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摘要：在大型桥梁的设计中,从美观角度上考虑,一般将桥墩承台顶面设置在常地面以下,当基础临近大江、大河或者基础周围土质较差，不便直接开挖时,钢板桩围堰常被采用。而拉森钢板桩作为一种新型建材，因其具有绿色环保、施工速度快、施工费用低且具有很好的止水功能等优点而被广泛应用于工程基础施工。
采用拉森钢板桩做围堰时,确定钢板桩的强度、刚度和入土深度是保证承台、墩柱顺利施工的关键。文中以天河大桥水下基础施工为例,介绍了拉森钢板桩围堰的结构形式、内力的计算方法,并对拉森钢板桩围堰的工艺流程和施工方法做了较详细的阐述,可为类似工程的施工提供一定的借鉴作用。
关键词：桥梁设计；基础施工；拉森钢板桩；围堰
中图分类号： TU997文献标识码： A
1工程概况
松原天河大桥52号墩承台位于第二松花江江水中,设计承台底标高在125.233m，据现场观测，松花江常水位为131m，汛期水位一般在133m左右，考虑封底混凝土厚度等因素，进行承台施工时，钢围堰内外水位差约6m，采用拉森钢板桩围堰法进行水中承台施工。
52号墩基础为承台+群桩基础，采用32根2.0m直径的摩擦桩，桩长为70m。承台平面尺寸为24m（横桥向）×19m（顺桥向）的矩形与5m×5m倒角形成八边形截面。承台厚度为5.0m，承台底采用1.0m厚封底混凝土。桩基施工工期为7月26～9月26，正处于松花江汛期。桩基施工时筑捣至标高133.5m，桩基施工完成后，进行承台开挖施工，此时水位下降至131m左右。钢板桩围堰如图1所示。
图1：钢板桩围堰示意图
2围堰受力计算
2.1计算选定参数
2.1.1松花江水位
计算中根据实际情况取第二松花江水位为131m。
2.1.2钢板桩标高及长度
钢板桩顶标高为131.733m,钢板桩长度12m。
2.1.3地质概况
（1）第一层：细砂：黄褐色；均匀；松散；稍湿，石英、长石。
（2）第二层：细砂：褐黄色；散粒结构；均匀；稍密；湿；级配不良。
（3）第三层：细砂：灰色；均匀；中密；石英、长石质；级配不良。
各层的力学性质及厚度见表1。
表1:土层参数表
2.1.4钢板桩型号
围堰用钢板桩选用热轧拉森600×180×13.4型，其结构形式见图2，性能参数见表2。
图2 钢板桩结构示意图
表2钢板桩技术参数
2.1.5围檩及支撑
围檩采用双56工字钢，分别设置在130.733和127.733标高处，支撑采用Φ630×10mm钢管。承台底高程为125.233m，承台以下浇筑100cmC20封底混凝土。
2.2计算内容
2.2.2受力计算
(1)基坑开挖至设计标高时为最不利工况，通过《理正深基坑设计7.0》软件对钢板桩受力计算，得出计算结果如下：
计算结果表明钢板桩结构满足要求。
3施工方法
3.1施工工艺流程
施工准备→表层土开挖→测量放样→安装导架→插打钢板桩→基坑开挖→第一道围檩及支撑→基坑开挖→第二道围檩及支撑→基坑开挖→清淤→封底→承台及墩柱施工→基坑回填→钢板桩围堰拆除。
3.2表层土开挖
由于桩基施工时第二松花江处于汛期，水位较高，桩基施工筑捣标高为133.5m。桩基施工完成后水位下降至131m，为减少钢板桩的用量，节约施工成本，先采用挖掘机先将钢板桩施工区域的表层土挖除2m左右，挖至标高131.5m，然后进行钢板桩施工。
3.3安装导架
