钢板桩混凝土墙组合围堰施工技术分享

前言：桥梁水中承台施工中常见方法有：有底钢套箱围堰、无底钢围堰、钢板桩围堰、双排钢管桩（板桩）围堰、锁口钢管桩围堰、砼拱坝、土石坝或其中的组合方法，其目的均为借助临时围水结构实现承台施工的干作业。组合围堰在复杂条件下可充分发挥各自的有点，充分解决施工中遇到的难题。

前言： 桥梁水中承台施工中常见方法有：有底钢套箱围堰、无底钢围堰、钢板桩围堰、双排钢管桩（板桩）围堰、锁口钢管桩围堰、砼拱坝、土石坝或其中的组合方法，其目的均为借助临时围水结构实现承台施工的干作业。组合围堰在复杂条件下可充分发挥各自的有点，充分解决施工中遇到的难题。本文主要对钢板桩+混凝土墙组合围堰的施工方法，从其工艺原理、施工流程及止水受力情况等几个方面介绍该类三边围堰施工技术。望对类似桥梁基础提提供参考和借鉴。

1、项目背景

某大桥全长 1337.72m 。主桥为 140+2 × 225+120=710m 三塔四跨混凝土矮塔斜拉桥。主桥 7# 主墩承台为圆端形，平面尺寸 33.2×19.7×5.0m ，封底混凝土厚 2.0m ，承台顶高程为 0.0m ；基础为 24x φ 2.0m 钻孔灌注桩基础，桩底高程 -38.0m 。承台所处环境复杂，紧邻水闸、堤坝、寺庙等建筑物，覆盖层及基岩形状似 1/8 圆球，河床及基岩顶高程变化大，基岩最大倾角达 70 °，横向距栈桥 2.0m 。瓯江为规则的半日潮，落潮历时大于涨潮历时，平均潮差超过 4m ，潮流强劲，表面平均流速大于 1m/s 。

图1 承台平面布置图

图2 承台地层横断面图（单位：m)

2、围堰方案

围堰总体效果如下图所示：

图3 围堰总体效果图

3、工艺流程

图4 钢板桩+混凝土墙施工工艺流程图

4、工艺原理

本工艺利用坐落在基岩上的混凝土墙与钢板桩围堰相结合的形式解决隔水、止水及不平衡受力等问题。

(1) 围堰为3 边围堰，基岩高程大于封底底高程（ -4.5m ，设计为 -4.0m ，需填 0.5m 片石）范围为混凝土墙，其余部分为钢板桩结构，且钢板桩伸入墙内一定距离；

(2) 横向钢板桩受力传递路径：横向钢板桩→围囹→斜向内支撑→横桥向围囹 →混凝土墙，横向受力最后由混凝土墙与基岩的摩擦力抵消，基岩上钢棒作为安全储备；

(3) 为达到围堰在受到外力（水、土压力）作用，能通过堰体自身结构抵消的效果，在砼墙内设钢板桩并通过前后混凝土墙间的对顶（纵桥向）内支撑解决；

(4) 为解决混凝土墙与基岩的连接，在砼墙施工前，利用钻机在墙平面范围内打孔、插钢筋并灌注浆液；

(5) 靠水闸处的混凝土不侵入水闸，以保证水闸正常排水；

(6) 低潮位外露基岩，在此部分桩基施工前破除，低潮位以下基岩在围堰形成后破除；

(7) 覆盖层区域封底按水下混凝土工艺施工。

5、施工方案

5.1 导向架安装

在护筒及平台钢管桩上焊接板桩内外托架牛腿，并在牛腿上安放围囹作为导向。托架牛腿安装时，在各托架间安装横向联系以保证托架的整体受力，并确保钢板桩插打过程中围囹的稳定。

图5 导向架安装图

内导向架在板桩施工完成后作为围堰的围囹，外导向架作为浅入土板桩的限位结构。导向架布置示意图如下图所示：

图6 钢管桩围堰导向架布置示意图（单位：cm）

5.2 钢板桩插打

深埋区钢板桩设计为 NSP-IVw 型，桩长 18m ，钢板桩采用震动锤插打，由深埋区向浅埋区进行，如下图所示。

图7 钢板桩插打顺序

浅埋区钢板桩由于入土不足或不入土，导致其不能自稳，在低潮位时进行施工，每插打一根后，立即与内外导向架焊接为一整体，以保证在潮水作用下钢板桩自稳。砼墙内钢板桩插打前，在其两侧焊接锚固钢筋。

5.3 混凝土墙施工

混凝土墙设置在基岩高程大于 -4.5m （封底底 -4.0m ，封底前需清淤至 -4.5m ，回填 50cm 片石）的区域。

5.3.1 基底清理

在砼墙施工前，对范围内的覆盖层进行清除。靠航道侧范围内以裸岩为主，其表面覆盖层主要为江水沉淀浮泥，在低潮位的时候采用高压水枪 + 泥浆泵的方式进行清除。岸边侧覆盖层小部分为裸岩，其余大部分为淤泥夹砂层，覆盖层最厚达 6.0m 左右。覆盖层清除时，底部边界以较墙宽 1.5m 进行控制，水下坡比按 1:4 考虑。覆盖层清除机械选长臂挖掘机，当挖掘机不具备作业条件时，采用高压水枪 + 抽砂泵的方式清除。

