唐 武 陈 龙 李 广
中国电建市政建设集团有限公司 天津 310000
霍山县生态新城路网工程双湾大桥，全长924m，为连续跨布置，其中6# ～21# 桥墩位于东淠河中，地质多为中强风化卵石层，深度达4.8～7.8m，为兼顾淠河景观生态保护、环境保护、正常通航目的，结合现场与传统施工方法对比分析采用钢板桩围堰施工。通过深入研究钢板桩围堰在山区河流砂卵石坚硬河床的深水基坑开挖支护中的施工，确保其安全稳定。考虑钢板桩打入地质受限制、空间狭窄、基坑开挖较深等影响因素，堰内塔柱埋入河床较深，需进行深基坑开挖与清淤，堰内加设型钢支撑以确保其稳定性，但内撑密集造成堰内空间狭窄，堰内淤泥清理无法清淤船作业。通过联合气举装置空气压缩机的软管连接钢管向管道内流入高压气体与泥沙混淆使管内外产生压力差，泥沙通过钢管“举”出围堰外。在钢板桩围堰施工过程中，解决了孤石打入困难、深水钢板桩狭窄空间淤泥清理难等问题，达到预期目标。
通过实施解决了如何进行钢板桩狭窄空间内的淤泥清理，使之满足工程封底及安全的需要，还要尽可能降低工程投资，便于就地取材，同时兼顾渠道景观、生态保护，达到钢板桩稳定、环境保护、正常通航目的。施工工艺得到业主、监理及专家的肯定，实现了业主方所要求的霍山项目双湾大桥通车节点目标，实现了零事故安全施工目标。成功实践了钢板桩狭窄空间内气举清淤的施工工艺，扩展了在砂卵石层钢板桩施工领域，对企业的核心竞争能力具有重要意义。
施工工艺流程图如图1 所示。
图1 施工工艺流程
1.1 施工准备
依据设计图纸相关资料编制双湾大桥钢板桩围堰专项施工方案，调查清楚周边的各类管线及建筑物，对施工人员的技术、安全交底。
遵循现场施工情况合理配置现场管理人员及作业人员，并选择合适功率、数量的施工设备，以满足施工需求。
熟悉工程的地理环境，结合钢板桩的性能参数与工艺方法，选择用拉森Ⅳ型400×170mm 钢板桩，单根钢板桩长为18m，单位重76.1kg/ m，四周采用特制角桩，角桩单位重114.15kg/ m。所有到场的钢板桩、围囹及内支撑等相关材料应检验合格方可使用。
1.2 钢板桩围堰设计
双湾大桥塔柱钢板桩围堰平面尺寸为（8.8m×20m+15.2×5.68）×2，依据20 年一遇水面标高为67.0m，钢板桩插打时设定顶标高为67.5m，对下塔柱钢构模板支架设置在钢板桩围堰内，布设平桩416 根，角桩16 根，内撑采用H500×200 型钢及I32 型钢。
1.3 钢板桩围堰放样
依施工图纸施打放样，并以5～10m 长度布设施工控制网，确定桩的平面位置，精确安装定位与限位装置，以确保控制其平面位置及垂直度符合规范要求。
1.4 钢板桩插打
1.4.1 插打前的准备工作
在插打时应排查所有影响设施，检查钢板桩形体及锁口是否有变形，并对变形严重的进行校正，不合格的不得使用。振动锤在打拔钢板桩夹板正常，电压要达到380～420V，在锁口内涂刷黄油混合物油膏减轻插打时锁口间摩擦力和围堰间隙的渗漏。
1.4.2 钢板桩围堰的插打
首先选择合适设备逐根精准施打定位，焊接牛腿导向架支撑点，安装导向架梁。然后确定首桩位置，以桩宽在导向架上依次画出每根钢板桩边线，同时在导向架上设置限位框架，比钢板桩每边放大1cm。使钢板桩呈垂直状态下从限位框架内插入，要桩背紧靠导向架，同时观测垂直方向，施打时锤心与钢板桩的中点重合。桩位固定后，准确复测桩的位置与垂直度，将垂直度偏差控制在1%，不满足要求拔出再次施打，直至合格为止。用楔形块顶赛调整空隙并使钢板桩稳定，间断实施振动锤桩体下沉，并复核垂直度，直至沉入土大于3m，可以持续不间断施打下沉至设计标高。最后以首桩为基准，沿导向架依次向两边对称插打，用工人手扶钢板桩沿前一根的锁口下插，当遇到孤石或较大卵石下插困难时，可采用弧形桩头，实现插打困难条件下钢板桩施工。施打过程使用楔形塞固定，并使用振动锤分次打设至设计标高，始终控制每根桩的垂直度，当发生偏斜时及时纠偏。
钢板桩打入由上游侧的中点位置向两边对称开始打设，在下游任何点位合拢。在即将合拢时，测量出剩余直线段距离，结合钢板桩的宽度，以插打方式，并合理计算所需根数。为便于调整合拢时的钢板桩的方向，在施打两相邻钢板桩应一高一低布设，尽量将钢板桩的两锁口保持平行，并将两根桩同处在一个平面内，以便将锁口缝隙咬紧密实。
1.5 钢板桩堰内基坑抽排水开挖、内支撑及基底清理
1.5.1 堰内基坑抽排水