为保证钢板桩的垂直度，在钢板桩插打之前，安装钢板桩导向架。导向架采用两根I25制作，设计为双面布置形式，两根工字钢之间的净距比钢板桩宽度大8～10mm。导架平面示意图见图2。
图2：导向架示意图
导向架安装之前首先安装导向架的支撑定位桩，定位桩采用I25工字钢，每隔4m设置一对支撑桩。根据设计图纸采用全站仪放出定位桩位置后采用打桩机将定位桩垂直打入地下5m左右，桩顶露出地面50cm。在插打定位桩过程中每打入1m用线锤进行一次测量，如发现定位桩倾斜及时进行调整，确保定位桩的垂直度。定位桩插打完成经检查合格后，将导向架焊接在定位桩桩顶，焊接时保证导向架处于同一水平面。
3.4 钢板桩插打
钢板桩插打采用由上游至下游的方式进行施工，首先在将要插打钢板桩一侧导架的中心位置打入第一根钢板桩。第一根钢板桩插打完成经检验合格后，以其为基准，再向两边对称插打钢板桩。为防止钢板桩插打过程中碰到导向架，每根钢板桩插打至导向架顶面以上30cm位置时停止插打，合拢口设在钢板桩短边靠近拐角处。钢板桩合拢完成后，拆除导向架，将所有钢板桩依次打入到设计位置。整个施工过程中，每一根钢板桩的插打都以已插打完成的拉森板桩为基准，起吊后人工扶持插入前一根拉森板桩锁口，然后用打桩机振动下沉。插入桩位的拉森板桩须紧靠导向架并用锤球控制每片桩的垂直度，发现钢板桩倾斜后，将钢丝绳拴在钢板桩端头，采用边拉钢丝绳边打入钢板桩的方式进行调整。
3.5钢板桩合拢
钢板桩合拢技术是钢板桩围堰施工过程中的关键，合龙成功与否决定了围堰的施工质量及进度。由于钢板桩在打入时的倾斜及锁口部存在空隙，从而给钢板桩的合拢封闭带来困难。本工程钢板桩合拢采用轴线修正方法，合拢口设在钢板桩围堰距离拐角点较近的短边位置，通过调整钢板桩闭合轴线设计长度和位置的调整，实现合拢。具体施工方法如下：
（1）沿钢板桩长边和短边方向插打至离拐角尚有約10片钢板桩时暂时停止，用钢尺量出钢板桩至拐点的长度和增加的长度；
（2）在短边方向也按照长边方向的办法进行；
（3）根据长、短两边水平方向增加的长度和拐角桩的尺寸，将短边方向的导向架于支撑桩分开，用千斤顶向外顶出，进行轴线外移，经核实无误后再将导向架和支撑桩重新焊接在一起；
（4）根据修正后的轴线在短边方向沿着原来的钢板桩继续插打钢板桩，插打至拐角桩后，开始由拐角桩位置向短边方向插打三块钢板桩，合拢钢板桩设置短边方向从拐角桩算起的第四块钢板桩位置。
图2：轴线修正示意图
3.6围檩及支撑安装
拉森钢板桩插打施工完后，进行基坑开挖，开挖至第一道支撑以下80cm时开始在安装支撑第一道围檩的牛腿。牛腿焊接在钢板桩内凸面上，沿钢板桩四周每隔4m设置一个，安装时采用拉线方式，确保所有牛腿均在同一水平面上。围檩采用双I56工字钢制作，两根工字钢之间距离为15cm，沿着工字钢长度方向每隔1m在两工字钢之间的空隙里采用钢板设置一道连接，将两工字钢连接成整体。围檩加工完成放置在牛腿上紧贴钢板桩内凸面，并与牛腿焊接固定。由于部分拉森板桩侧面与围檩之间存在空隙，采用钢板塞在空隙里面并焊接固定，保证围檩与钢板桩紧密接触。支撑采用Ф630×10mm钢管，在钢管端头焊接800×800×10mm的封口钢板，并采用三角加劲板焊接，同时加强焊缝质量检查，形成稳定的内支撑结构。
图3：围檩及支撑示意图
3. 7 基坑开挖
