锁口钢板桩深水基础围堰施工技术研究

李 钊,陈方宇

（江西省交通投资集团有限责任公司南昌东管理中心,江西 余干 335100）

0 引言

锁口钢板桩围堰技术常运用于深水基础工程中，该技术具备强度高、防水能力强、防护性能强等优点。某钢桁梁悬索桥处于砂石基层发育，地下水和地面水丰富地区，其主塔墩基坑挖掘深度达9.70 m，系属深基坑工程，该工程采用锁口钢板桩围堰防护技术，该文结合该工程，从锁口钢板桩围堰工艺和深基坑挖掘与辅助技术处理方面，介绍钢板桩围堰技术在深水基础工程中的具体运用。

1 工程概况

某桥梁为八车道高速公路+四线铁路的公铁组合型桥梁，属于钢桁梁悬索桥结构，加力梁由钢桁和板桁构成，（84+84+1 092+84+84）m布跨，主跨度1 092 m。桥面整体构造采取异性正交结构，对钢桁系统制作和装配技术要求较高。

主塔墩采取桩群基础加承台组合模式，承台左右塔墩分离，中间采用系梁连接，共67根Φ2.80 m钻孔灌注桩，应用C35水下混凝土。承台径值40 m，底部标高-2.50 m，顶部标高+7.0，基坑挖掘深度9.70 m，系属深基坑工程。

基坑防水采用钢板桩围堰技术，承台围堰采用Ⅵ型拉森钢板桩，基坑底部标高-3.20 m，底部铺设20 cm砾石，浇筑50 cm厚C30混凝土垫层。在+2.5 m区域，设置一道圈梁和内撑，圈梁截面厚度为30 mm，焊接规格为100×80 cm的箱体梁，内撑使用Φ100×2 cm钢管[1]。

2 钢板桩围堰施工流程

2.1 清理场地

清理钢板桩围堰场地，切割插打范围内混凝土钻孔平台地坪，应用液压破碎锤配合挖掘机臂，对混凝土进行破碎。地坪挖掘宽度为0.42 m，深度为1.0 m，以达到插打钢板桩所需的导向要求。

2.2 装配导向及插打钢板桩

2.2.1 装配导向架

钢板桩长24 m，围堰平面线为圆哑铃形。为保证围堰平面处线形以及钢板桩的垂直度，插入前应装配导向架。依据围堰的线形设计，导向架与混凝土地坪构成上下两层限位。导向架分段，并可以基于围堰中心做圆周移动，每次移动后，可插入8根钢板桩。导向架用直径为30的螺栓临时定位，并用钢护筒和型钢焊接牢固。导向架起始定位必须准确（沿圆弧的偏差≤±50 mm，沿半径的偏差为-20～0 mm，钢板桩在竖直方向的倾角≤1°）。钢板桩插入起始段后，导向架和钢板桩相互导向沿圆周运动，导向架的配置保证了钢板桩的插入精度，大大降低了单桩定位难度[2]。

2.2.2 插打钢板桩

（1）整理钢板桩。钢板桩运至施工现场后，应检验、分类、编码、登记。钢板桩需满足以下技术条件：

1）允许宽度误差量±20 mm。

2）锁口的内外处于一条直线，且表面光洁。

3）锁口高度误差≤2 mm。

4）锁口扣合紧密，空隙≤3 mm。

5）使用同型号3 m长钢板桩，测试锁口通过性，并用电动绞车牵引，牵引力最大不可＞5 kN，或者以2～3人拉动通过为宜。

6）两端切割齐整、平滑，不得存在飞边、突起，上端设置拔桩所需圆孔，圆孔采用焊接钢板强化加固，相对于中间一块长度，每组长度偏差应在2 mm之内。

7）钢板桩的变形和弯曲应满足施工规范要求。

8）垫层混凝土上方钢板桩的锁口一定要捻缝，并嵌以油灰，提高防水性。

9）当钢板桩长度不够时，可用同类型、同强度钢板桩，给予焊接补长，焊接时，先对接焊或者将接头补焊合缝，然后再焊接强化加固板，注意邻桩接缝错开。

（2）配置机械装备。钢板桩吊装和插打采用DZ90型振动锤+50 t履带吊，DZ90型振动锤主要功能参数如表1所示。单根钢板桩自重约2.5 t，振动锤50 t自重约7.05 t，履带吊臂长34 m，吊幅10 m，最大起重量11.5 t[3]。

表1 DZ90型振动锤主要功能参数

（3）插打钢板桩：

1）插入钢板桩前，在锁口以上涂抹黄油，使锁口光滑，便于插入。在垫层和混凝土圈梁涂上沥青，以便拔出。

2）钢板桩插入前，检查钢板桩插入导向系统，检查插入时使用振动锤，保证导向定位准确，振动锤正常工作。

3）用履带起重机+振动锤配合起重机插入钢板桩。用起重机主副钩组合，吊起钢板桩和振动锤。拆下辅助钩，将钢板桩移动到导向架的插入位置，插进已到位的钢板桩的锁口中。第1桩插入，借助导向架给予定位。

