自锚式悬索桥主墩浅覆盖层钢板桩围堰施工技术.doc

xx市xx公路桥主墩浅覆盖层
钢板桩围堰施工技术

1、引言
xx市xx路xx公路桥主墩16#、17#墩承台采用了钢板桩围堰施工,根据原设计地质资料进行钢板桩围堰初步设计,钢板桩桩底标高为-2.86m,采用欧标WRU32-700钢板桩。施工前为进一步确认钢板桩插打情况，进行了试桩。试桩情况并不理想，发现钢板桩未能插打至设计桩底标高,欧标钢板桩锁口与日标钢板桩相比止水效果差,截面积大插打困难等问题。
对主墩16#、17#墩位处进行地质补钻。补钻结果与原设计地质存在较大差异，主要为原设计的岩面标高16#墩为-2.86m与17#墩为-0.76m，补钻实际岩面标高16#墩-0.2m～0.3m与17#墩+1.3m～+1.5m。补钻地质资料主墩覆盖层仅有5.8m～8.1m，且实际岩面比原设计地质高2.5m。由于岩面提高，只能修改围堰设计方案，围堰钢板桩采用拉森IV型，钢板桩桩底标高提高至+0.3m，钢板围堰底部采用厚1.7m～3.7m高压旋喷桩代替施工封底。
覆盖层浅岩面高，钢板桩插打困难，入土深度不足，围堰管涌预防是本桥钢板桩围堰施工难点。
2、工程概况
2.1、工程简介
xx市xx路xx公路桥是xx市西部重要的南北向过境公路和城市快速通道，道路全长2.221km。01标段承建范围为主桥及北引桥，里程桩号K0+390.5～K1+276.5，全长886m。其中主桥跨径组合为（80m+200m+80m）自锚式悬索桥。
16#、17#墩承台为分离式承台，埋入河床面以下1m，施工期平均水位为+13m，最高水位为+16m，承台尺寸和标高均相同，承台底标高为+2.069m，顶标高为+7.069m，尺寸为16.2m×11.2m×5m。详看下表1

表1：主墩承台设计参数表
墩号
平面尺寸(m)
顶面高程(m)
底面高程(m)
高度(m)
河床面标高(m)
承台入土深度(m)
备注
16#
16.2×11.2
+7.069
+2.069
5.0
+8.14
6.07
河床
17#
16.2×11.2
+7.069
+2.069
5.0
+7.39
5.32
河床
2.2、钢板桩围堰设计
主墩16#、17#墩钢板桩围堰边线相对承台设计边线外放1.5m，以保证承台施工作业空间。围堰采用U型钢板桩，型号为FSP-IV 拉森IV型钢板桩。该型号钢板桩技术参数见表2所示。16#、17#墩钢板桩顶高程为+18.3m，各墩钢板桩入土深度、桩底标高，见表3所示。围檩及支撑体为4层，选材如下表4所示，
表2：FSP-IV 拉森IV型钢板桩技术参数表
型号
(mm*mm)
腹板厚
(mm)
单根桩
每米板面
截积
cm2
理论重量kg/m
惯性矩Ix
cm4
截面模量Wx
cm3
截面面积cm2
理论重量
kg/m2
惯性矩Ix
cm4
截面模量Wx
cm3
400*170
15.5
96.99
76.1
4670
362
242.5
193.88
38600
2270
表3：主桥钢板桩围堰设计数据表
参数
16#、17#墩
设计顶标高(m)
18.3
开挖线标高(m)
2.069
钢板桩底标高(m)
0.3
基坑深度(m)
16.27
钢板桩长度(m)
18
桩尖土层情况
混合花岗岩
围檩层数
四层

表4：16#、17#墩钢板桩围檩及支撑材料表
层号
中心标高
围檩
角撑
第1层
+14.0m
2I56a
φ630×8
第2层
+11.0m
2I56a
φ630×8
第3层
+8.0m
3I56a
φ820×12
第4层
+5.0m
3I56a
φ820×12

图1：钢板桩围堰平面及剖面示意图
2.3、地质情况
墩位地质覆盖层浅仅有5.8m～8.1m，主要为粉质粘、粉土、细砂、砾质粘构成，表面岩层为混合花岗岩层标高为-0.2m～+1.5m。

