刘颜杰
中国水利水电第三工程局有限公司陕西省西安市710024
摘要：文章以国道310临潼段跨渭河特大桥项目为背景，简要介绍了承台深基坑施工中涉水作业使用钢板桩围堰的三种常见类型，并总结了当前深基坑施工中需要注意的一些问题。
关键词：钢板桩深基坑围堰支护
1项目背景
国道310渭河特大桥位于西安市临潼区，桥梁全长2425.4m，共计56跨，上部结构采用连续箱梁+T梁+变截面箱梁，下部结构采用柱式墩、薄壁空心墩、肋式台，全桥均采用钻孔灌注桩基础。
渭河特大桥开挖深度超过5m的承台基坑共有37处。大致可分为四种类型，分别为：水中深基坑，临近河道深基坑、涌水深基坑和无水深基坑。本文主要对前三种涉水深基坑钢板桩围堰施工做简单介绍。
2施工方法
2.1水中深基坑
2.1.1施工准备
施工开始前做好施工测量、图纸会审、施工方案、施工操作细则、技术交底、安全交底及影响施工的部分钢平台拆除工作。
2.1.2钢板桩施工流程
测量放样→导向架安装→插打钢板桩→钢板桩合拢→围堰支撑安装、抽水开挖→封底及承台施工→承台基坑回填及围堰拆除。
2.1.3测量放线
桩位的放样尺寸偏差必须严格控制在允许偏差范围内。在钢板桩施工区域附近设置2个以上控制桩的水准点，以便控制轴线和标高。每个桩进行施打前，对桩位重新进行复核，在确认无误后，方可进行施工。
2.1.4导向架安装
根据钢围堰的平面尺寸，在围堰的外边线上施打两根定位桩，在定位桩上焊接两根工字钢作为钢板桩施工的导向架。施工过程中利用定位卡确保准确定位，施工中需反复校核钢板桩位置和垂直度。
安装导向架时应注意：采用全站仪控制和调整导梁的位置；导向架的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效；导向架不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形；导向架的位置应尽量垂直，并不能与钢板桩碰撞。
2.1.5插打钢板桩
将钢板桩运到工地后，必须对其进行检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用一块同型号长2～3m的短桩作通过试验，以2～3人拉动通过为宜。锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯等缺陷，采用冷弯，热敲（温度不超过800～1000℃），焊补、铆补、割除、接长等方法加以整修。钢板桩对接时接头强度应与其它断面相等，接长焊接时，用坚固夹具夹平，以免变形，在焊接时，先对焊，再焊接加固板。采用拉森Ⅳ型钢板桩，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；插打钢板桩之前须检查振动锤。振动锤是打拔钢板桩的关键设备，在打拔前一定要进行专门的检查，确保线路畅通，功能正常，夹板牙齿磨损不宜太多。
钢板桩的施打采用经计算后相应吨位的履带吊，配合具有液压夹桩装置的震动打拔桩锤进行打入，入土深度及外露长度必须提前计算活得标准数据。钢板桩采用单根插打，先插入角桩，焊成90°的2组组合桩一次性到位，其他单根桩每次扣入槽口垂直插入到位，最后在角上合拢时打入两侧均扣槽的90°角桩。插打用25t汽车吊的吊钩吊起，使钢板桩成垂直状态，脱出小钩，用液压钳夹住钢板桩移向安插位置，插入已就位的钢板桩锁口中。钢板桩在淤泥质地段挤进过程中，受到淤泥中块石或其它不明障碍物等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，采取以下措施进行纠偏：在发生偏斜位置将钢板桩往上拔1.0～2.0m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石等障碍物被振碎或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜度。在插打过程中，加强测量工作，发现倾斜，及时调整，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。
2.1.6钢板桩合拢
