钢板桩围堰在水中桥墩施工中的应用

1钢板桩围堰在水中桥墩施工的应用龚辉张泽伟（葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都，610091）摘要：本文介绍钢板桩围堰在桥梁水中墩施工中的理论计算方法及有效施工方法，施工中存在的问题及解决办法。关键词：钢板桩围堰结构计算方法、施工方法和监测要求。1、概述桥梁工程施工中，水中桥墩施工是桥梁工程中的重点和难点工程，在某些不利的条件下水中基坑的支护形式就成为重点需要解决的。本文以汉孝城际铁路桥梁承台在水中施工的工程实例，介绍钢板桩围堰在桥梁水中墩施工中的理论计算方法及有效施工方法，水中基坑开挖施工中。2、钢板桩围堰结构及计算方法2.1、地质情况本工程为汉孝城际铁路府河特大桥位于黄塘湖，水深在5～7m。施工所处部位地层岩性主要有：1、第四系全新统冲积层(Q4al），粉质黏土，承载力基本值σ0=80~120kPa；2、更新统冲洪积层(Q2al+pl）粉质黏土、黏土，承载力基本值σ0=150kPa。2.2、钢板桩围堰结构基坑开挖、承台及下部墩身施工均需采用钢板桩围堰支护。钢板桩选用拉森Ⅳ型，其截面尺寸为B*H*T=400mm×170mm×15.5mm，长度根据水深和入土深度确定；钢板桩围堰内部支撑、围囹采用H型钢（400mm×400mm×13mm×21mm），内部支撑、围囹采用三道。钢板桩与围囹、围囹与支撑进行焊接。围堰平面布置见下图2-1防护方式见下图：图2-1钢板桩围堰结构示意图2.3、钢板桩围堰受力计算要求该结构钢板桩为非重力式支护结构，设计计算包括强度破坏和稳定性破坏。强度破坏包括内部2支撑压曲、支护结构的入土深度和钢板桩承受的最大弯矩值。稳定性破坏包括墙后土体整体滑动失稳、坑底隆起、管涌。该结构为有支撑的支护结构，支护与变形计算根据各种工况条件下进行计算：第一次降水至第一层支架安装处，此工况为一悬臂的围护墙；待第一层支撑形成后继续降水至第二层支撑至第二层支架安装后进行降水到第三层支撑；最后进行基坑清理及坑底砼浇筑；完成后拆除第三层支撑。钢板桩围堰受力计算方法很多，目前常用的有“等值梁法”“弹性曲线法”“竖向弹性地基梁法”（m”法）和“有限元法”。坑底稳定与支护结构的入土深度有关，支护结构的入土深度还与支护结构的变形有关。但只要能保证坑底不失稳和入土深度满足需要即可，过多的增加入土深度，对支护结构变形和内力并无有利影响。入土深度的计算采用Caguot进行验算。水中钢板桩围堰支护结构的稳定验算主要包括整体滑动失稳、坑底隆起和管涌。整体滑动失稳验算，对于支撑的支护结构，如支撑不发生压曲，一般亦不会产生整体滑动失稳；坑底隆起验算，围堰内水位下降和基坑清理中，由于墙后外侧水压和土重作用下引起坑底隆起，将支护结构底平面作为求极限承载力的基准面，参照Prandtl和Terzaghi地基承载力公式计算Nc，Nq的地基承载力系数；管涌验算主要是基坑开挖后，地下水形成水头差h’，使地下水由高处向低处渗流，因此基坑清理出后的墙后水头差产生的动水压力作用下，绕过钢板桩围堰涌入基坑。3、钢板桩围堰施工方法3.1安装导向钢围囹测量定位打桩围囹支架，保证钢板桩沉桩的垂直度及施打板桩墙墙面的平整度。打桩围囹支架采用双面布置，双面围囹之间的净距应比钢板桩宽8～10mm。导向围囹采用H型钢组成，围囹与钢平台之间用连接板焊接。3.2钢板桩插打钢板桩采用日立450型液压振动打、拔桩机进行插打。