在围封完成后，堰内采用5 台8 寸水泵抽排，随着水位下降并在堰内安装H500×200 型钢及I32 牛腿支撑，并加塞之间缝隙。围堰设置五道内支撑，每抽至一道支撑底标高下0.5m 处，则安装一道内支撑。在水抽干后，后续采用联合气举装置配合长臂挖掘机进行以下泥沙层清理开挖。过程中及时用粗砂、木屑、粘土等拌和物堵漏，并将塑料薄膜用竹竿送入缝隙内止水。
1.5.2 钢板桩堰内支撑及基底清理
堰内河底泥砂固结，支撑较密集，施工条件受限制，围堰内清理无法大型水下机械作业。人工清除效能较低，安全风险较高。为安全快速清出堰内泥沙，通过联合气举装置空气压缩机的软管连接钢管向管道内流入高压气体与泥沙混淆使管内外产生压力差，将泥沙“举”出围堰外。
将清淤装置排泥管放入围堰内，把排泥管固定在围堰上，防止过程摆动。排泥管上安装的高压潜水泵出水口使用φ50mm 钢管引至排泥管下口两侧φ50×20 的异径管喷嘴，通过高压泵喷射流扰动固结泥沙，连同排泥管下口处两侧搅拌装置，用以扰动固结砂石层，在高压水射流产生介质比重大的湍流，使用排泥管排至平台泥沙沉淀池中沉淀后排除余水，将沉淀后泥沙运至弃土区。在泥沙排除后内部含有大量的大块卵石、砾石，未配置砂石泵，为避免了卵石、砾石等大块固体阻塞泵体，选用长臂挖掘机对基底大块的卵石、砾石进行清理开挖、直接装入8t 自卸车运至料场备用。钢板桩围堰在气举装置配合长臂挖掘机泥沙层清理开挖时同时进行内支撑安装，直至第五道内支撑全部安装到位后，继续向下开挖至设计高程。
1.6 封底混凝土
为提高封底效果，对围堰整平测量，依据标高、水压力及抗浮力等系数等参数，通过试验与计算。在基坑开挖至封底高程后浇筑1.5m 厚的C25 混凝土封底，坍落度不小于20cm。因系梁底与下塔柱承台底标高存在高差，施工时在系梁底部填充砂作为垫层，消除高差。
浇筑封底混凝土前，检查钢板桩是否有脱槽与围堰内渗水情况，若存在以上情况，对钢板桩脱槽处焊接钢板封堵并填充棉絮，防止渗透。封底混凝土连续浇筑，并加强边角处的振捣，做好顶面设排水坡，四周设集水槽（坑）、安装水泵排水，防止渗漏水影响桥梁系梁、下塔柱承台等施工。
1.7 钢板桩围堰拆除
封底前切断所有设备电源，检查平台上空压机与潜入水下部分的装置完全脱离，将气举清淤装置吊出围堰。拨出时避免设备碰撞，并将排泥管与装置拆分冲洗干净放仓库储存。
待封底混凝土达到强度要求后，从底部开始先拆除第五道内八字撑，进行承台施工；
后对围堰内土方回填直至桥梁联系梁，拆除第五道内支撑。以后每填筑到支撑面0.5m 时完成建筑物混凝土施工，同步拆除浇筑。待施工至水面以上，围堰内加水至与水面平齐，拆除钢板桩围堰。
拔桩时振动锤要略松吊钩，用卡头卡紧桩头，起拔线与桩中点线重合，先使用振动锤振动1～1.5min，随振波的加大逐渐拉紧吊钩，并缓缓提升。起吊点因选在桩长三分之一以上部位，起吊时随时注意防止倾覆。拔桩时顺序最好与打桩时相反，先用振动锤将桩振下100～300mm，再与振动锤交替振打、振拔。为及时回填土孔，将钢板桩拔出一部分，但不应拔出底部的基础面，使用振动锤振动几分钟让土孔填实一部分。对引拔阻力困难的钢板桩采取间断式振动的方式，振动15min/ 次，但振动锤持续不大于1.5h。
2.1 关键技术
为提高钢板桩围堰稳定性内部加设型钢支撑，造成使空间狭小，基底泥沙无法清理。从安全、成本及效率考虑，研发“联合气举清淤装置”，通过装置空气压缩机的软管连接钢管向管道内流入高压气体与泥沙混淆使管内外产生压力差，泥沙通过钢管“举”出堰外，解决围堰支撑密集狭小空间内淤泥清理难的问题。
2.2 关键技术创新点
通过项目成功应用，对联合气举清淤装置在钢板桩研究分析，解决孤石打入困难、深水钢板桩狭窄空间淤泥清理难的问题，取得主要成效：
（1）研发联合气举清淤装置，配合长臂挖掘机进行钢围堰狭小水下空间清淤，效率高、操作维护简单、利于环保。
（2）研发转角桩或弧形桩桩头，实现插打困难条件下施工。联合气举清淤装置在钢板桩研究分析，研究成果总体达到国内领先水平。
本装置体积较小，大大增加了对不同质地的适应范围，抽吸深度不受限制、工作效率高、运行费用低、操作简便，维修简单，满足工程进度要求。成功应用加快施工速度，并提高其施工质量，确保了水下建筑施工安全，创造了良好的经济效益和社会效益。
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