拉森钢板桩围堰在涉水深基坑中应用

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摘要：本文主要介绍了在清远至云浮高速公路绥江大桥承台施工中，针对绥江江底的地质及地形条件，通过采用拉森钢板桩围堰，很好的完成了绥江水中承台及后续墩身的施工。不但保证了涉水承台深基坑的安全性和稳定性，而且大大降低了施工措施费用。减少了对绥江的地形影响，最大限度的保护了绥江周边的生态环境。该施工方法也为类似施工提供了一种解决思路。

关键词：拉森钢板桩；水中基坑；安全；环保

0引言

当桥梁跨越较宽的江河时，往往需要在江河中设置桥墩，通常是在水中墩桩基施工完成后采用围堰进行封闭，然后抽水后进行封底及下一步作业施工。对于水流缓慢水深较浅的基坑，可采用土袋围堰进行施工，当水流较快且水深较深时一般采用钢板桩围堰；当水流非常快且水深很深且水底地形地质复杂时，往往采用双壁钢围堰或双壁钢吊箱进行施工。因此在施工前对基坑处的水文条件进行充分调查，仔细比选施工方案，在满足施工条件下，选择合适的施工方法可以大大降低施工措施费用，同时也简化了施工程序，提高了施工进度。项目部通过对绥江大桥范围内的地形地质进行详细调查后，对位于绥江中的承台基坑采用拉森钢板桩围堰，该类型围堰不但满足了现场施工需求，而且拉森钢板桩打拔便捷，不但大幅度降低了施工措施费用，而且加快了施工进度，减少了施工占用河道周期。而且拉森钢板桩围堰对河道及周边环境扰动较小，最大限度的保护了绥江周边的生态环境。通过现场实际使用，该类型围堰在涉水深基坑施工中取得很好的效果。

1工程概况

清远至云浮高速公路是广东省高速公路网重要的组成部分，其中我公司为清云高速第六合同段，设计起点K57+650，终点K71+400，主线线路全长13.75km。设计车速100km/h，双向四车道，路基宽度26.0m，中央分隔带宽度1m。工程内容包括主线K57+650～K71+400段、英兴枢纽互通及石狗互通，含路基土石方、地基处理、边坡支护、路基防护及排水、桥梁、隧道及涵洞工程。绥江大桥是英兴互通的一处重点桥梁，该桥全长352m，孔跨布置为20+40+20+30+3×40+3×40m结构，全桥共计11个桥墩，其中5#、6#、7#墩位于绥江河道内。绥江河道平均深度约为6.7m，水流0.3m/s，河床覆盖层厚度3.2m~4.5m之间，从上往下依次为淤泥质黏土、圆砾性黏土、可塑性黏土。

2围堰施工方案比选

方案一：双壁钢围堰。绥江大桥水中基坑若采用双壁钢围堰，则需先在工厂或现场临时加工区对双壁钢围堰进行分节制作，然后依次运抵施工处进行焊接拼装，待水中承台及墩身施工完毕后，安排潜水员将双壁钢围堰依次割除。该施工方法不但施工成本高，而且对钢围堰加工精度及质量也有很高的要求，尤其是焊缝的检测较为繁琐。经测算，单个承台双壁钢围堰施工措施费用约为140万元。并且该围堰涉及到水下切割作业，安全风险性很高。方案二：拉森钢板桩围堰。采用拉森钢板桩围堰，则只需在桩基施工完毕后将钢板桩依次打入，然后即可抽水进行下一步施工。由于河床底都为淤泥质黏土，因此钢板桩插入深度满足有关要求。承台及墩身施工完毕后将钢板桩拔出即可，无需潜水作业。经测算，单个承台钢板桩围堰施工措施费用仅为5.2万元，且施工工艺简便，施工风险低，钢板桩可重复使用，大大降低了施工措施费用。经上述两方案比选，拉森钢板桩更加经济且施工安全，施工措施费用节省约400万元。因此选择拉森钢板桩围堰更加符合现场施工需要，同时也更加经济和安全。

