五河定淮淮河特大桥大直径圆形钢板桩围堰施工

薛 峰

(安徽省徐明高速公路管理有限公司，安徽五河 233300)

1 工程概况

根据五河定淮淮河特大桥桥位处的水文地质情况，进行了钢板桩围堰施工方案的结构设计。依据施工进度计划，主桥20号承台施工周期在枯水季节，根据现场的施工条件、施工图纸及岩土工程勘察报告，结合拉森钢板桩宽度适中、抗弯性能好、施工安全等方面考虑，20号主墩打设水中钢板桩围堰，围堰采用直径31.38 m的圆形，总高度为27 m，其顶面控制标高为 +17.0 m，桩底标高为－10.0 m。

钢板桩选用德国单面拉森S-Ⅳ型，套型锁口，锁口内涂上润滑黄油，两桩锁口联结转角10°～15°，摩阻力小，防渗性较好，钢板桩周圈咬合紧密，止水效果好。

经设计计算，围堰基坑开挖深度16.9 m，开挖尺寸为31.38 m直径圆形，围堰为从上而下共布置七道环形钢围檩，第1，2，3道围檩均采用单根H型钢(700×300×13×24)，支撑连杆采用H型钢(300×150×6.5×9);第4，5，6，7道围檩采用两根 H 型钢(700×300×13×24)双拼，支撑连杆采用单根H型钢(300×150×6.5×9)，内侧环形支撑采用H型钢(300×150×6.5×9)。第1道围檩的底面与设计防洪水位平齐，第1道～第4道围檩中心距2.8 m，第4道围檩～第5道围檩2.0 m，第5道围檩～第6道围檩1.6 m，第6道围檩～第7道围檩1.7 m。第1道支撑距围堰顶0.300 m;第2道距围堰顶3.1 m;第3道距围堰顶5.9 m;第4道距围堰顶8.7 m;第5道距围堰顶10.7 m;第6道距围堰顶12.3 m，第7道距围堰顶14.0 m，布置如图1所示。完成后围堰俯视图见图2。

图1 钢围堰断面图

图2 完成后围堰俯视图

2 大直径钢板桩钢板施工

2.1 进场检测

由于采用的新旧钢板桩种类较多，型号复杂，进场后应该对各钢板桩进行质量的检查、尺寸记录，并做好标记与编号。

两侧锁扣的短桩必须做通过试验，避免发生型号不匹配的现象，为便于施工，以少量人工或者简易机械能够负荷为宜。

当锁扣尺寸不符，或者桩身存在一些外形质量缺陷时，可采用冷弯、焊补、铆补等进行割除、接长的整修方法。同时应当保证接头的强度与其他部位相符。焊接时，用具有足够刚度的夹具夹平，以免产生过大变形误差;焊接应遵循先对焊再焊缀板的流程。

2.2 施工放样及施打定位桩

将施工区域控制点标明并经过复核无误后，对钢栈桥进行拆除为钢板桩施工提供空间。首先应精确定位控制坐标点，然后通过打入定位桩进行定位，为区别各桩，可采用传统的在水面以上部位焊接牛腿予以标志(设计时应考虑第1道围檩牛腿位置和施工水位的关系，避免水下焊接的施工)。

2.3 导向框施工

导向框施工中，应遵循的工法如下:

1)导向框架固定在定位桩上，采用刚度较大的Ⅰ型钢，内外导向之间为钢板桩的设计位置。本工程导向架的安装，先打定位桩在桩上做第1道围檩，以第1道围檩和外围的导向架为钢板桩进行定位。导框分段制作、组装。

2)导向框的安装高度不能太高也不可太低，要根据各钢板桩的高度进行优化。

3)导向框安装后应具有足够的刚度，不能在施工中产生过大的位移和变形。

4)外围导向框循环利用。

2.4 圆形钢围堰打桩顺序选取

根据目前工艺，圆形钢围堰打桩的顺序分为三种形式，如图3所示。其中c)工序多了一个合龙点，a)与c)较b)有较好的控制精度，但a)，b)都可能在回流影响下产生外移，难以合龙，因此若流速过大，则应考虑c)法。

图3 钢板桩开始合龙位置示意图

由于a)法对称施工，两侧增插数大致相等，考虑本工程施工时为淮河枯水期水流缓慢，通过以上分析故采用a)种顺序插打。

2.5 首片钢板桩

首片控制精度较高，是保障后续施工精度的关键，在工艺上，可通过在导向架上设置限位，限位内尺寸稍大2 cm。插打时，钢板桩要紧靠导向架，同时将吊钩下放。

在正交的两个方向用垂球吊线，控制钢板桩倾斜度不得超过1%，若超出应及时纠偏。在实施结束后对钢板桩的垂度进行校验，然后以首片钢板桩为基准，采用方式a)向两边对称插打。

