桩作标准，将所有同类型的钢板桩作锁口通过检查，检查用绞车或卷扬锚机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾作通过锁口检查。凡钢板桩有弯曲、破损、锁口不合的均进行整修，按具体情况分别用冷弯，热敲（温度不超过800～1000℃）、焊补、铆补、割除、接长等。钢板桩长度不够时，可用同类型的钢板桩同强度焊接，焊接时先对焊或将接口补焊合缝，再焊加固板；相邻钢板桩接长缝注意错开。

整修后的钢板桩符合下列验收标准：高度允许偏差±8mm；宽度绝对偏差 +10mm、-5mm，相对偏差±3mm；弯曲和挠度用2m长锁口样板能顺利通过全长，挠度小于1%；桩端平面平整，倾斜小于3mm；钢板桩背面及锁口里光滑无阻。

组桩及单块桩两侧锁口均在插打前涂以黄油或热的混合油膏（重量配合比可为：黄油沥青：干锯末：干粘土=2：2：2：1），以减少插打时的摩阻力，并增加防渗性能。

(4）测量放样，插打定位桩以及安装钢板桩导向装置

根据围堰尺寸在围堰内侧插打定位桩，每个面根据需要布置2~3根Φ400定位桩，在定位桩焊接牛腿，然后再在上面安放导向框架，导向架可用已有钢板桩或内支撑围囹材料制作。

2、钢板桩施工工艺流程（见下页框图）：

3、钢板桩围堰施工施工顺序：

（1）测量放线、安装固定导向框（利用钢板桩设一层即可）。

（2）利用中—60震动锤插打单片钢板桩，直至合拢。

（3）在+4.0m标高处安装一道2[30槽钢边梁（14#和16#墩可兼作第一道支撑围囹），以方便安装护筒定位框架及人员行走，测量定位，埋设护筒。

（4）钻孔平台搭设及上钻机钻孔作业，每个平台上三台冲击钻作业。

（5）内支撑安装，先利用退潮和低潮期抓紧安装好河床上内支撑（护筒割除同步跟进），再边抽水堵漏（退潮时外侧用棉纱堵漏）边用抓斗抓挖上面大部分泥渣，且开挖至最下面一道设计内支撑标高以下50厘米处，尽快安装边（圈）梁和水平支撑，下面一两米及四拐角潜水员下水用高压水枪带水射冲。

（6）开挖至设计高程后，进行水下砼封底。

（7）割除高出部分钢护筒，清理桩头，安装承台模板并绑扎承台钢筋，灌注承台混凝土，然后立墩身模板并绑扎钢筋，浇注墩身砼。

（8）利用低潮期拆除内支撑，从下至上。

（9）拔出钢板桩。

4、钢板桩的插打及合拢

准备工作完成后，将组拼好的钢板桩运至指定位置，用10t浮吊起吊、下插，然后用DZ60型振动锤，锤击沉入。插打作业步骤如下：

在钢板桩锁口内涂黄油，在桩顶系钢丝绳一根，在桩的下端系缆绳二根。

安绑主副吊点钢丝绳。其中主吊点钢丝绳兼做保险绳，直径不宜小于19.5mm，副吊点（下端吊点）用钢丝绳捆扎，并垫以木块，以防滑移和损坏锁口；

用浮吊起吊。当提升到一定高度时，放松、解除副吊点，使钢板桩接近垂直状态，并利用缆绳控制正反方向插第一根板桩时，要确保其位置的准确及其自身的竖直，经检验无误后，用10吨浮吊吊振动锤将板桩插打到位，然后以第一根板桩为基准，沿定位船将板桩逐根插打到位。钢板桩起吊后以人力扶持插入前一块桩的锁口内，动作要缓慢，防止损坏锁口，插入后吊机下钩，使桩凭自重和锤重滑下直至不能下滑，然后开动振动锤将桩打至设计标高。插打中要随时与设计位置比较并纠正歪斜，板桩合拢困难时，可用导链滑车调整合拢口的宽度，以便合拢。