4）插桩顺序：从上游和下游弧的顶点分别开始，于系梁的中间合拢。埋深23.5 m左右，分两次插打，第1次插打18～20 m，第2次插打到设计深度。接长钢板桩时，相邻钢板桩必须错开。尽可能分批次插打，插打一组钢板桩时，防止相邻组被带下。

5）合拢钢板桩：合拢前最后5～7根钢板桩未插入时，测算桩底直线距离，然后依据桩宽，计算出所需钢板桩的根数。围堰合拢时，若出现上小下大、上大下小及左右偏斜等情况，可使用特殊桩合拢。

3 深基坑挖掘与辅助技术处理

3.1 基坑挖掘

钢板桩插打后，将围堰内以及周围场地清理干净，启动挖掘基坑的准备工作。挖掘采取横向分块和垂向分层，按均衡对称原则进行。采取挖掘机与自卸车组合匹配的方式，进行挖掘和土方运输。地表标高6.50 m，基坑深度3.20 m，挖掘总深度9.70 m，内支撑挖掘遵循“分块、分层”原则。

装配内支撑前，基坑挖掘深度为5.0 m，挖掘量14 300 m3，挖掘顺序由围堰上下游向系梁区开展，挖掘机一边挖一边后退。挖掘工程中，钢护筒按每次2～3 m标准分次割除，为挖掘提供操作通道。从系梁区运出土方，系梁区可以通过放坡构成自卸汽车进出通道。此阶段系梁区内支撑附近的土方，最终挖掘至+1.5 m，装配内支撑。

内支撑装配完成后，需要继续挖掘4.7 m，挖掘量约13 474 m3。基坑内平面具体划分为4个作业区域。各区域土方均经围堰中部，翻运至围堰外围，由围堰外的挖掘机装车运出。围堰内，挖掘机继续一边挖一边后退，分次割除护筒。挖掘到桩头时，割除护筒后，一边凿除桩头，一边挖掘基坑，直到深度3.2 m的基坑底部。

以机械挖掘为主，于围堰端部以及系梁区方便排水区域，设置60 cm×60 cm×70 cm集水井6个。沿围堰边缘向内50 cm左右，配置40 cm×20 cm集水沟，集水沟深入砾石层20 cm，便于排出围堰内积水。在底部有砾石过滤层的集水井内，设置足够数量的水泵，保证坑内积水及时排出。

在基坑挖掘中，如钢板桩存在锁口漏水，可将粗砂、锯末粉、水泥拌和物，塞入漏锁口缝隙进行止水。

基坑底标高许可误差±50 mm，挖掘到基坑底部以后，自检基坑平面定位、规格和底部标高，根据设计要求和地质勘查资料，检测基坑底部承载力，在通过测试后，方可开展下一道工序。

3.2 圈梁及内撑的制作与装配

3.2.1 制作

在围堰标高1.5 m区域，配置圈梁和内撑。圈梁断面为焊接箱体梁厚度，内撑采用Φ100×2 cm钢管。圈梁和内撑由专业的钢结构施工队加工，由平板车运送到墩位处进行组装。加工前须制定专门的加工方案，并向加工团队进行技术交底。加工圈梁时，所有接头应严格按照设计图纸进行焊接，在加工厂内，将各段连接处按设计要求开好坡口，装配时在现场焊接。各节段加工完成以后，在加工厂开展预装配，保证内撑管螺栓口匹配，节段接头匹配。

3.2.2 装配

基坑挖掘至设计内撑标高以下的1.5 m区域，开始装配围堰圈梁和内撑。为缩短基坑内圈梁的装配时间，在基坑外的平坦场地上，将相邻的三个圈梁段完成拼接。按设计位置，用100 t龙门起重机，将拼接完成的整体节段放送就位并对位、焊接。

节段标准重量9.26 t，采取2吊点吊送，采用6×37-28-1700钢丝缆，其破断最小拉力411 kN。安全系数7.7，一般满足安全系数6倍即符合安全吊装要求。案例工程最大节段规格3*8.0 m，重量28 t，也采取2吊点吊送。采用6×37-47.5-1700钢丝缆，其破断最小拉力41 176 kN。安全系数7.3，也达到安全系数6倍要求。选择上述两种钢丝缆，并配备7 t和20 t卸扣。大节段吊装使用20 t卸扣。节段加工时，对配置圈梁的各节段，暂不加工接头侧腹板，以方便现场组装和焊接作业。现场焊接接头时，按先底板、底面腹板和顶板的坡口焊，然后再依据接头实际规格切割和装配顶面腹板。底板、顶面腹板和圈梁段加力板位置都采取坡口焊接，现场装配的腹板应与圈梁段腹板材料和厚度相同，可以在加工厂进行预加工[4]。