2.6 其他钢板桩的插打

钢板桩运至现场后应按照事先编号进行堆码，堆码层数不得大于四层，层与层之间采用垫木隔开，每层高程应小于1 cm，垫木中心线应在一条垂线上，误差不得超过2 cm。

钢板桩运至制定位置后应将其呈垂直状态放下，插入前一块锁扣后再进行下插，为便于控制，采用风绳与人工控制的方法。

在正交的两个方向上用锤球掉线的方式检验垂直度，其倾斜不得超过1%，若超出应及时纠偏，偏差过大时，可分数片进行逐次纠偏，避免锁口卡住。

每片钢板桩应在到位前30 cm～50 cm停止施工，锁扣下一片钢板桩，依靠下一片的摩擦力带动前一片下沉，以此类推。

2.7 合龙前准备工作

合龙前，应测量邻近钢板桩底部直线距离，根据宽度计算所需片数，然后确定采用增加钢板桩或者向外绕圆弧的插打方案。

2.8 合龙桩的调整

为便于合龙施工，合龙处的两片桩应保持一高一低，由于下端有土挤压，合龙时往往会出现“下大上小”的情况，因此在合龙两边都差4根～6根桩的距离时，两边各打入异型桩，使合龙桩的两边接近平行时，再将合龙桩插入，打到设计标高。

3 钢板桩施工难点及处理办法

3.1 打桩阻力过大不易贯入

这由两种原因造成:1)在坚实的砂层或砂砾层中打桩，桩的阻力过大;2)钢板桩连接锁口锈蚀，变形，致使板桩不能顺利沿锁口而下。

对第一种原因，需在打桩前对地质情况作详细分析，充分研究贯入的可能性，在施工时可伴以高压冲水或振动法沉桩，不能用锤硬打。

第二种原因，应在打桩前对板桩逐根检查，有锈蚀或变形的及时调整。还可在锁口内涂以油脂，以减少阻力(锁口内嵌填黄油沥青混合料，材料为黄油、沥青、干锯末以及干粘土，配合比2∶2∶2∶1)，并且能够起到加强锁扣防渗性能。涂油脂与不涂油脂的贯入情况比较见图4。

图4 涂油脂与不涂油脂的贯入情况比较

本工程由于在坚实的砂层打桩，桩的阻力过大，钢板桩难以打到设计标高，为此我项目部采用“水刀”引孔的方法，实施后效果显著。

“水刀”加工方法:在钢板桩内侧安装2根直径为2 cm的钢管，钢板桩上部与高压水泵相连，钢板桩下部加工成三角形，桩尖设置高压水喷头。

“水刀”引孔方法:“水刀”对槽打到设计标高，抽出“水刀”，再将要打钢板桩对槽打下。

水刀原理如下:钢板桩下部三角形能减小桩的阻力，高压水射流使土壤疏松，并带走松散的土石，使桩尖的阻力降低，并降低桩表面及锁口处的摩擦力，从而易于沉桩、减少桩、设备的损坏。

3.2 钢板桩向打桩方向倾斜

在软土中打板桩时，由于连接锁口处的阻力大于板桩周围的土体阻力，形成不均衡力，使板桩向前进方向倾斜，这种倾斜要尽早调整，可用卷扬机钢索将板桩反向拉住后再锤击，或可以改变锤击方向。当倾斜过大，为达到纠偏目的，可另外制造异形钢板桩进行合龙，但异形钢板桩应当控制其顶、底宽度差异，不宜超过桩长的2%。楔形钢板桩纠偏如图5所示，板桩倾斜及钢索纠偏见图6。

图5 楔形钢板桩纠偏

图6 板桩倾斜及钢索纠偏

当多根钢板桩累计倾斜过大时，靠上述方法不能纠正，根据倾斜的角度制作异型桩，使桩位的倾斜大幅减小，桩位趋于垂直，异型桩施工中宽度控制方法:水平尺与地平面垂直，一端靠在倾斜的钢板桩上，量下端水平尺与钢板桩的水平距离，根据相似三角形的原理确定异型桩的宽度。如水平尺1 m位置，水平尺与钢板桩的水平距离为3 cm，则24 m钢板桩下口为72 cm。

3.3 将相邻板桩带入

这种现象常发生在软土中打板桩，当遇到了不明障碍物，孤石或板桩倾斜等情况时，板桩阻力增加，便会把相邻板桩带入。可以按下列措施处理:

1)不是一次把板桩打到标高，留一部分在地面，待全部板桩入土后，再把余下部分打入土中。2)把相邻板桩焊牢在围檩上。3)数根板桩用型钢连在一起。4)在连接锁口上涂以黄油等油脂，减少阻力。板桩被带入土中后，应在其顶部焊以同类型的板桩以补充不足的长度。

4 工艺总结

圆形钢板桩围堰有以下主要特点:

1)围堰环形内支撑设计对承台施工空间作业便利，围檩为多边形工字型钢联接组成，多边形数越多越接近于圆形，其钢板桩受力越均匀稳定。2)施工工艺、机械组合简单。3)材料占用量少、缩短承台工期，减少施工平台作业面积;圆形围堰内无横纵向交错支撑，对承台钢筋、混凝土吊运施工无影响从而加快承台施工进度，缩短水下承台施工时间，降低施工成本。

随着公路铁路中大桥建设数量逐渐增多，大型基础施工运用钢板桩将会越来越多。五河定淮淮河特大桥采用的大直径圆形钢板桩围堰施工工艺，满足了保证下部结构实施的安全、缩短工期、提高工程质量的总体要求，该模式在其他同类工程中也具有极强参考与借鉴价值。

［1］凌治平，易经武.基础工程［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］梁建林.水利水电工程施工技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2005.

［3］汪龙腾.水利工程施工管理［M］.北京：水利电力出版社，1987.

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