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钢板桩围堰在承台施工中的应用
作者：谢利兵
来源：《中国新技术新产品》2009年第01期
摘要：通过对广州珠江黄埔大桥斜拉桥主墩大尺寸承台施工中采用钢板桩围堰施工的实际应用，介绍了钢板桩围堰的设计、施打及钢板桩安全措施。总结了钢板桩围堰的施工工艺和技术措施。实践证明，采用钢板桩围堰是合理的。它的成功经验值得类似工程参考借鉴。 关键词：斜拉桥；主墩；大尺寸承台；钢板桩围堰；应用
1 工程概况
概述：广州珠江黄埔大桥主桥为独塔双索面半漂浮体系钢箱梁斜拉桥，跨径组成为383m+(197+63+62)m。主跨跨越珠江北汊河道，边跨在大濠洲岛上（设计有两个辅助墩和一个过渡墩）；其主塔墩承台平面轮廓尺寸为19m×69m，高6m，承台混凝土（C30）共计方量为5826m3(不含封底混凝土)。承台平面详见图1所示。
水文、气象、气候情况：桥址地区属亚热带季风气候，年均气温22℃；雨季为3至9月，年均降水量2000mm；年平均风速1～2m/s。桥址处珠江入海口，受海潮的影响，一日两潮两落；最高涨潮水位为+6.73m（广州城建高程系统，下同）；最低潮水位为+3.30m；高潮均潮水位为+5.73m；低潮平均潮水位为+4.18m；平均潮水位为+5.00m。涨潮最大潮差为2.44m，平均潮差为1.55m；落潮最大潮差为2.93m，平均潮差为1.55m。平均最大流速0.76m/s。
地质情况：主塔墩位于大濠洲岛北侧边滩上，墩位处原始河床标高平均为+4.5m。墩中心至大濠洲岛防洪堤的距离约为30m。每侧塔柱的承台底下设计有2根Φ1.8m钻孔灌注桩。桩基采用筑岛施工，筑岛材料为中粗砂，岛体顶面标高平均为+7.5m，岛体顶面平均面积尺寸为49m×80m。墩位处地质情况从上至下依次为：+7.5m～+3.5m为筑岛所填中粗砂；+3.5m～-1.0m为淤泥质亚粘土；-1.0m～-4.6m或-1.0m～-6.5m为中砂或粉砂层；-4.6m～-11.3m(有些位置为-8.5m)或-6.5m～-11.3m（有些位置为-10.0m）为全风化混合岩或砂质亚粘土；-11.3m以下为风化程度不一的混合岩层。
承台底面位于中砂或粉砂层上，粉砂层的物理参数为：[σ0]=90kPa,ζi=30kPa,压缩系数0.17～0.30，内摩擦角：27°～31°，饱和度：76%～81%，压缩模量为5.8～9.3，天然含水量
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20.1～28.3%，天然孔隙比：0.659～0.932。全风化混合岩的透水性差，其许多特征与硬塑粘土相似。
2 钢板桩围堰设计
根据地质情况、水文特征及结合桩基础的施工方案，考虑到本桥施工工期紧、任务重，采用沉井施工、钢吊箱施工等施工工艺无法满足要求，经过技术、经济、工期等多方面比较，最后确定采用钢板桩围堰施工。由于钢板桩围堰面积较大，在设计的同时，为了进一步取得设计参数，在墩位处不同部位先试打几根钢板桩。在桩基施工时掌握桥墩位处地质情况（取土样，鉴别摩阻力大小、透水性大小等）。钢板桩围堰内支撑系统（设计成两层）考虑后续工程施工需要，根据受力情况，圈梁采用HN700×300、HM588×300H型钢，圈梁之间的支撑杆件采用Φ1.0m、Φ0.8m钢管。根据地质情况、试桩情况及承台施工情况（承台在高度方向分两次浇注混凝土，第一次浇2.2m高，第二次浇3.8m高)等，先确定钢板桩围堰的底标高、顶标高(即确定单根钢板桩的长度)，再确定钢板桩围堰的内净空尺寸，最后确定支撑系统的层数和位置，在承台浇注第一次混凝土后要拆除围堰的下层支撑系统。计算出不同工况的土压力、水压力大小，用Sap2000计算，以确定钢板桩的型号、内支撑系统的材料型号及规格等。最后再用有限元法验算。钢板桩围堰从插打完至开挖、浇垫层混凝土、拆除第一层支撑系统(支撑转换)及至最后拆除所有支撑系统、拔除钢板桩等，各工况均需详细计算。详见图2所示。