3钢板桩围堰设计结构

据工程所在地场地特点和地质情况，结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑，选用拉森lV型（PU400×170）钢板桩对基坑进行支护和围堰施工。拉森Ⅳ型钢板桩宽度适中，抗弯性能好，其主要技术参数为：截面积A=96.99cm2，理论重量g=76.1kg/m，惯性矩I=4670cm4，板厚15.5mm，宽度400mm，厚度170mm，日本进口钢材，反复使用齿口不会变形，有良好的防水功能，对基坑围护起到施工简便、安全、施工周期短、成本低。绥江大桥6#墩基坑深度最深，最大开挖深度为7.512m。基坑支护采用拉森Ⅳ型钢板桩，桩长为18m，其单根截面积A=96.99cm2，每米宽截面模量为W=2270cm3/m。该基坑支护设置三道围檩，其中钢板桩顶面以下1.0m处设置第一层内支撑，钢板桩顶面以下4.0m处设置第二层内支撑，钢板桩顶面以下6.0m处设置第三层内支撑。内支撑围檩、牛腿及直撑均采用Q235B型钢制作，底层围檩围檩采用2工45a焊接而成，长边中部设相同截面的对撑，四角设相同截面的角撑。第二层围檩围檩采用2HM700×300焊接而成，长边中部设相同截面的对撑，四角设相同截面的角撑。详见图1所示。内支撑安装标高由测量人员根据设计图纸确定。在钢板桩四周放出围檩底标高，按设计要求焊接围檩支承牛腿，牛腿采用厚10mm厚度钢板焊接成三角撑，验收后安装四周围檩，围檩翼缘须紧贴钢板桩，每侧围檩之间互相顶紧。围檩安装完成后，安装转角处围檩连接钢板，每个转角处安装两块加劲钢板，位于围檩H型钢翼缘板外侧三分之一位置，并按设计要求安装斜撑和直撑，撑杆与围檩之间应顶紧、焊接牢固。

4钢板桩围堰受力计算

4.1设计参数

4.1.1相关系数。基坑支护等级为三级。结构重要性系数取0.9。计算支护结构承载能力极限状态时，作用基本组合的综合分项系数取1.25。4.1.2材料参数。拉森Ⅳ型钢板桩：每延米面积242.5cm2；每延米惯性矩38600cm4；每延米抗弯模量2270cm3；材质为Q295bz。抗弯强度设计值取270N/mm2。围檩Q235B钢材厚度一般大于16mm，抗弯强度设计值取205N/mm2，抗剪强度设计值取120N/mm2。

4.2支护结构强度及稳定性验算

4.2.1钢板桩验算。1m宽钢板桩承受的弯矩最大值为M=167.12kN.m，抗弯模量WX=2270cm3，则钢板桩应力：即钢板桩强度满足要求。4.2.2底层围檩验算。①围檩强度验算。底层围檩圈梁承受指向基坑内侧的线性荷载最大值为181.48kN/m，则设计值为0.9×1.25×181.48=204kN/m。经计算，底层围檩最大组合应力为117MPa＜205MPa；最大剪应力为35MPa＜120MPa。计算结果如图2所示。②围檩稳定性验算。底层围檩弯矩如图3所示。由于围檩圈梁与钢板桩之间抄紧，故稳定性满足要求，不需要验算。仅需对角撑及对撑进行计算。角撑最大轴力为898kN，最大弯矩为29kN·m。计算长度5.233m，λ＝5233/80＝65，按照b类构取的稳定系数查表可得为0.78。压弯稳定性验算：满足要求。对撑最大轴力为702kN，最大弯矩为0kN·m。计算长度10.5m，λ＝10500/80＝131，按照b类构取的稳定系数查表可得为0.383。压弯稳定性验算：，满足要求。5拉森钢板桩围堰施工工艺及注意事项5.1钢板桩围堰施工工艺流程拆除钻孔平台→测量放样→安装导向梁→钢板桩插打→抽水并安装第一层围檩支撑→抽水并安装第二层围檩支撑→抽水并安装第三层围檩支撑→基地清理。

