19桥梁基础单排钢板桩围堰支护施工工法1.docx
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19桥梁基础单排钢板桩围堰支护施工工法1
桥梁基础单排钢板桩围堰支护施工工法
1.前言
厦深铁路广东段站前工程XSGZQ-7标段桥梁工程包含3座特大桥，共535个墩台，桥址处为典型海相地质，且大部分承台基础位于河道、鱼塘、稻田、砂地等处，承台基坑开挖深度在3.5～7.9m。
由于开挖深度较大，地下水位丰富，承台基坑放坡开挖时极易形成流砂，造成坑壁塌滑，采用放坡开挖及草袋围堰支护等方式无法形成基坑，针对该类承台基础，我们采取单排钢板桩围堰进行基坑支护，取得了良好的效果。
现加以总结提高，形成本工法。
2.工法特点
2.1钢板桩围堰具有强度高、锁口紧、挡土挡水效果好等特点，深基坑开挖采用单排钢板桩围堰进行支护，可不受施工水位限制，保证基坑开挖安全。
2.2设备、人力投入少，劳动力强度低，安全性高。
2.3钢板桩围堰基坑占地空间小，插打速度快，施工周期短；周转材料利用率高，施工成本低。
3.适用范围
本工法适用于砂类土、黏性土、碎石土及强风化岩等地质条件下的桥梁基础施工，更适合在潮汐性河流、地下水丰富、水位变化的地基条件下的基础施工。
通过计算分析优化，可采取不封底或少封底的形式，能进一步提高钢板桩围堰的经济性、安全性及应用前景。
4.工艺原理
在桥梁基础结构边线外围，采用单排钢板桩逐根插打入土中，钢板桩之间相互咬接，最后合拢封闭成一个整体，形成挡水、挡土的临时围护结构，而后进行围护结构内土方开挖，形成基坑并封底后进行基础施工。
如基坑开挖深度小，可不设支撑系统，靠钢板桩的自身刚度来挡水、挡土；如基坑开挖深度大，则需设围囹、横撑等支撑系统，支撑系统有单道、双道及多道支撑等型式。
单排钢板桩围堰型式见图4-1《单排钢板桩围堰示意图》。
图4-1单排钢板桩围堰示意图
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程图
本工法施工工艺流程见图5.1-1《桥梁基础单排钢板桩围堰支护施工工艺流程图》。
图5.1-1桥梁基础单排钢板桩围堰支护施工工艺流程图
5.2施工操作要点
5.2.1施工准备
1、根据现场实际情况确定钢板桩围堰施工方案，进行围堰的设计与检算；编制技术交底资料，详细向施工人员进行技术交底。
2、平整（修建）临时施工便道（便桥），确保施工机具、施工材料进场道路畅通
3、做好现场施工调查，了解现场地理环境、地质地貌、交通、电力线、通讯线及影响插打钢板桩的障碍物情况，及时清除施工范围内的障碍。
4、进行钢板桩围堰测量放线，并将钢板桩围堰平面位置与标高向施工人员交底。
5.2.2钢板桩检验
钢板桩根据其加工工艺不同分为冷弯和热轧两种。
钢板桩应符合《冷弯钢板桩（JG/
T196-2007）》或《热轧U型钢板桩（GB/T20933-2007）》要求，围堰施工前，应对钢板桩应进行检验，内容包括外观检验和材质检验。
外观检验
（1）新钢板桩验收时，应备有出场合格证，钢板桩长度、宽度、厚度、端部矩形比、平直度和锁口形状等外形尺寸应符合要求。
（2）经整修或焊接后的钢板桩，除对外形尺寸检查外，还应重点检查钢板桩表面是否存在缺陷，割孔、断面缺损的予以补强处理，钢板桩接长应等强度焊接；对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除，并用同类型的钢板桩作锁口通过试验。
锁口通过试验可用一块1m的同类型、同规格的钢板桩作标准桩，检查采用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾作锁口通过检查。