为增加钢板桩在使用时防渗性能，每片钢板桩锁口都须均匀涂抹混合油（混合油按体积比，黄油：干膨润土：干锯沫＝5：5：3进行配制）。打桩机夹紧钢板桩并安装好辅助钢丝缆，根据导向架上测放的位置，钢板桩在人工配合下，沿着导向架并对准定位线后，自由下沉，自重下沉稳定后，开动振动锤沉桩，直到第一根钢板桩沉放到位。第二根钢板桩起吊后，其底口对准已经施打的钢板桩，施工人员协助使两根板桩锁口对接，然后自重下沉及振动沉桩到位。以后每根板桩都遵循此施工顺序，直至全部板桩打设完成。钢板桩放线施工，桩头就位必须正确、垂直、沉桩过程中，随时检测，发现问题，及时处理。沉桩容许偏差：平面位置纵向100㎜，横向为-50㎜～0㎜，垂直度为不大于5。3.3围囹及支撑安装3根据图纸要求现场测量标记围囹轴线，并用红色油漆标记。在围囹上测定斜撑轴线位置并标记。抽水至第一道支撑设计标高下1m处停止抽水，在吊车的配合下安装第一道围囹及斜向支撑，然后用相同的方式依次安装第二道、第三道围囹及斜撑。第三道支撑作为临时支撑，待封底混凝土浇筑完后即可拆除，以便承台施工。3.4混凝土封底承台开挖至设计高度后，在基坑四周设排水沟，在钢板桩的对角设集水沟用水泵集中排水。然后进行混凝土封底施工。若基坑内水流加大时，采取水下混凝土灌注的方法进行封底，封底混凝土强度等级采用C20，厚度为0.5m。3.5防渗与堵漏措施水中钢板桩围堰的防渗水、漏水效果直接影响着基坑开挖、围囹安装、承台施工的顺利进行，因此，在施工过程中采取以下防渗与堵漏措施：（1）钢板桩运至现场后需进行检查、处理，清除锁口内杂物(如电焊瘤渣、废填充物等)，对缺陷部位加以整修，增加钢板桩使用时防渗性能；（2）钢板桩在插打之前应在锁口内涂以黄油、锯末等混合物，增加锁扣的密实性；（3）钢板桩插打过程中若锁口不紧密漏水时，可用棉絮等在内侧嵌塞；（4）钢板桩插打完成后出现漏水，可在其外侧包裹一层防水彩条布，起到防水减小水压力的双重效果，抽水时同时在外侧水中漏缝处撒大量木屑或谷糠和炉渣的混合物，使其由水夹带至漏水处自行堵塞；（5）在桩脚漏水处，采用局部混凝土封底措施；（6）若漏水严重，堵漏困难时，在钢板桩外侧补打木桩围堰，木桩围堰内侧铺设彩条布，在彩条布与钢板桩围堰间填筑黏土进行封堵。4、围堰监测该种围堰监测主要对钢围堰的稳定状态、安全程度和支护效果进行监测，以便随时调整设计参数及基坑施工方案，确保基坑安全可靠。钢板桩监测弯曲应力和变形，在钢板桩上设置沉降及水平位移观测点，采用全站仪和水准仪进行观测；钢支撑采用应变计或传感器进行内力计算的验证；通过变形观测对钢板桩的位移监测，以便内力计算的数值与实际值进行复核。在施工过程中的围堰监测在设计计算的范围内，确保钢板桩围堰结构的安全。5、结语汉孝城际铁路府河特大桥水中桥墩的施工中，主要采用了钢板桩围堰的结构型式。从钢板桩围堰的结构设计，主要施工质量控制要求和施工中渗水的处理，围堰应力应变的监测，为钢板桩围堰在水中桥墩中的应用提供了经验。4【作者简介】龚辉男葛洲坝集团第二工程有限公司工程师；张泽伟男葛洲坝集团第二工程有限公司工程师。联系人：龚辉Tel:13961520060E-mail:[e-mail]【第一作者简介】龚辉（1976-），男，湖北宜昌，工程师，中国葛洲坝集团股份有限公司宜兴油车水库工程施工项目部。联系方式：0510-81791110（电话），13961520060（手机），江苏省宜兴市油车水库工程葛洲坝项目部龚辉收214223。