系梁区圈梁装配到位以后，再装配内撑钢管。整个内撑系统装配完毕后，钢板桩和内撑之间的空隙用砂浆充填压实。利用坑内土方支撑竹胶板底模，使内撑系统能够承受钢板桩传导的壁侧压力。圈梁和内撑装配完成后，对装配质量开展验收与签证，验收内容包括：圈梁标高、圈梁和钢板桩顶紧、接头焊接缝质量、法兰螺栓装配等。

3.3 割除钢护筒与凿除桩头

基坑挖掘以内撑装配为分界线分成两个阶段，挖出的钢护筒都分次切割，每次切割约2.5 m，重量约4.9 t。切割钢护筒，用100 t龙门起重机吊出基坑，并清理干净相关区域。

挖掘到桩头外露时，将钢护筒周围区域清理干净以后，可将钻孔桩桩头上方的护筒切除，一般单次切除高度控制在2.50 m之内。首先，采用割炬环向切断桩顶钢护筒，然后将其从基坑吊出。剩余的护筒则在桩顶设计标高，环向割开，再竖向割开，用100 t龙门吊吊出基坑。

凿除桩头时，以钢护筒切除后的顶口作为桩顶控制标高，用环切法凿除桩头，并将碎渣及时清出基坑。凿除过程中，不可损伤桩头钢筋。桩头凿除以后，用100 t龙门吊从基坑中吊出。钻孔桩桩头灌注高度多控制在1.0 m左右，考虑浮浆影响，凿除桩头高度可按2.0 m计算。按这样的长度计算，案例凿除桩头重约37.4 t。凿除后的桩顶面应断面平整，集料均匀。

桩头处置完成后，在桩顶面测量中心位置，并在其平面位置开展竣工验收。钻孔桩平面定位误差须控制在50 mm以内。伸入承台的桩顶主筋长度，应满足设计要求，允许+20 mm的误差。

基坑施工时，为方便施工人员进出，在围堰的上下游，各配置一个梯道，梯道依据基坑挖掘进度分段装配。梯道应用花纹钢板、角钢和槽钢搭建，梯道平台须固定焊接在圈梁和钢板桩上，栏杆材料应用脚手架钢管。

3.4 铺筑碎石层与浇筑混凝土垫层

挖掘到基坑底部后，清理钢板桩和钢护筒内壁，清理和整平基坑底部，清理围堰场地，准备铺装20 cm砾石层和浇筑50 cm的混凝土垫层。砾石方量574 m3，C30混凝土垫层总体积约1 435 m3。混凝土浇筑方案为：系梁区和围堰岸侧下游，各配置1台混凝土泵车，泵车布料半径43 m，每辆泵车配备3辆混凝土运送罐车。混凝土由拌和厂供应。

铺筑砾石层，用汽车运输砾石，由围堰外的挖掘机翻运到基坑内，再由基坑内的挖掘机从围堰周围向基坑中部铺筑，砾石层顶标高允许误差为±20 mm。

垫层浇筑顺序，横桥方向2台混凝土泵车，由2个承台中间，向上下游和系梁区分别推进，并合拢在系梁区，纵桥方向由岸边向江边推进。

混凝土垫层浇筑前，测量员应在钢板桩和钢护筒上，对承台底部的标高给予放样，以便在垫层混凝土浇筑过程中控制标高。

垫层混凝土顶面要浇筑平整，垫层标高不可大于承台底面，以保证承台混凝土层厚度。垫层标高允许存在-20 mm差值，

3.5 回填基坑与拔除钢板桩

基坑采取挖掘机配合自卸车回填，利用挖掘机对回填土方进行压实。两次回填分别使用沙子和挖出的弃土，两次回填完成后，即可开始钢板桩拔除工序。该工序的机械装备设置与钢板桩插入工序相同，即使用振动锤+50 t履带吊+平板车，将钢板桩拔除并运出，配置两套装备，从系梁中部逐步向围堰的上下游，逐段拔出钢板桩，并由平板车运送出场。

拔桩起点应从剩余5根左右开始。拔桩起点可依据打桩情况确定，必要时亦可应用跳桩法。起重机应伴随振动锤的起动逐步加荷，提升力通常低于减振弹簧抗压极限。振动锤的供电量一般为振动锤功率的1.2～2.0倍。对抗拉强度大的钢板桩采取间歇振动法。振动锤每次连续作业15 min，连续作业不得超过1.5 h。

4 结语

综上，该文对锁口钢板桩深水基础围堰施工技术进行了深入研究。介绍了锁口钢板桩围堰基本概念和工艺，重点梳理介绍了案例工程应用锁口钢板桩围堰技术开展深基坑挖掘和防护处理一系列技术要点，其中包括基坑挖掘、圈梁及内支撑的制作与装配、割除钢护筒、凿除桩头、铺筑碎石层、浇筑混凝土垫层、回填基坑、拔除钢板桩等技术要点，具有一定的参考意义。