在整个钢板桩围堰施打过程中，开始时可插一根打一根，即将每一片钢板桩打到设计位置，到剩下最后一部分时，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，在用倒链或滑车组对拉时不要过猛，以防止合拢段缝隙过大。在整个钢板桩插打过程中必须保证合拢密实，以防漏水。插打从上游开始，在下游进行合拢，在露出水面段的合拢处将两根合拢钢板桩焊接1m的焊缝后，再把两根钢板桩拔起至底部，然后随焊随打，一直到设计标高处。如打进过程有阻碍可把相临桩拔起一段后一起打入即可解除阻碍。为保证插打过程钢板桩的稳定性，每插打完一根桩后应与相临的钢板桩进行焊接。钢板桩合拢后将上层内支撑固定于钢板桩上。
在施工过程中，钢板桩如需拼接时，两端钢板桩要对正，可先在一端上面焊接一块限位板然后将另一端缓缓放下并进行对焊，再焊接加强板。焊接时必须保证焊接面平整且焊缝有足够厚度。
2.1.7围堰支撑安装、抽水、开挖
钢板桩插打完后，围堰止水采用在钢板桩围堰外由潜水员安装橡胶止水条进行堵漏处理。然后在围堰内抽水至围檩标高，在围檩标高处沿钢板桩内边线安装第一层支撑围檩，围檩采用2根I45b钢对焊形成，内支撑梁采用630×10mm螺旋焊管，使圈梁焊成封闭式四边形，再安装1根钢管横撑和4根斜撑,安装支撑的过程中，根据现场实际情况适当选用安装的方法。支撑安装完成后继续抽水至下一层支撑标高位置处后继续安装内支撑，直至围堰支撑安装完毕。
根据现场地质情况，从河床面以下粉质粘土和细砂采用高压水枪冲，然后用泥浆泵抽出围堰外。当地质发生变化时，如遇到坚硬粉质粘土时无法使用水冲法施工时，采用一台小型挖机配合人工在基底进行开挖，由汽车吊配合将开挖出的土方转运出后采用自卸车将弃土运至业主指定地点，基底开挖完成后在围堰中心挖1×1×1m（长×宽×深）集水坑，周边做0.5×0.5m（长×宽）排水沟，用高扬程水泵及时排除围堰内渗水。基坑开挖完成后，在顶部四周设1.2m高安全防护栏并满挂安全网，开挖过程中现场配备专职安全员负责。基坑底部排水系统平面布置示意图如下图1所示。
图1基坑底部排水系统平面布置示意图
2.1.8封底及承台施工
围堰合拢后，采用经计算后的相应厚度及标号的水下混凝土进行封底。封底混凝土须一次性浇注完成。封底混凝土达到一定强度后即可进行施工通道及承台施工。
2.1.9承台基坑回填及围堰拆除
承台施工完成并养护后，在承台与钢板桩围堰间回填透水性材料，回填至与承台面标高平齐，继续施工墩身等上部结构，墩身施工出水面后，采用边回填边拆除的方式进行，支撑拆除完成后拔除钢板桩。
钢板桩拔出再重新利用，拔桩时，尽量使钢板桩下部与混凝土脱离，然后再进行拔桩。先略锤击振动各拔高1～2m，然后按次序将所有钢板桩均拔高1～2m，使其松动后，再依次拔除，对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力，将相邻的桩一齐拔出。
2.2临近河道深基坑
部分基坑紧邻河道，为涌水深基坑，基坑地下水位高、涌水量大、基坑成型困难：基坑开挖前探坑显示，该段地质构造为粉砂、中细砂，地下水位较高，约从地面4米以下出现渗水，流砂及淤泥的流动性比较大，采用全封闭钢板桩配合井点降水的方式支护，支护方式示意图如下图2所示。
图2基坑钢板桩平面示意图
钢板桩施工工艺同主河道钢板桩施工，降水井布置在距离钢板桩3m位置处，迎水侧布置8个降水井，背水侧布置4个降水井，降水井直径和深度经计算确定。降水井在承台开挖前施工完成，昼夜不间断抽水，直至承台施工完成。
2.3涌水深基坑
大部分基坑位于主河槽内，为涌水深基坑，基坑地下水位高、涌水量大造成难成型问题。基坑开挖前探坑显示，该段地质构造为粉砂、中细沙，地下水位较高，约从地面4米以下出现渗水。因此，开挖拟采用路线左右侧设钢板桩围堰、采用袋装砂土码砌加固2m围堰，外侧采用管井降水形成截水墙，使承台范围及对称范围形成降水漏斗，漏斗地面低于承台底标高，坑内不出现明水，坑边坡潮湿状态，具备粘聚力，以达到稳定的目的。支护方式示意图如下图3所示。
图3基坑防护平面布置示意图
2.3.1钢板桩围堰
钢板桩插打前先将承台范围内2m之内的原始地面下挖1m，以满足钢板桩最大悬臂的要求，并减少顶部荷载，钢板桩施工工艺同主河道钢板桩施工，钢板桩插打完成后在南北两侧插打Ф630钢管作为锚杆的拉结点，钢管距离钢板桩距离2m，入土深度10m，采用振动锤施工，钢管插打完成后焊接Ф28锚杆，如果后锚点与降水井位置冲突时可适当调整降水井位置。