图2：16#、17#墩钻孔位置示意图

图3：主墩16#、17#墩地质图
3、钢板桩围堰施工
3.1、承台钢板桩围堰施工工艺流程

旋喷桩施工
钢板桩修整、组拼、吊运

桩机撤离，场地清理
钢板桩插打、合龙
开挖、安装上层支撑及内围檩
围堰内挖泥
围堰内抽水、安装下层支撑及围檩

承台施工
围堰内换撑，逐层拆除内部支撑及围檩
施工墩身

钢板桩拔除

插打首根钢板桩及钢管桩
设置简易导向架

图4：承台钢板桩围堰法施工工艺流程图

3.2、钢板桩施工
3.2.1、振动锤选择
根据主墩试桩结果，进行分析，详细试桩数据如下表。
表5：16#、17#墩钢板桩试打情况统计表
振锤型号
（钢板桩）
入土(m)
桩底标高(m)
16#墩
17#墩
16#墩
17#墩
90kw（WRU32-700）
8
---
+0.1
---
150kw（WRU32-700）
8
---
+0.05
---
ice44-50b（WRU32-700）
8
---
-0.1
---
ice44-50b （FSP-Ⅳ）
---
---
---
---
ice600（WRU32-700）
8.5
---
-0.5
---
ice600（FSP-Ⅳ）
8.5
10.28
-0.25
+0.26
试桩结果：16#墩插打钢板桩最低桩底标高为-0.5m，钢板桩桩底位于标高为+0m时，出现反弹现象，钢板桩基本停止进尺。17#墩插打钢板桩最低桩底标高为+0.26m，钢板桩桩底位于标高为+0.26m时，出现反弹现象钢板桩基本停止进尺。
试打分析：
1、钢板桩试桩均已施打至岩面，并出现钢板桩反弹；
2、钢板桩插打冲击岩面能力与采取振动锤击振力有关；
3、钢板桩试桩时使用不同振动锤表现的情况是：液压式振动锤反弹幅度大冲击岩层能力强，但垂直度难以保证，费用昂贵；电动式振动锤反弹幅度小，冲击能力较弱，但钢板桩垂直度控制较好，费用便宜。
综合以上分析比较各自优劣，确定采用150kw电动式振动锤进行钢板桩插打为最佳选择。
3.2.2、钢板桩插打
主墩16#、17#墩为水中墩，采用搭设水上施工平台施工，施工平台设计已考虑钢板桩围堰施工，平台钢管桩布置避开钢板桩插打位置（图4）。钢板桩插打顺序先在平台外侧向平台内部施打，即钢板桩插打起点为靠河道侧不受平台影响处，待主墩平台逐步拆除后，再依次往河岸侧插入直至合龙（图5）。

图5：主墩平台示意图

图6：主墩钢板桩围堰插打顺序图

钢板桩插打：首先在平台上，测量放样钢板桩围堰边线，并精确测量施打的第一根板桩位置，第一根钢板桩位置选择在靠近转角的钢板桩。插打第一、二根钢板桩，首根钢板桩插打十分重要，插打过程中严格控制垂直度及平面位置。距
离首根钢板桩12m距离处，在围堰轴线上施打定位钢管桩，再利用2*36工字钢与定位桩焊接制作成简易导向架，详见图7：钢板桩导向架示意图。