锁口检查见图5.2.2-1《钢板桩锁口通过检查示意图》。
5.2.2-1钢板桩锁口通过检查示意图
2、材质检验
（1）对钢板桩母材的化学成分及机械性能进行全面试验。
包括钢材的化学成分分析，构件的拉伸、弯曲试验，锁口强度试验和延伸率试验等。
（2）每一种规格的钢板桩至少进行一个拉伸、弯曲试验，每50t钢板桩应进行两个试件试验。
5.2.2导向架安装定位
（1）为保证钢板桩沉桩的垂直度及围堰尺寸，在钢板桩插打沉桩前，应准确放出钢板桩围堰中线，并采用型钢、方木等材料设置导向架，作为钢板桩的定位和支撑。
（2）导向架安装定位时，应先打定位桩，把导向架固定在定位桩上，然后在导框内插打钢板桩。
（3）导向架位置不能与钢板桩相碰。
定位桩打入应牢固，不能随钢板桩打设而下沉或变形。
导向梁的高度应适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高工效。
5.2.3插打与合拢钢板桩
（1）插打钢板桩的次序，陆上作业可按顺时针或逆时针顺序直接沉桩直至合拢。
水上作业时，对圆形围堰，应自上游开始，经两侧至下游合拢；对矩形围堰，从上游一角开始，至下游合拢。
（2）插打钢板桩时应严格控制桩的垂直度，尤其是首桩要从两个垂直方向同时控制，确保垂直不偏。
在导向架的导向下，宜先将钢板桩逐根或逐组沉桩至稳定深度，然后一次打入直至设计深度。
（3）在插打过程中，应随时检查其平面位置是否正确，桩身是否垂直，发现倾斜应及时纠正或拔起重插。
（4）根据现场条件，插打钢板桩可以逐根或逐组打入。
钢板桩插打可用锤击、液压、振动或辅以射水等方法下沉，但在黏土中，不宜使用射水，锤击时应使用桩帽。
插打前，在锁口内应采用防水混合料（体积配比为黄油:
干膨润土:
干锯沫=5:
5:
3）和棉絮捻塞拼接缝，以防漏水。
（5）在插打钢板桩时，如起重设备高度不够，可改变吊点位置，但吊点位置不得低于桩顶以下1/3桩的长度。
（6）水上作业围堰将合拢时，应经常观测四周的冲淤状况，必要时应采取措施，预防上游冲空、涌水或下游淤积，影响施工进程。
（7）钢板桩围堰在合拢口处往往形成上窄下宽的状态，使得最后一组板桩难以沉桩，宜将临近一段钢板桩墙的上端向外推开，使上下宽度接近；必要时，可根据实测情况，做一块上窄下宽的楔形钢板桩，合拢时，先出插入异型钢板桩，再插打最后一块标准钢板桩。
5.2.4基坑开挖和支撑安装
（1）土方开挖及支撑安装是钢板桩围堰施工的重要环节，直接影响到支护系统的稳固，因此须通过计算确定可靠的开挖及支撑方案，否则可能导致支护失败。
支撑安装宜与土方开挖同步进行，采取“分层开挖、分层支护”的原则进行。
（2）土方开挖及支撑施工应严格按照设计方案进行。
土方开挖应分层分区连续施工，并对称开挖，土方开挖至钢板桩围囹设计标高后应及时进行围囹及横撑施工，严禁超挖后再安装支撑，第一道支撑宜设置在钢板桩墙顶以下0.5m处。
（3）围囹、横撑加固时，应使钢板桩围堰处于主动受力状态，防止钢板桩侧向受力导致过大变形，如围囹与钢板桩间有缝隙，可采用木楔子块将钢板桩和围囹抄紧使其受力。
（4）基坑开挖过程中应密切关注支护体系的变形情况，发现异常应及时处理。
5.2.5抽水堵漏
（1）无支撑钢板桩围堰，基坑开挖完成后，即可抽水；有支撑围堰，应先支撑再抽水，并检查各节点是否顶紧，板桩与围囹木楔是否操紧，防止因抽水而出现事故。
（2）从围堰内排水时，若发现有渗漏，锁口不密的漏水，可在抽水发现后以板条、棉絮、麻绒等在板桩内侧嵌塞，或在漏缝外侧水中抛投煤灰与锯末的拌合物，使其由水夹带至漏水处自行堵塞。