2.3.2管井降水
经计算后，降水点布置在开挖边线2m范围内，平均井距4.7米，考虑临河道侧的截水作用，该侧按照4米间距布置，背水侧按照5米间距布置，基坑短边侧按照7米间距布置，共布置19个降水井，管井深度为22m。
主要施工工艺：施工准备→钻机就位→钻孔→井管安装→洗井→抽水。
（1）施工准备
施工现场做好“三通一平”满足设备进、出场，备好泥浆，配齐滤料、管材、抽水设备及排水系统。
（2）钻机就位
采用反循环钻机，钻机就位前将场地平整夯实，防止钻机不均匀下沉，开钻前人工开挖井口，钻机就位时要平稳牢固、对中。
（3）钻孔
钻进垂直度控制在1%内，孔身圆整，钻进过程中对水位、砂涌等情况进行观察，并填写相关原始记录。
（4）井管安装
采用内径50cm的无砂管，安装前采用导向器进行探孔，最下面一节管底部抛填50cm厚的砂石封底，井管上端口应高于地面至少50cm，严禁强行将管井压入井孔。
（5）洗井
填料完成后采用活塞洗井或空气压缩机联合洗井，井内沉渣厚度不得超过20cm。
（6）抽水
每个滤水管井单独使用一台潜水泵，若水量过大，可置入两台水泵进行抽水。将潜水泵放置在距管底1.0m高的地方，管口封闭。在开挖过程中持续降水，使底板水位最高处始终在承台底部高程0.5m以下。
3施工中需重点注意的一些问题
3.1理论受力和实际受力存在误差
由于当前比较普遍的计算方法依然是比较传统的库伦理论和朗肯理论，支护结构的计算也用的是等值梁法，其与实际值之间商有一定的误差。另外，图层取样由于具有随机性，并不能完全代表所有位置的土体状况，也加大了这种误差，施工时应引起注意。
3.2加强安全管理
为确保施工中的安全，在进行钢板桩围堰施工时，必须将安全工作放在首位，预防为主。
（1）对操作人员进行安全思想教育，提高安全意识，实行持证上岗制度，不经培训或无证者，不得进行上岗操作。
（2）机械设备操作人员和指挥人员严格遵守安全操作技术规程。设专人负责日常检查和养护工作，在施工过程中设专人指挥，避免人多时乱指挥，出现安全事故。做好各项记录，达到准确、及时，严格贯彻操作制度，认真执行清洁、润滑、坚固、防腐、安全的十字作业法。设备及工具摆放整齐，不得随意摆放。
（3）对所有滑轮和钢丝绳每天进行检查，特别是要注意滑轮的轴和钢丝绳摩损情况，危及安全的要及时维修、更换。
（4）当吊装起重设备高度不够时，可改变吊点位置，但不低于桩顶以下1/3桩长。
（5）钢板桩围堰合拢到封底完成过程中，应经常检查围堰外河床冲刷情况，必要时应抛石防护。
（6）拔桩时要先震动1～2分钟，再慢慢启动振动桩锤拔桩。在有松动后再边震边拔，防止蛮干。
（7）土的湿度有可能使坑壁不稳定引起坍塌时，基坑坑壁坡度应缓于该湿度下的天然坡度。
（8）当基坑有地下水时，地下水位以上部分可以放坡开挖；地下水以下部分，岩土地质易坍塌或水位在坑底以上较深时，应加固开挖。
3.3加强观测
（1）通过对基坑工程监测项目的观测，以及监测数据的分析处理与计算，进行预测和反馈，决定是否需要对支护结构、地面建筑物和地下管线采取保护或加固措施，以确保支护结构的稳定及环境的安全。
（2）现场监测的结果用于信息化反馈优化设计，使设计达到优质安全、经济合理、施工快捷的目的。
（3）通过监测数据与预测值比较可判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步的施工参数，做到动态设计、信息化施工。
（4）通过监测收集数据，为地铁及类似工程设计、施工及相关规程的制定积累经验。
4结语
钢板桩围堰支护是建筑领域深基坑施工中的重要组成部分，对施工过程的安全性起着决定性的作用，我们必须引起重视，而涉水深基坑的施工难度更大、更复杂。在施工过程中，应严把质量关，标准化操作，积极采用新工艺或工法，加强现场施工管理，确保质量安全，争创精品工程。
参考文献
[1]JTG/TF50－2011，公路桥涵施工技术规范.北京：人民交通出版社，2011.
[2]胡延辉.淮河大桥主墩承台专项施工技术.建筑工程技术与设计，2017.
[3]邓伟成.钢板桩围堰施工技术及推广.建筑工程技术与设计.2014.