图7：钢板桩导向架示意图
导向架完成后，继续插打后续钢板桩，施打过程中严格按照“插桩正直、分散偏差、有偏即纠、调整合龙”的原则逐条插打。施工过程中后续钢板桩与先沉入桩的锁口应可靠连接。施打过程中现场技术员应做好每根钢板桩插打全过程的记录，掌握钢板桩的垂直度、入土深度、使其符合设计要求。
图8：钢板桩插打
实际钢板桩插打中，存在部分钢板桩难以插打至设计桩底标高。原因为该地段地质岩面高，钢板桩插打至岩面已难以下沉并出现反弹。为保证插打质量，钢板桩先进行逐根插打至难以下沉为止，插打一部分后再进行全面的复振，该方法优点是能确保钢板桩插打速度同时保证钢板桩插打深度。钢板桩复振将钢板桩进尺加深25-45cm，有效保证钢板桩插深度及插打质量。在插打至岩面时，严格控制钢板桩插打贯入度。插打过程中随时注意钢板桩垂直度及平面位置。
实际插打情况详看下表6。
表6：钢板桩插打情况统计表
插打部位
设计桩底底标高(m)
平均桩底标高(m)
最低桩底标高(m)
最高桩底标高(m)
16#左幅
+0.3m
+0.27
-0.42
+1.45
16#右幅
+0.3m
0
-0.61
+0.32
17#左幅
+0.3m
+0.04
-0.25
+0.80
17#右幅
+0.3m
+0.84
+0.3
+1.48
3.2.3、合龙
钢板桩围堰合龙前对未插打的若干钢板桩进行间距及倾角调整，合龙位置一般为靠角桩2-3根钢板桩位置。合龙钢板桩两侧钢板桩设置高差，便于合龙钢板桩与两侧钢板桩锁口咬合。合龙时，两侧锁口不尽平行钢板桩难以与两侧锁口咬合，可在钢板桩顶端使用千斤顶互顶或用两套手拉葫芦组外侧张拉调整至所需间距。如千斤顶和手拉葫芦难以调整，可使用异型钢板桩。异型钢板桩由现场加工，根据现场情况制作不同异型钢板桩。
在实际施工中并未采用异性钢板桩进行合龙，主要是钢板桩合龙前几根钢板桩调整比较理想，钢板桩合龙时两锁口间距误差只是1.5cm，且垂直度控制较好，钢板桩合龙只需使用标准拉森IV型钢板桩即可。
3.2.4、异性钢板桩使用
钢板桩插打过程中往往出现的平面位置偏差、钢板桩倾斜或钢板桩转角等问题，利用常规钢板桩难以修正，则可以使用异性钢板桩进行修正。根据不同使用要求，异性钢板桩分调直桩、弹簧桩、距离调整桩、角桩等。
1、调直桩
调直桩主要用途为修整钢板桩因插打时出现倾斜。根据制作工艺不同可分两种一是双钢板桩背靠背带角度焊接，二是钢板桩上口小下口大的梯形钢板桩。第
一种优点是钢板桩加工简单，钢板桩拔除后可回收；缺点是钢板桩截面面积大，插打困难。第二种钢板桩优点是钢板桩截面面积少，钢板桩插打比较容易；缺点是钢板桩加工较难，钢板桩
图9：双钢板桩调直桩
加工后难以回收。
2、弹簧桩
弹簧桩将钢板桩从中间剖开，在剖开两根半块钢板桩上焊节V型5mm钢板。主要用途为钢板桩合龙时因两边已插打钢板桩出现不同程度倾斜，正常钢板桩难以进行合龙，可以用该种钢板桩进行合龙。缺点是中间钢板插打是较薄弱容易插打变形，适合地质为较软土质。
图10：弹簧桩
3、距离调整桩
距离调整桩实际为不同型号钢板桩。由于施打钢板桩往往平面位置有所偏差，到接近合龙时，钢板桩之间距离不是设计钢板桩倍数，利用调整桩调整钢板桩距离。
4、角桩
图11：角桩
角桩根据不同转角角度需求进行加工。角桩主要用途是钢板桩围堰转角使用。

3.2.5、施工质量控制
1、插打桩阻力过大不易贯入或出现反弹
原因分析：

主要有两种原因：一是地质原因钢板桩在粉质粘土层、砂层、砂砾层桩阻力过大难以贯入或钢板桩已打至岩层表面出现反弹；二是钢板桩连接锁口锈蚀或变形，致使钢板桩不能顺利沿锁口打下。
第一种情况需在打桩前对地质情况作详细分析，钢板桩插打可换大功率振动锤或钢板桩插打前进行引孔处理。
第二种原因，应在打桩前进行钢板桩逐根检查，有锈蚀或变形的及时调整，还可在锁口涂油脂，以减少阻力。
2、钢板桩插打向行进方向倾斜。
原因分析：
由于锁口阻力过大大于土体阻力形成不平行力，或者钢板桩插打时不注意垂直度控制。
处理措施：
a、 发现时应及时调整，进行重新拔插。
b、 利用卷扬机或手拉葫芦将钢板桩反向拉住后再插打。
c、 当倾斜过大不能进行纠正时，可使用异形钢板桩进行调整。
3、将相邻钢板桩带桩
原因分析：
该种情况常发生在软土中，因钢板桩倾斜，或锁