（3）抽水时，应控制抽排水量，保证堰内水位下降速度不能过快，且要随时观察围堰的变形情况。
5.2.6基坑封底
（1）当围堰内渗水量较大，水泵抽排不能满足抽水要求时，需进行混凝土封底。
封底混凝土强度、厚度应通过计算确定。
（2）封底砼强度标号不应低于C20，宜采用导管送料，采用水下灌注使砼自密实自流平的方法全断面连续浇筑，浇筑间歇时间不超过30min。
（3）封底砼坍落度控制在20～22cm为宜。
为节省水泥，宜掺加适量木钙减水剂，使能较好地扩散，依靠重力和流态达到密实；使混凝土拌合物遇水不离析，水泥不流失。
（4）封底砼强度达到75%后，方可进行下道工序施工。
5.2.7围堰拆除
（1）钢板桩系多次重复使用的设备，承台基础或墩身完工后即可拔出钢板桩。
钢板桩围堰及支撑拆除与安装过程相反，拆除须按照“自下而上、分层回填、分层拆除”的原则进行。
（2）水中钢板桩拔除前，可先向围堰内灌水，使堰内水面高出堰外水面1～1.5m，利用静水压力将钢板桩推开，使其水下封底砼脱离，以便拔除。
（3）拔除时，可优先选择一组或一块较易拔除的钢板桩（水中围堰宜在下游选择），先各拔高1～2m，然后依次将所有钢板桩均拔高1～2m，使其松动后，再按逆时针或顺时针顺序依次拔除（水中围堰从下游开始分两侧向上游拔除）。
（4）对桩尖打卷及锁口变形的桩，可加大拔桩设备的能力，将相邻的桩一并拔出，必要时应进行水下切割。
（5）拔出的钢板桩应清刷干净、修补整理、涂刷防锈油；堆放时应按板桩类型、长度分别编号、登记、码放整齐。
6.材料与设备
6.1材料
本工法使用的主要材料为型钢、钢管、木楔、混凝土等，材料消耗的数量取决于基础的尺寸及数量。
6.2设备。
本工法所需主要设备见表6-2《主要机械设备表》。
表6-2主要机械设备表
序号
设备名称
规格
单位
数量
用途
1
热轧钢板桩
拉森IV
t
680t
水中围堰
2
热轧钢板桩
拉森III
t
150t
陆上围堰
3
冷弯钢板桩
MDB350
t
520t
陆上围堰
4
打桩机
ZJB60
台
5
短板桩插打、拔除
5
打桩机
ZJB150
台
1
长板桩插打、拔除
6
振动锤
DZ60
套
5
短板桩插打、拔除
7
振动锤
DZ90
套
1
长板桩插打、拔除
8
平板车
25t
台
5
板桩运输
9
吊机
25t
台
2
板桩吊装
10
吊机
40t
台
1
板桩拔除
11
长臂挖掘机
PCL130
台
2
基坑土方开挖
12
挖掘机
PC200
台
4
基坑土方开挖
13
自卸车
15t
台
6
土方运输
14
砼搅拌机
JS500
台
1
砼拌和
15
砼运输车
9m3
台
3
砼运输
16
导管
长2.5m，
直径300mm
节
10
水下砼灌注
17
污水泵
QW-60
台
12
围堰抽水、吸泥
18
电焊机
11KW
台
4
围堰焊接加固
注：
本表所列设备数量应根据现场工作量及进度需求情况进行增减。
7.质量控制
施工中除参照《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南（铁建设[2010]241号）》、《铁路桥梁钻孔桩施工技术指南》（TZ322-2010》、《高速铁路桥涵工程施工质量验收标准（TB10752-2010）》及《建筑地基基础工程施工质量验收规范（GB50202-2002）》中钢板桩围堰施工及质量标准相关要求外，其余主要按照围堰设计要求的各项技术标准执行，主要质量控制标准见表7-1《钢板桩检验标准》、表7-2《钢板桩围堰施工质量标准》。
表7-1钢板桩检验标准
序号
检查项目
允许偏差或允许值
检查方法
