高铁桥梁临水深基坑钢板桩围堰设计与施工

高铁桥梁临水深基坑钢板桩围堰设计与施工

摘要 以连徐高铁跨老沂河大桥主墩临水深基坑修建为背景，介绍了24m长拉森钢板桩围堰设计、钢板桩打设、围檩安装、水下封底等施工工艺和关键技术。可为同类型施工环境下临水深基坑钢板桩施工方案设计和施工提供参考[1]。

关键词 高铁桥梁；临水深基坑；24m鋼板桩围堰；设计；施工

1 工程概况

连徐高铁跨老沂河连续梁位于江苏省邳州市，桥址于DK110+977.535处跨老沂河，桥梁中心线与航道中心线交角为115°，老沂河水面宽度80米，采用（40+72+40）m连续梁跨越。老沂河目前水位22.91m，施工水位23.00m，施工时需采用素土填筑作业平台，待桩基施工完成后632#墩进行钢板桩施工，钢板桩顶标高24m。

2 施工准备

跨老沂河（40+72+40）m连续梁主墩632#墩位于老沂河河道中，施工时需采用素土填筑作业平台，待桩基施工完成后进行承台施工[2]。施工平台如下图所示：

3 24m钢板桩围堰设计

632#墩为老沂河连续梁主墩基坑，在施工钢板桩前需按2倍的基坑深度进行降坡降至24米标高位置，完成降坡后进行钢板桩施工。在桩基施工完成后进行钢板桩施工，钢板桩采用拉森IV型，桩长24m，由于运输与吊装等场地限制，本钢板桩使用15m钢板桩与9m钢板桩进行焊接插打，先插打15m钢板桩，打至钢板桩露出原地面50cm时，焊接9m钢板桩继续插打。根据现场的试打情况，最终采用TZJ200型大功率振动锤进行钢板桩施工。围堰尺寸15.4*21.8m，共需设置5道围檩及支撑（第5道临时围檩在封底混凝土强度达到设计强度的75%后拆除），围檩采用双拼HW400*400型钢，所有内撑均采用φ530*9钢管。开挖深度为14.49m。

具体施工程序：

工况1：施打24m钢板桩，基坑开挖深度1m，安装焊接第一道牛腿、围檩（双拼HW400*400）、内撑（包括内撑和斜撑，φ530*9螺旋焊接钢管）。

工况2：基坑开挖深度3.5m，焊接安装第二道牛腿、围檩（双拼HW400*400）、内撑（包括内撑和斜撑，φ530*9螺旋焊接钢管）

工况3：基坑开挖深度6m，焊接安装第三道牛腿、围檩（双拼HW400*400）、

内撑（包括内撑和斜撑，φ530*9螺旋焊接钢管）

工况4：基坑开挖深度8.5m，焊接安装第四道牛腿、围檩（双拼HW400*400）、内撑（包括内撑和斜撑，φ530*9螺旋焊接钢管）

工况5：基坑开挖深度11.5m，焊接安装第五道牛腿、围檩（双拼HW400*400）、内撑（包括内撑和斜撑，φ530*9螺旋焊接钢管）

工况6：基坑开挖至设计标高10.32m，浇筑1m厚C20混凝土垫层。

工况7：混凝土达到一定强度后，拆除第五道内撑的横撑，进行一级承台的制作，一级承台制作完成后，回填中砂至承台顶标高。

工况8：拆除四道内撑的对撑，进行二级承台的制作。回填中砂至二级承台顶标高；拆除第一道和第二道各自的对撑，进行后续的墩身施工，待墩身施工完成后依次从下到上拆除内撑和围檩[3]。

采用理正深基坑计算软件进行建模计算，基坑边超载为10Kpa，经计算，整体稳定安全系数Ks=2.526>1.35；抗倾覆稳定性验算最小安全系数Kt=1.255>1.250；抗隆起验算系数Ks=8.086>1.800；流土稳定性验算系数K=2.326>1.60；突涌稳定性验算K=1.242>1.10；嵌固段基坑内侧土反力验算工况8：Ps=2026.9KN≤Ep=2598.7KN；钢板桩内力以工况8拆除最下面一道撑为控制情况，钢板桩位移及内力包络图如图5所示，钢板桩最大应力为97Mpa4 24m钢板桩围堰施工

4.1 场地平整

钢板桩施工前，先将桩基施工平台场地进行平整，平整后插打钢板桩。

4.2 钢板桩的定位与施打

（1）钢板桩施工前准备

钢板桩进场前先进行对钢板桩质量进行检查，如出现钢板桩变形过大、断裂的及时清理，对于钢板桩表面灰尘，泥土等，用抹布擦拭干净。

（2）钢板桩定位

① 基线确定：测量员定出轴线，留出以后施工需要的工作面，确定钢板桩施工位置。② 定桩位。按顺序标明钢板桩的具体桩位，洒灰线标明。

（3） 钢板桩施打

在钢板桩施工中，为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制钢板桩的打入精度，防止钢板桩的弯曲变形和提高桩的贯入能力，设置一定刚度的、坚固的导向架，亦称“施工围檩”。导向架采用单层双面形式，双面围檩之间的间距略比板桩墙厚度大8～15mm。钢板桩施打时利用内支撑作导向架，顺着导向架逐片插打钢板桩直到合拢。

4.3 钢板桩围堰的合拢

钢板桩围堰合拢段选在承台短边侧面。钢板桩施打时，由于钢板桩制作本身的误差、打桩时的偏差、施工条件的限制，使围堰的实际长度无法保证按钢板桩标准宽度的整数倍，故此钢板桩围堰转角及最终封闭合拢有相当难度。