若地质较软，带桩厉害，可采取将已插好的钢板桩焊接成整体，也可点焊固定于导向架上。

按上述步骤逐组下插钢板桩，直至完成。

钢板桩插打质量要求：已插下的钢板桩，其倾斜度小于5‰；插入桩位的钢板桩须紧靠导向框架，如不能紧靠时，其间隙应小于20mm；每组钢板桩必须按编号插入正确的桩位，每组偏差应小于±15mm

在打至最后一面时和即将合拢时，均要测量并计算出钢板桩底部的直线距离，再根据钢板桩的宽度，计算出所需钢板桩的片数，按此确定下一步钢板材如何插打（是增加钢板桩，还是钢板桩插打时向外绕圆弧）。特别是角桩的插打很重要。

为了便于合拢，合拢处的两片桩应一高一低。为了防止合拢处两片桩不在一个平面内，一定要调整好角桩方向，让其一面锁口与对面的钢板桩锁口尽量保持平行。

5、插打注意事项

1）、插打次序自上游开始，在下游合拢；

2）、插打时要严格控制垂直度，特别是第一根桩；

3）、当钢板桩难以下插时，应停下来分析原因，检查锁口是否变形，桩身是否变形，钢板桩有无障碍物等，不能一味蛮干，磨损了钢板桩；

4）、定期检查打桩设备；

6、护筒埋设及钻孔平台安装：

施工步骤：

1)、钢板桩围堰合拢打至设计标高后，将围堰上口稍焊接连成一个整体防止单片桩受力过大下沉，此后在+3.4m标高处焊接钢牛腿(

2)、在边梁上临时搁放2组2H500型钢，放在一排桩位孔两侧（测量控制），再在其上横放角钢制作一个1.75m×1.75m（或1.4m×1.4m）的方形导向架，然后边测量边用10T浮吊和DZ60振动锤进行护筒埋设。埋设深度应符合施工和规范要求，应穿越砂土层进入粘性土层，当砂土层较厚时，至少要入土达3米，以保证钻孔过程不漏浆为原则（若漏浆厉害可采取跟进护筒的办法，海港涨落潮频繁且幅度大，漏浆现象很易出现），护筒可根据护筒数量和施工进度要求分批或一次性进行埋设。

3)、护筒埋设好后，在围堰内中间护筒两侧插打6根与12米或15米（15#墩需15米长管桩）长Φ400管桩，在钢板桩围堰顶和管桩顶搭设6组2I560工字钢，并确保型钢表面基本水平，然后型钢上面根据钻孔需要布置一定数量的100×200mm或20以上槽钢和木板（方木每台钻机不少于50根），以便于钻孔施工人员施工方便和砼灌注施工安全。施工示意图详见下附图：

4)、测量定位桩位，上钻机进行钻孔布置作业，钻孔排渣须均匀排出围堰。

5)、钻孔全部完成后，拆下平台安装围堰内支撑（平台型钢可用作部分内支撑围囹），抽水清基封底进行承台施工。

7、内支撑安装：

当围堰合拢后，钻孔桩结束前10天开始进料制作内支撑，抽水施工前须进行内支撑的安装，以防水压力过大影响围堰内的施工安全。

内支撑的设置，除了考虑受力外，还应考虑不妨碍堰内施工。内支撑自上而下设置，一边抽水，一边安装，根据水压力和土压力计算决定支撑数量。内支撑和围堰采用角钢焊接成整体来防止围堰漏水。

1）、16#墩共设三道内支撑，第一道设在+3.8m标高（边梁底面也即牛腿顶面），第二道设在+1.6m标高（边梁底面也即牛腿顶面）第三道设在-0.2m标高（边梁底面也即牛腿顶面），第四道设在-2.0m（边梁底面也即牛腿顶面），因承台施工一次性完成故此道支撑水平撑埋在承台砼里不拆除。第一、二、三道已在低潮位安装焊接完毕，第四道安装前要求吸泥开挖至-2.7m标高，并将4根拐角钻孔桩和中间2根钻孔桩桩头凿至-2.5m标高（含护筒），以便于第三道支撑安装。（根据受力计算，为节省材料，提高施工进度，安装三道支撑即可）