5.2钢板桩施工

5.2.1导向梁安装为保证沉桩轴线位置的正确和桩的垂直度，控制桩的打入精度，在钢板桩插打前要设置导向梁，导向梁可采用围堰所用2HN700×300型钢围檩，水上钢平台拆除完成后，在钢护筒上焊接导向梁临时型钢牛腿，安装导向梁。5.2.2钢板桩插打钢板桩围堰远距离采用振动锤施工，利用80t履带吊吊起振动锤对钢板桩进行插打，近距离采用V-400C型高频液压振动打拔桩锤，配K470型履带式主机；筑岛平台围堰桩锤采用V-400C型高频液压振动打拔桩锤，配K470型履带式主机，可有效保证钢板桩打拔。①钢板桩插打采用开始一部分逐根插打，后一部分则先合拢后再插打的方法进行。第一根钢板桩为后续桩的基准桩，以定位线为基准、垂直插打（此项工作应反复仔细校正钢板桩位，确保垂直）；其余各钢板桩，则以已插好的钢板桩为准，起吊后人工扶持插入前一根钢板桩锁口，然后用振动锤振动下沉。整个施工过程中，要用锤球始终控制每片桩的垂直度，及时调整。插打过程中，须遵守“插桩正直，偏移即纠，调整合拢”的施工要点。②插打总体顺序为自大里程对称分别插打至小里程，最后于小里程角桩附近合拢。插打按先插桩、初打、复打三个步骤进行。5.2.3围檩及支撑安装。①围檩支承牛腿顶面应在同一标高上，确保围檩顶口水平。②围檩与每根钢板桩之间均应顶紧，如有未顶紧现象，采用空隙处灌注c20以上细石混凝土填充密实。③部分内支撑可能在河床面以下，如基坑内土体影响内支撑安装，可先挖除影响土体，但开挖深度不得大于1m。④施工中要严格按照先安装内支撑再开挖的原则组织。

6质量保证措施

①在拼接钢板桩时，两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具内施焊，要求两钢板桩端头间缝隙不大于3mm，断面上的错位不大于2mm，使用新钢板桩时，要有其机械性能和化学成份的出厂证明文件，并详细丈量尺寸，检验是否符合要求。②对组拼的钢板桩两端要平齐，误差不大于3mm，钢板桩组上下一致，误差不大于30mm，全部的锁口均要涂防水混合材料，使锁口嵌缝严密。③为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直，并且围堰周边的钢板数要均分，在施工中加强测量工作，发现倾斜，及时调整，使每组钢板桩在顺围堰周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于5‰。④围檩为型钢组拼，焊接时翼缘和上下顶底板之间采用45度的坡口焊连接，质量等级为二级且焊缝须熔透。其余角焊缝要求为双面角焊缝，焊高hf=10mm，角焊缝外观质量标准为三级。支撑与围檩采用角焊缝满焊连接。

7结束语

通过采用拉森钢板桩围堰，很好的完成了绥江水中承台及后续墩身的施工。不但保证了涉水承台深基坑的安全性和稳定性，而且大大降低了施工措施费用。减少了对绥江的地形影响，最大限度的保护了绥江周边的生态环境。此方法为后续类似施工提供了借鉴和参考。

参考文献：

[1]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].

[2]GB/T11263-2017，热轧H型钢和部分T型钢规范[S].

[3]GB/T20933-2014热轧钢板桩[S].

[4]GB/T51295-2018，钢围堰工程技术标准[S].

作者:颜彬彬 单位:中铁十二局集团国际工程有限公司