转角处合拢：采用异形钢板桩来闭合或通过调整围堰轴线用标准桩实现闭合，到剩下最后20片时钢板桩时，要先插后打；若合拢有误，用倒链或滑车组对拉，使之合拢；合拢后，再逐根打到设计深度，使钢板桩围堰合拢。

若通过调整仍无法对口合拢时，施工转角处时可使用定型角桩，在不能施工角桩时，现场根据实际尺寸，用2根钢板桩焊接拼装成1根角桩进行施打。角桩焊接必须牢固、密封[4]。

4.4 内支撑的安装

（1） 内支撑包括围檩、斜撑、托架及对撑等内容。（2）基坑土方开挖过程中同时进行内支撑的安装，以防土压力、水压力过大影响基坑内的施工安全。

（3）内支撑自上而下的设置，严格遵守“先支撑，后开挖”的原则。

（4）围檩采用双拼HW400*400型钢。围檩安装在托架牛腿上，围檩与钢板桩的间隙用钢板填塞密实，托架牛腿用[16a槽钢加工，每2米设置一道，焊接在钢板桩上。焊接前先将牛腿位置的土方人工开挖，开挖好以后焊接。

（5）斜撑使用Φ530*10mm的螺旋钢管，各道支撑与围檩之间采用焊接连接。安装及时到位，随挖随撑，及时安装斜撑。若支撑杆未贴靠在与围檩上，需加垫钢板处理，使围檩上的力传到支撑上，以起到支撑的作用。支撑与围檩的材料、制作、焊接必须严格按要求施工。

4.5 基坑开挖及堵漏

基坑开挖根据基坑现场条件，基坑先采用9m长臂挖掘机开挖，待挖到8m左右时，吊入小挖掘机至基坑内挖土、装土至自制铁皮料斗，吊车配合起吊运至基坑外。施工中挖至设计围檩深度处下约1m，施作围檩，围檩及内支撑施作完成验收合格后，继续下挖，以此类推挖至坑底[5]。

基坑开挖过程中，可清楚观察到围堰挡水止水效果，基坑内没有出现渗漏、管涌等现象，说明钢板桩围堰是成功的。局部渗水采用锯末、煤灰、棉絮等进行止水，并根据渗水量设置抽水机，每隔一段时间进行抽水，保证不积水。

4.6 水下封底混凝土施工

采用C20混凝土进行钢围堰封底，封底厚度1m，设计方量为379m3，混凝土的缓凝时间要在16小时以上，坍落度≥220mm。混凝土采用2台120型拌和机拌和，5台12m3混凝土罐车运输混凝土。

沿围堰四周每隔3m设置一根半径为30cm的导管，每根导管配一个料斗，料斗的容量满足首灌混凝土数量的要求，首灌要求导管埋深≥65cm。由左侧向右侧水平浇筑混凝土，灌筑的时候对混凝土的高程变化应及时测量，根据断面图及时调整灌注的位置和方量，防止超灌和欠灌。

4.7 基坑监测

根据《建筑深基坑工程施工安全技术规范》（JGJ311-2013）

及《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011的规定基坑监测按照一级基坑执行。

钢板桩插打过程中，采用测锤观测的方式观测钢板桩插打的垂直度。深基坑支护完成后采用全站仪对基坑水平位移进行测量并记录，采用水准仪进行钢板桩支护基坑的沉降观测并记录[6]。

4.8 钢板桩围堰拆除

钢板桩围堰拆除步骤：承台施工完成→回填中砂至最下一道围檩下→支撑及围檩拆除→回填中砂至第二道围檩下→支撑及围檩拆除。

（1）承台及基坑范围内墩身施工完毕基坑回填完成后进行钢板桩的拔除。

（2）采用机械手拔桩。利用机械手产生的强迫振动，扰动土质，破坏钢板桩周围土的黏聚力，依靠附加起吊力的作用将桩拔除。

（3）拔桩起点和顺序：拔桩起点应离开角桩5根以上。根据沉桩时的情况确定拔桩起点，必要时也可用跳拔的方法。拔桩的顺序与打桩时相反。

（4）振打与振拔：拔桩时，可先用机械手将板桩锁口活动以减小粘附，然后边振边拔。对较难拔除的钢板桩可先用机械手将桩振下100～300mm，交替振打、振拔[7]。

5 结束语

该工程采用了拉森IV钢板桩围堰，围堰平面尺寸为15.4*21.8m，钢板桩单根长度为24m，施工技术难度大，通过有效的工况分析，采用合理的施工方法，即可保证施工安全又可提高施工效率，同时对河道的安全和水体环保起到重要保护，具有较好的技术和经济效益，可以为同类型工程施工提供借鉴并具有一定的指导意义。

参考文献

[1] 杨建伟.长青沙二桥主墩承台钢板桩围堰设计与施工技术[J].科技展望，2015，（34）：154.

[2] 蒋政文.桥梁水中墩钢板桩围堰施工技术分析[J].交通建设，2017，（09）：259-260.

[3] 周瑞刚.钢板桩围堰结构设计研究[J].黑龙江交通科技，2017，（06）：79-80.

[4] 劉杨.深水基础钢板桩围堰施工[J].施工技术，2016，（07）：60-62.

[5] 周祥，付继承，彭英海.钢板桩围堰施工工艺[J].水运工程，2015，（08）：116-118.

[6] Q/CR9207-2017.铁路混凝土工程施工技术规程[S].北京：中国铁道出版社，2017.

[7] 周永兴，何兆益，邹毅松.路桥施工技术手册[M].北京：人民交通出版社，2004：51.