2）、15#墩共设三道内支撑，第一道设在+2.5m标高（边梁底面也即牛腿顶面），第二道设在-0.1m标高（边梁底面也即牛腿顶面），第三道设在-2.6m（边梁底面也即牛腿顶面），因承台施工一次性完成故此道支撑水平撑埋在承台砼里不拆除。第一、二道已在低潮位安装焊接完毕，第三道安装前要求吸泥开挖至-3.3m标高，并将4根拐角钻孔桩和中间2根钻孔桩桩头凿至-2.6m标高（含护筒），以便于第三道支撑安装。

3）、14#墩共设三道支撑，第一道设在+3.84m标高（边梁底面也即牛腿顶面），第二道设在+1.5m标高（边梁底面也即牛腿顶面），第三道设在-0.8m（边梁底面也即牛腿顶面）。第一、二道需在低潮位安装焊接完毕，第三道安装前要求吸泥开挖至-1.5m标高，并将4根拐角钻孔桩和中间3根钻孔桩桩头凿至-0.8m标高（含护筒），以便于第三道支撑安装。

8、抽水堵漏，吸泥清基及水下砼封底施工

该围堰工程因受每天两次涨落潮影响，且落差高达6~8米，钢板桩随潮位漏水非常厉害，曾用4台22KW泥浆泵在退潮时抽水水位看不出明显下降，涨潮时更难，曾在围堰内趁涨潮时发现漏水处用棉絮黄油等填充物等在板桩内侧嵌塞，没有明显效果，为此选在涨潮和退潮时在漏缝外侧水中撒入大量炉渣、细沙与木屑等随水夹至漏缝处自行堵塞，效果当时很明显，但等下次涨落时又照样漏水严重，原因是钢板桩一胀一缩木屑被海水不断冲走。但可以利用此办法将钢板桩第三、四道支撑抢时间抓紧安装完。第三、四道安装完毕后，用三台潜水泵抽水即可保证低潮位干挖至-2.0m标高，此后需要带水开挖作业，即要求围堰内水位保证在-0.5以上方能进行开挖吸泥工作，最下面2米左右泥沙特别是四拐角泥沙无法清除，为此需用潜水员下水带水射冲，同时用空压机（气举法）吸走，此法效果显著。

清基吸泥采用抓斗结合射水冲泥进行，利用抓斗在低潮期间会很快将大量泥渣清排出围堰。清基时注意吸泥开挖出来的泥渣需排放在靠河中心一侧（河床低的南侧）和上游一侧（河床低的西侧），以保证围堰四周边土层标高相差较小，板桩各边受力基本一致，从而保证围堰的安全。但清基完后，及时进行砼封底，封底砼需一次连续完成，同时根据计算确保封底砼厚度。

封底砼达到设计90%强度后再次开始抽水堵漏工作，以便进行承台钢筋模板施工。针对潮水涨落频繁，堵漏难以彻底，采取随潮水涨落不断反复进行堵漏，可以达到承台施工要求。即在涨潮时安排两个专人在围堰外侧一边抽水一边顺着钢板桩的接缝下溜较干细砂和木屑混合物的方法，借助水压力将细砂吸入接逢内而达到堵漏的目的 ，这样几次涨落潮漏水基本控制住，可用两台泥浆泵和一台潜水泵将水抽干见封底砼面，退潮时可不堵漏，但钢板桩和内支撑围囹需在低潮时焊接牢固，以减少钢板桩变形。16#墩一拐角在河床下钢板桩一漏角接缝漏水厉害，木屑无法进入，采取在拐角竖立两块1米高钢模板进行二次水下封底进行堵漏，效果很好。

8、钢板桩的拔除:

在拔除钢板桩前，应先利用低潮时抽水及时将低潮位以下支撑拆除，然后一次灌水拆除其他几道支撑，从下至上。因封底砼不超过2米，钢板桩拔除时阻力不大，DZ60振动锤可一次性顺利全部拔除。

四、几点施工注意事项及技术处理

1、在浅海湾（港）水中施工钢板桩围堰时，要掌握好并利用好潮汐规律，做好大潮期围堰安全防范措施；同时密切与水文部门保持联系，提前做好防台风措施，确保围堰和水中设备安全。三门海湾大桥台风洪水来临前，浮吊用四根长20米管桩在四角限位固定，带缆绳部连在围堰钢板桩上，这样围堰两次台风影响和几次洪水影响围堰保证了安全。

2、在钢板桩围堰顶搭设钻孔平台时，要验算钢板桩受力是否满足要求，还要考虑局部钢板桩受力过大下沉影响桩位，为此需将钢板桩上口焊接成整体。当钢板桩入土深度较少时，而河床面以上自由长度较大时，须验算围堰倾覆稳定性（考虑动水压力影响），不满足要求时可在围堰内增设管桩支撑，同时围堰上口一圈增加一道边梁，并于钢板桩焊接一起，这一点很重要。也可采取围堰外侧堆填泥沙的办法解决。海游港大桥15#墩因河床深，钢板桩15m入土不足4m，特别是退潮时围堰极不稳定，采用上述办法取得了很好效果，同时为防止船只碰撞在围堰外靠航道侧插打一排管桩。另外需要尽量多上钻机钻孔，同时严格控制成孔质量和灌桩质量，钻渣均匀排出在围堰四周。

3、由于水流流速较大，涨落潮潮差大，围堰受力始终是不稳定的，因此在涨落潮侧设置刚度较大的纵向支撑（Φ609管钢支撑），同时将一半钢板桩与每道围囹用角钢焊接起来（用木楔作用不大），以克服涨落潮的影响，从而在一定程度上保证了围堰堵漏方便。

4、由于该大桥墩位处为细砂砾石层，钢板桩埋深较浅，为防止桩底翻浆，造成桩身倾斜，甚至毁灭性倒塌，因此15#和16#墩在吸泥-2.0m处时须带水进行吸泥作业，16#墩低潮开挖至-2.5m时就出现管涌翻砂现象，采取增加钢板桩打入深度，其上焊接钢板才得以解决。围堰内抽水或吸泥开挖的施工时间过长，将会带来很大风险，因此每开挖2.5m左右，便需设置一道支撑，等支撑加固完毕后，再行开挖，以确保围堰内的稳定。开挖至设计标高后需及时进行砼封底，该工程围堰封底砼为2.0m,满足施工要求。

5、因受潮汐及台风洪水影响，施工时需严格控制水头，内外水头差控制在2m。为避免反向水头，围堰内支撑避免受拉，在+2.0m处设两个Φ250的开口阀门，以利于进水和排水。因台风洪水影响围堰被淹，围堰需派人观察和及时排水。

6、围堰内支撑设计要考虑台风和洪水影响，水平支撑应确保水平，防止受力不均，围囹上反牛腿要按设计要求焊接牢固。局部或整体变形而造成事故，所以必须进行监测。围堰内各支撑构件必须焊牢，避免局部失稳，管桩顶撑与围囹焊接时四周均得焊接，最好加焊四块三角加劲板。

7、基础施工完毕后，要边切割焊点边放水或回填土，避免钢板桩突然卸载而造成事故。

五、结束语：

在浅海湾进行钢板桩围堰施工，只要防范措施得当，方案考虑周密，潮汐影响和台风洪水影响是可以克服的。甬台温铁路三门海游港特大桥水中墩采用钢板桩围堰施工就取得了很好经济效益。

参考文献：

[1][胡兴国].结构力学[M].湖北：武汉工业大学出版社，1997.

[2] 江正荣.建筑施工计算手册[K].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[3]水中墩钢板桩围堰的设计与施工[J].上海铁道科技，2008（2）:69-70.