钢板桩围堰插打完成并降水后，采用长臂挖掘机进行开挖，每层挖至钢板桩支撑下面80cm位置时暂时停止开挖，待围檩及支撑安装完成后方可继续开挖，直至达到设计标高。开挖过程中如基坑内积水过多，则开启降水井中的水泵，对基坑进行降水。开挖至设计标高后采用水枪配合人工对基底进行整平。
3.8钢围堰拆除
（1）第二道支撑体系拆除
由于封底混凝土顶面距离第二层支撑体系的距离为2.5m，经受力计算计算如果将第二层支撑体系设置在封底混凝土顶面，完全满足要求。因此，为便于承台施工，待封底混凝土浇筑完成，龄期达到7天且强度达到10Mpa后，拆除第二道支撑系统。
（2）第一道支撑体系拆除
待承台施工结束基坑回填完成后即开始拆除第一道支撑体系。
（3） 拉森板桩拔除
钢板桩拔除时先用震动锤夹住钢板板桩头部振动1min～2min，使拉森板桩周围的土松动，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。在第一根钢板桩拔出后，根据土质情况，可在靠桩边沿灌入清水，减少摩阻力。拔桩时发现上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，可先行往下施打10～30cm，再往上拨，如此反复可将桩拔出来。
4结语
在松原市天河大桥承台基坑施工时，从现场地质条件、工程特点、施工进度、施工成本等方面综合考虑，选用较为常见的拉森钢板桩作为围堰结构形式,通过理论计算确定钢板桩的入土深度及支撑体系的设置。施工过程中通过严格的监控手段及先进合理的施工工艺，顺利实现了钢板桩的合拢，保证了施工质量，加快了施工进度，节约了施工成本。
参考文献：
[1]张会洲,陈玉鑫,李恩宏.钢板桩围堰设计与施工[J].黑龙江水专学报,2006,33( 2):152- 153.
[2]向道明.钢板桩围堰的设计和施工[J].桥梁建设,2003,(3):64- 65.
[3]周汉林,易家平.钢板桩围堰结构设计计算与施工[J].石家庄职业技术学院学报,2006,18(2):17- 19.
采用拉森钢板桩做围堰时,确定钢板桩的强度、刚度和入土深度是保证承台、墩柱顺利施工的关键。文中以天河大桥水下基础施工为例,介绍了拉森钢板桩围堰的结构形式、内力的计算方法,并对拉森钢板桩围堰的工艺流程和施工方法做了较详细的阐述,可为类似工程的施工提供一定的借鉴作用。
关键词：桥梁设计；基础施工；拉森钢板桩；围堰
中图分类号： TU997文献标识码： A
1工程概况
松原天河大桥52号墩承台位于第二松花江江水中,设计承台底标高在125.233m，据现场观测，松花江常水位为131m，汛期水位一般在133m左右，考虑封底混凝土厚度等因素，进行承台施工时，钢围堰内外水位差约6m，采用拉森钢板桩围堰法进行水中承台施工。
52号墩基础为承台+群桩基础，采用32根2.0m直径的摩擦桩，桩长为70m。承台平面尺寸为24m（横桥向）×19m（顺桥向）的矩形与5m×5m倒角形成八边形截面。承台厚度为5.0m，承台底采用1.0m厚封底混凝土。桩基施工工期为7月26～9月26，正处于松花江汛期。桩基施工时筑捣至标高133.5m，桩基施工完成后，进行承台开挖施工，此时水位下降至131m左右。钢板桩围堰如图1所示。
图1：钢板桩围堰示意图
2围堰受力计算
2.1计算选定参数
2.1.1松花江水位
计算中根据实际情况取第二松花江水位为131m。
2.1.2钢板桩标高及长度
钢板桩顶标高为131.733m,钢板桩长度12m。
2.1.3地质概况