单位
数值
1
桩垂直度
%
＜1
用钢尺量
2
桩身弯曲度
＜2%l
用钢尺量，l为桩长
3
锁口平直度及光滑度
无电焊渣或毛刺
用1m长的桩段做通过试验
4
桩长度
不小于设计长度
用钢尺量
注：
钢板桩为工厂成品，新桩可按出厂标准检验，重复使用的钢板桩应符合上表规定。
表7-2钢板桩围堰施工质量标准
序号
项目
质量控制标准
1
主控项目
桩尖高程
应符合施工设计要求
2
经过整修或焊接的钢板桩
应做锁口通过试验
3
钢板桩接长
应采取等强度焊接接长，相邻钢板桩接头错开2m以上
4
一般项目
平面位置允许偏差
水中打桩为20cm，陆地打桩为10cm
5
合拢时楔形桩上下口宽度差
不大于桩长2%
6
倾斜度
不大于1%
8、安全措施
8.1做好安全教育工作，提高全员的安全意识。
施工前，对施作人员进行安全技术交底。
8.2施工现场设立专职安全员，对现场进行重点监控；班组设立兼职安全员。
8.3钢板桩围堰施工应由专人指挥。
指挥人员和机械操作人员严格遵守安全操作技术规程，机械作业位置要稳固、安全。
8.4交叉施工的工程项目，在施工前了解交叉施工工作内容、施工时间，安全注意事项等，必要时派专人进行协调、防护，确保安全。
8.5夜间施工需设置足够照明，并设置安全警示灯标志，防止施工机械碰撞、滑落。
8.6基坑开挖后，围堰周边（一倍桩长）范围内严禁堆载；在施工过程中加强对钢板桩围堰的变形观测，做好记录对比，发现问题及时处理。
8.7基坑周边设置安全围栏、安全爬梯、安全标语和安全警示标志。
8.9严格按照施工现场安全用电规程的要求，进行施工现场电力设施的布置和使用；非专业人员不使用和操作专业电力机械和供电设施,用电施工机械设施安装触电保护器。
8.10在通航水域中的钢板桩围堰，除应有临时防撞措施外，还应设置明显的通航标志；施工期间严禁向水域内抛弃淤泥和其他杂物，施工完成后及时清理施工遗留在河道中的障碍物；围堰在水下结构完成后须完全拆除，以保证河道正常过流及通航；汛期施工，制定度汛方案及应急预案，提前演练，并密切关注汛情趋势，并采取有效措施泄洪。
9.环保措施
9.1以预防为主，加强宣传，全面规划，合理布局，改进工艺，节约资源，争取最佳经济效益和环境效益。
9.2成立环境保护领导小组，无条件接受环保水保部门指导监督，严格执行国家和地方政府部门颁布的环境管理法律、法规和有关规定。
9.3加强施工全过程的监控与管理，制定相应环境保护措施，避免人为破坏和环境污染事件发生。
9.4采取合理的施工组织措施，合理安排施工机械作业，高噪声作业活动尽可能安排在不影响周围居民及社会正常生活的时段下进行；夜间施工灯管集中照射，避免灯光扰民。
9.5主要运输道路及施工通道路面保持整洁干净，雨季应加强排水措施，大风天气安排专人洒水，以抑制扬程。
9.6加强施工管理，实行文明施工，对环境有污染的废弃物需排放时，必须经过处理。
9.7施工完毕后，及时进行施工场地清理，原材料及施工机具堆码、摆放整齐，机械车辆停放有序，保证施工场地整洁、美观。
10.效益分析
使用本工法与其他相比，可有以下的直接效益：
10.1钢板桩为成品制作标准构件，可重复使用，且适用性强，同其它基坑支护施工方法相比，具有工艺简单，安全度高、拼装简便、安装快捷，在减短施工工期的情况下，能有效节约成本，在工程造价方面有明显的经济效益。
10.2水中基础施工时，采用单排钢板桩围堰及其支撑体系与传统的沉井、钢筋混凝土套箱、钢套箱等施工方法相比，投入的材料少，重复利用率高；现场制作安装作业量小，施工工艺更为简单，可节约大量材料、器材、机械设备及劳动力投入，且施工周期短，具有明显的经济效益和社会效益。