图8 覆盖层放坡示意图（单位：cm）

5.3.2 锚筋施工

覆盖层清除后，砼墙范围的基岩上钻孔（ 100 （横）× 75 （纵） cm ）并灌浆，然后插入钢筋。锚筋在基岩及砼墙内锚固长度均为 1.0m 。

图9 结合部位模板处理示意图

5.3.3 模板安装

在低潮位时，利用水下地形扫描仪对砼墙范围内的地形进行精确测量，按照测量数据制作底节模板，模板水下安装，在砼墙与板桩连接处特殊处理，如右图。

5.3.4 钢筋及预埋件安装

模板安装完成后，分节段安装砼内钢筋，并按图纸预埋内支撑及其他结构的预埋件。

5.3.5 砼浇筑

砼墙顶高程 +5.0m ，分三次浇筑，每次浇筑后墙顶高程分别为 -0.4m 、 +2.9m 、 +5.0m 。在首次浇筑砼前，对墙底基岩面进行再次清除，以确保基底无浮泥，潜水员对根部模板缝用砂袋封堵。第一层砼浇筑时，在低潮位期间进行，采用水下混凝土浇筑方式，由基岩低处向基岩高的地方逐步推进。另外两层混凝土施工与常规砼结构物施工类似。

5.4 内支撑安装

在混凝土墙施工完成后，安装围堰的内支撑系统。支撑系统分为两层，主要材料为钢管，钢管与围囹及砼墙的连接方式为焊接。

5.5 基坑覆盖层清除

基坑覆盖层清除至 -4.5m ，堰体形成后利用长臂挖掘机并配合抽砂泵进行清除。

5.6 封底混凝土浇筑

封底混凝土厚度 2.0m ，采用一次水下封底，在封底之前抛填 50cm 厚片石，对封底范围内的斜岩面用冲击钻凿毛或潜水员水下清理岩面，确保封底混凝土与新鲜岩面结合，保证两者之前的密水性。

5.7 承台施工

封底混凝土强度形成之后，对堰体内抽水，割除多余钢护筒，人工配合机械破除基坑内基岩，然后进行承台施工。

6、施工经验总结

由于浅覆盖埋区大斜面岩桩基施工困难，将该部分桩基施工方案更改为筑岛法施工，对围堰区采用粘土回填。为加快基础施工进度，对围堰施工工序进行了变更，改为桩、堰同步施工，导致施工时部分工艺与既定方案不同。

6.1 混凝土墙施工

低潮位可裸露的墙体范围按既定方案施工。低潮位无法裸露的墙体范围，采用钢板桩作为围挡、模板结构，采用长臂挖机 + 高压水枪组合方式进行覆盖层清除，然后潜水员检查基底情况，并浇筑水下混凝土。该方法可以降低潜水员作业时间、简便接头处处理工艺、省去覆盖层清除时的放坡工作，并能确保有覆盖层时模板（板桩）结构的稳定。

图10 混凝土墙开挖

6.2 基坑覆盖层清除

桩基完成施工，围堰形成后，由于河床的演变及钻渣的作业，堰外河床高程在 -2.5~+1.5m 之间，堰内堰内高程达到 +4.0m 。覆盖层清除时，围堰内支撑（纵横向）安装好后长臂挖机不具备施作空间，通过计算在围堰内增设一层围囹（ -1.5m ），所有围囹与护筒之间通过支撑连接，使基坑具有干挖条件。底层围囹在开挖到其高程后添加。

图11 围堰清淤开始前

待覆盖层清除及堰内回填片石后，进行内支撑系统体系的转换，转换时先安装设计的内支撑，然后割除临时内支撑。

图12 内支撑照片

6.3 围堰漏水处理

在围堰开挖过程中，局部（钢板桩与混凝土墙结合部位）出现穿孔、漏水现象，经现场分析堰外底部土体为原河床土，粘聚力和内摩擦角小，在高潮位时受力不足。现场将漏水部位原河床土挖除，换填优质粘土（填至 +1.5m ），并在每层填土中设置彩条布，实施效果良好，实现堵水。

图13 分层填土（并放彩条布）

6.4 围堰拆除

由于堰内外高差最大达 4.5m （内 -2.0m ，外高点 +2.5m ），拆除围堰板桩时，先拆除最底层临时围囹，然后拔出板桩，最后拆除内支撑与围囹。该方法有效的避免了常规围堰拆除时需所需添加的临时支撑。

图14 围堰拆除时的照片（先板桩后围囹内支撑）