（1）第一层：细砂：黄褐色；均匀；松散；稍湿，石英、长石。
（2）第二层：细砂：褐黄色；散粒结构；均匀；稍密；湿；级配不良。
（3）第三层：细砂：灰色；均匀；中密；石英、长石质；级配不良。
各层的力学性质及厚度见表1。
表1:土层参数表
2.1.4钢板桩型号
围堰用钢板桩选用热轧拉森600×180×13.4型，其结构形式见图2，性能参数见表2。
图2 钢板桩结构示意图
表2钢板桩技术参数
2.1.5围檩及支撑
围檩采用双56工字钢，分别设置在130.733和127.733标高处，支撑采用Φ630×10mm钢管。承台底高程为125.233m，承台以下浇筑100cmC20封底混凝土。
2.2计算内容
2.2.2受力计算
(1)基坑开挖至设计标高时为最不利工况，通过《理正深基坑设计7.0》软件对钢板桩受力计算，得出计算结果如下：
计算结果表明钢板桩结构满足要求。
3施工方法
3.1施工工艺流程
施工准备→表层土开挖→测量放样→安装导架→插打钢板桩→基坑开挖→第一道围檩及支撑→基坑开挖→第二道围檩及支撑→基坑开挖→清淤→封底→承台及墩柱施工→基坑回填→钢板桩围堰拆除。
3.2表层土开挖
由于桩基施工时第二松花江处于汛期，水位较高，桩基施工筑捣标高为133.5m。桩基施工完成后水位下降至131m，为减少钢板桩的用量，节约施工成本，先采用挖掘机先将钢板桩施工区域的表层土挖除2m左右，挖至标高131.5m，然后进行钢板桩施工。
3.3安装导架
为保证钢板桩的垂直度，在钢板桩插打之前，安装钢板桩导向架。导向架采用两根I25制作，设计为双面布置形式，两根工字钢之间的净距比钢板桩宽度大8～10mm。导架平面示意图见图2。
图2：导向架示意图
导向架安装之前首先安装导向架的支撑定位桩，定位桩采用I25工字钢，每隔4m设置一对支撑桩。根据设计图纸采用全站仪放出定位桩位置后采用打桩机将定位桩垂直打入地下5m左右，桩顶露出地面50cm。在插打定位桩过程中每打入1m用线锤进行一次测量，如发现定位桩倾斜及时进行调整，确保定位桩的垂直度。定位桩插打完成经检查合格后，将导向架焊接在定位桩桩顶，焊接时保证导向架处于同一水平面。
3.4 钢板桩插打
钢板桩插打采用由上游至下游的方式进行施工，首先在将要插打钢板桩一侧导架的中心位置打入第一根钢板桩。第一根钢板桩插打完成经检验合格后，以其为基准，再向两边对称插打钢板桩。为防止钢板桩插打过程中碰到导向架，每根钢板桩插打至导向架顶面以上30cm位置时停止插打，合拢口设在钢板桩短边靠近拐角处。钢板桩合拢完成后，拆除导向架，将所有钢板桩依次打入到设计位置。整个施工过程中，每一根钢板桩的插打都以已插打完成的拉森板桩为基准，起吊后人工扶持插入前一根拉森板桩锁口，然后用打桩机振动下沉。插入桩位的拉森板桩须紧靠导向架并用锤球控制每片桩的垂直度，发现钢板桩倾斜后，将钢丝绳拴在钢板桩端头，采用边拉钢丝绳边打入钢板桩的方式进行调整。
3.5钢板桩合拢
钢板桩合拢技术是钢板桩围堰施工过程中的关键，合龙成功与否决定了围堰的施工质量及进度。由于钢板桩在打入时的倾斜及锁口部存在空隙，从而给钢板桩的合拢封闭带来困难。本工程钢板桩合拢采用轴线修正方法，合拢口设在钢板桩围堰距离拐角点较近的短边位置，通过调整钢板桩闭合轴线设计长度和位置的调整，实现合拢。具体施工方法如下：
（1）沿钢板桩长边和短边方向插打至离拐角尚有約10片钢板桩时暂时停止，用钢尺量出钢板桩至拐点的长度和增加的长度；