11.工程实例
11.1工程实例一
厦深铁路广东段站前工程XSGZQ-7标段螺河特大桥23#～36#墩、76#～119#墩、167#～189#墩基础工程
11.1.1工程概况
螺河特大桥为厦深铁路广东段站前工程XSGZQ-7标段的重点工程。
全桥起讫里程DK320+582.890～DK333+633.268，线路长度13550.4延米，位于螺河三角洲中下游地区汕尾陆丰境内，下部结构共设桥墩397个，其中，23#～36#墩、76#～119#墩、167#～189#墩共81个桥墩位于鱼塘水域内，承台尺寸均为11.1m×5.1m×2.0m，承台顶面最小埋深为0.5m。
原设计方案采用下沉钢筋混凝土套箱进行基础施工，套箱工程量C20混凝土7632.1m3，钢筋147.5t。
我们在该区域承台施工过程中，采用单排钢板桩围堰+围囹支撑方法进行基坑支护施工，取得了良好的社会和经济效益。
11.1.2施工情况
施工期间，共投入9m拉森III型钢板桩1套，6m拉森III型钢板桩3套，ZJB60打板机1台，DZ60振动锤1套。
在施工时采用本工法，通过科学组织，精心施工，圆满完成了施工任务，有力地保证了后续施工的顺利进行。
11.1.3总体评价
（1）该区域承台基础于2009年6月3日开始施工，2010年1月9日施工结束，历时354天，每个承台平均施工时间为4.3天，为桥梁后续施工创造了有利条件；桥梁基础工程各项质量指标符合设计及规范要求，工程安全无事故，受到业主、监理单位的一致好评，取得了良好社会效益。
（2）原设计方案采用下沉钢筋混凝土套箱进行基础施工，套箱工程量C20混凝土7632.1m3，钢筋147.5t，经估算钢筋混凝土套箱下沉施工单价为550元/m3,且套箱无法回收，原方案需一次性投入施工成本约419万元。
我们在该区域承台施工过程中，采用单排钢板桩围堰+围囹支撑方法进行基坑支护施工，钢板桩打拔3737t，围囹支撑制安283t，钢板桩围堰施工综合单价为850元/t,仅投入施工成本为341万元，采用单排钢板桩围堰工法后内部节约施工成本约78万元，取得了良好经济效益。
11.2工程实例二
厦深铁路广东段站前工程XSGZQ-7标段流冲河特大桥、横港特大桥基础工程
11.2.1工程概况
厦深铁路广东段站前工程XSGZQ-7标段流冲河特大桥及横港特大桥地处汕尾海陆丰境内。
由于桥址处地质松软，淤泥层厚，沙层深布，属于典型的海相地质，采用放坡开挖及草袋围堰支护等方式无法形成基坑。
2座特大桥共138个墩台，承台基础基坑开挖深度大，最深达7.9m，其中137个基坑采用单排钢板桩围堰+围囹支撑方法进行基坑支护施工，取得了良好效果。
11.2.2施工情况
施工期间，共投入15m拉森IV型钢板桩4套，9m拉森III型钢板2套，6mMDB350冷弯钢板桩8套，ZJB60、ZJB90型打板机各1台，DZ60、DZ90型振动锤各1套。
在施工时采用本工法，通过科学组织，精心施工，顺利完成了施工任务，有力地保证了后续施工的顺利进行。
11.2.3总体评价
本工法应用于厦深铁路广东段站前工程XSGZQ-7标段流冲河特大桥及横港特大桥基础工程，施工进展顺利，各桥梁基础施工检验批均验收合格，工程各项质量指标符合设计及规范要求，工程安全无事故，受到业主、监理单位的一致好评。
桥梁基础单排钢板桩围堰支护施工工法图片资料
1、单道支撑围堰
2、多道支撑围堰
3、钢板桩
4、基坑开挖
5、支撑围堰
6浇筑成型桩头
7、坑淤泥开挖
8浇筑完成的承台
9、板机打插钢板桩
10、支撑围堰
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