3钢板桩围堰施工
3.1总体步骤
内支撑系统加工→桩基施工完后降低岛面标高并整平至+6.5m～+7.0m →用KH180履带吊机安装钢板桩围堰内支撑系统的H型钢圈梁(先放下层的，之前需测量放样) →用汽车吊机起吊振动锤和钢板桩(之前需接长钢板桩至18m长)进行插打工作→钢板桩插打完后(用两套设备从不同方向同时进行施工)进行基坑开挖工作→围堰内土体开挖至标高+4.0m时安装第一层内支撑系统→继续开挖工作(用18m臂长的长臂挖掘机开挖) →开挖至+0.5m标高时安装第二层内支撑系统→继续开挖至-2.5m标高处→进行试抽水工作→基底不渗水或渗水量极小则停止基坑内开挖取土工作→浇承台垫层混凝土至-2.0m标高→浇注承台第一次混凝土至标高+0.2m处→基坑内即承台四周脱模后回填→拆除第一层内支撑系统→继续承台第二次混凝土浇注工作（浇至承台顶标高+4.0m处）→脱模后基坑内回填→拆除围堰第二层内支撑系统→进行塔座施工工作→单根拔除钢板桩。
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3.2准备工作
在钢板桩围堰施工前组建施工小分队，进行总体技术及各分项技术交底工作，调配好施工机械设备，进行钢板桩接长、角桩拼焊及围堰内支撑系统的加工工作。 3.3具体施工方法
钢板桩的接长及角桩的加工：钢板桩在接长时接头处要加焊加劲板，接头处焊缝要确保质量，不能渗水(用煤油作试验)；接头处还要做锁口通过试验，清除锁口内杂物，并涂以黄油、锯屑混合物；角桩的制作由两根钢板桩相互垂直焊接(通长连续焊接)，并确保质量。 钢板桩围堰内支撑系统的加工
①H型钢圈梁的加工：钢板桩围堰下层圈梁为3根HN700×300 H型钢焊接成一组，可整根加工，考虑长度较长，重量较大，用两台KH180履带吊机抬吊安装；上层圈梁为3根HM588×300H型钢焊成一组，也整根加工，用同样的方法安装。
②内支撑钢管及钢管两端支承座的加工、安装：钢管按设计尺寸单根加工（除承台和系梁处的\米\字撑整体加工以外)，在加工时连两端柱头一起加工好。支承座单独加工，然后焊于圈梁上(大支承座待圈梁吊装到位后才焊于圈梁上，小支承座事先与圈梁焊接在一起)。 钢板桩的插打
①钢板桩的插打顺序及方法：由于下游侧承台桩基先施工完，所以钢板桩按如图3所示顺序用两台振动锤插打施工。插打方法采用单根吊打法插打，为了确保其平面位置及垂直度，用围堰内支撑系统的圈梁作为内导向，先插打角桩，用经纬仪精确定位好(钢板桩采用拉森IV型钢板桩)。从A点开始用两套设备施工，在B点合龙。
②钢板桩插打的注意事项：A点(如图3所示)的定位桩(角桩)一定要确保其平面位置和垂直度；若保证不了则拔起重新插打；要选用变形小、无破损及顺直的钢板桩插打，否则应经调整、修补后才能使用；在采用圈梁作内导向时，应先用下层的圈梁(否则不好分层安装内支撑系统)；最后在B处附近合龙时，要量好合龙口的尺寸(上口)，并根据B点两侧的两根钢板桩的垂直度确定下口尺寸，以决定是否要特制一根合龙钢板桩。
钢板桩围堰内取土及围堰的内支撑系统的安装。钢板桩插打完后用两台长臂挖掘机在围堰内取土，取土时要保证均匀取土及控制标高，当取土至+4.0m标高时要停止取土，进行内支撑系统的安装工作。先把下层圈梁及\米\字支撑放下去，在一定位置插打Φ300mm钢管以支撑其重量，然后安装上层内撑系统，把圈梁与钢板桩之间的空隙用硬木垫紧密后继续开挖。当开挖