（2）在短边方向也按照长边方向的办法进行；
（3）根据长、短两边水平方向增加的长度和拐角桩的尺寸，将短边方向的导向架于支撑桩分开，用千斤顶向外顶出，进行轴线外移，经核实无误后再将导向架和支撑桩重新焊接在一起；
（4）根据修正后的轴线在短边方向沿着原来的钢板桩继续插打钢板桩，插打至拐角桩后，开始由拐角桩位置向短边方向插打三块钢板桩，合拢钢板桩设置短边方向从拐角桩算起的第四块钢板桩位置。
图2：轴线修正示意图
3.6围檩及支撑安装
拉森钢板桩插打施工完后，进行基坑开挖，开挖至第一道支撑以下80cm时开始在安装支撑第一道围檩的牛腿。牛腿焊接在钢板桩内凸面上，沿钢板桩四周每隔4m设置一个，安装时采用拉线方式，确保所有牛腿均在同一水平面上。围檩采用双I56工字钢制作，两根工字钢之间距离为15cm，沿着工字钢长度方向每隔1m在两工字钢之间的空隙里采用钢板设置一道连接，将两工字钢连接成整体。围檩加工完成放置在牛腿上紧贴钢板桩内凸面，并与牛腿焊接固定。由于部分拉森板桩侧面与围檩之间存在空隙，采用钢板塞在空隙里面并焊接固定，保证围檩与钢板桩紧密接触。支撑采用Ф630×10mm钢管，在钢管端头焊接800×800×10mm的封口钢板，并采用三角加劲板焊接，同时加强焊缝质量检查，形成稳定的内支撑结构。
图3：围檩及支撑示意图
3. 7 基坑开挖
钢板桩围堰插打完成并降水后，采用长臂挖掘机进行开挖，每层挖至钢板桩支撑下面80cm位置时暂时停止开挖，待围檩及支撑安装完成后方可继续开挖，直至达到设计标高。开挖过程中如基坑内积水过多，则开启降水井中的水泵，对基坑进行降水。开挖至设计标高后采用水枪配合人工对基底进行整平。
3.8钢围堰拆除
（1）第二道支撑体系拆除
由于封底混凝土顶面距离第二层支撑体系的距离为2.5m，经受力计算计算如果将第二层支撑体系设置在封底混凝土顶面，完全满足要求。因此，为便于承台施工，待封底混凝土浇筑完成，龄期达到7天且强度达到10Mpa后，拆除第二道支撑系统。
（2）第一道支撑体系拆除
待承台施工结束基坑回填完成后即开始拆除第一道支撑体系。
（3） 拉森板桩拔除
钢板桩拔除时先用震动锤夹住钢板板桩头部振动1min～2min，使拉森板桩周围的土松动，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。在第一根钢板桩拔出后，根据土质情况，可在靠桩边沿灌入清水，减少摩阻力。拔桩时发现上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，可先行往下施打10～30cm，再往上拨，如此反复可将桩拔出来。
4结语
在松原市天河大桥承台基坑施工时，从现场地质条件、工程特点、施工进度、施工成本等方面综合考虑，选用较为常见的拉森钢板桩作为围堰结构形式,通过理论计算确定钢板桩的入土深度及支撑体系的设置。施工过程中通过严格的监控手段及先进合理的施工工艺，顺利实现了钢板桩的合拢，保证了施工质量，加快了施工进度，节约了施工成本。
参考文献：
[1]张会洲,陈玉鑫,李恩宏.钢板桩围堰设计与施工[J].黑龙江水专学报,2006,33( 2):152- 153.
[2]向道明.钢板桩围堰的设计和施工[J].桥梁建设,2003,(3):64- 65.
[3]周汉林,易家平.钢板桩围堰结构设计计算与施工[J].石家庄职业技术学院学报,2006,18(2):17- 19.