王元文，张良君，王池

（中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610000）

目前国内外钢板桩型围堰发展迅速，特别是在码头、船坞、人工岛等工程中应用较多，经验相对比较成熟。但河道区急流中钢板桩施工在国内尚无使用先例。国内的钢板桩围堰使用主要应用于桥墩和房建等深基坑的使用，桥墩施工用围堰主要是钢板桩围堰外侧挡水，房建等深基坑钢板桩是利用锚索受力挡土，其受力条件与河道急流中钢板桩挡水围堰有较大的区别。对于马来西亚美里二期供水项目，河床位于水下10 m左右，钢板桩深度将超过10 m，最深设计可能达到24 m，钢板桩设计前还需对当地地质条件进行勘探，需要结合地质条件、施工条件和施工工期寻找最优围堰设计方案。

1 工程概况

马来西亚美里二期供水项目是由沙捞越政府水务局（简称JBALB）投建的一条约16 km的供水管道项目，该项目的主要背景是将Baram河的河水运输至Bakong储水站然后连接至美里水厂（简称LAKU）净化后输送至美里市区，以满足美里市区及周边地区到2030年的供水需求。马来西亚美里二期供水项目过河段沉管主要是穿越Karap河道和Bakong河道2条沉管安装，其中Karap河道段沉管桩号为DK7+755.13 - DK8+045.37全长290.248 m；Bakong河道段沉管桩号为DK15+133.88 -DK15+309.69全长175.81 m。河底管道铺设均采用直径1 200 mm MSPUL双管铺设，两管中心间距为2.75 m，预埋河底2 m以下。由于河底沉管直径较大，距离较长，每根沉管为10 m，重量为12 t，沉管外侧有混凝土包裹，包裹混凝土厚度要根据调试设计水压力计算数据取得，河底地质、河水位、河水流速及施工环境，沟槽的开挖及回填，设备的起吊安装，吊装运输，沉管开挖面积较大，开挖完成后整体河宽约260 m，移动平台的搭设及管道在推拉过程中容易变形，且管头容易制动等均属于该工程的施工难点。详情见图1。

图1 Bakong进水口布置图

由于Karap河航道区域水流速度较大，最大流速可达3 m/s，水下沉管下水时最大接触面积1 140 m2，对水下沉管在下水期间推力较大，如何保证其就位后与设计中心线偏差不大于3°是需要解决的难题。并且急流深河道管槽开挖深度约3.5 m，开挖坡度为1∶3，开挖工程量巨大，开挖过程中急流对开挖作业面有严重影响作用，该河流宽度约50 m，重型设备船舶无法运输到施工现场，这些都是面临河底管道开挖回填安装的施工难题。鉴于此，课题组依托正在承担的马来西亚美里二期供水项目，研发及应用一种便于急流深河道水下沉管快速安装施工技术，并紧紧围绕河底沉管的开挖回填技术、安装过程防变形控制技术等。深入开展相关技术理论研究和施工装备应用研发，从根本上解决当前水下沉管施工中的一系列难题，建立一种便于检修、维护的急流深河道沉管的快速安装集成创新施工技术。

2 钢板桩插打施工工艺

2.1 插打施工设备的选用

针对不同钢板桩施工设备的应用情况，统筹考虑施工规模、地质环境、施工能力、工作环境等各种因素，根据本项目特性，开展侵入式引孔施工实验。该工程采用了DZJ120A型震动锤为基础打桩设备，能够适应工程建设需要。插入和控制长钢板桩的，与震动锤相应的升降设备的最大起重能力应当达到15 m的最大起重，且起重质量不得低于震动锤本身重量和钢板桩本身重量之和。

2.2 插打施工的操作方法

使用在该桥周围平台上的50 t履带起重机作为插入和打入钢板桩的起重装置，并配合DZJ120A振动锤的施工方式，依次引入和打入钢板桩。在钢板桩进入前，将支架安装于支撑平台左右两个钻孔桩外侧的钢壳上，在钢板桩进入时设置导向支架。支架之间使用I20槽钢连接，而导向支架则使用I40工字钢。嵌体钢桩上的焊接工字梁作为大小里程侧的导向支架，用以调整钢板桩的平面尺寸和垂直角度。

2.3 插打施工的工序

为保证每个钢板桩正确进入和打进，第一个钢板桩才是关键。在进入和引孔施工之前，在导向架上安装了一个限位装置，该装置比钢板桩的每侧大1 cm。插入与打入时，钢板桩背面较靠近导向支架，进入时吊钩慢慢落下。同时为了保证标准钢板桩的垂直度稳定，在彼此垂直的两个方向上都用全站仪进行监测，以保证标准钢板桩的插入准确与笔直性。在整个施工过程中，每根桩的垂直度都必须一直用全站仪观测并限制在0.5%之内，如有误差则进行微调；剩下最后的钢板先插入，然后再打入。如果闭合错误，则用反向链条拉动以闭合。关闭后，将其逐个推入设计深度。钢板桩移动到设计高度后，必须立即焊接到导向架上，以承受水流的冲击。

2.4 围堰止水

钢板桩锁口接头能否牢固是钢板桩施工中的一个难题，同时也是主坝能否顺利抽水并进入下一个步骤的关键因素。所以，很有必要在钢板桩开挖前期、打桩期间和泵送后对各个过程进行控制。钢板桩收银机坝的止水效果是衡量收银机坝成败的关键。打入钢板桩前，锁口必须涂上黄油、罐粉等混合料（重量混合比为沥青、黄油、滑石粉、锯末4∶6∶10∶1），以防止钢板桩漏水。如果从干坝排水时发现漏水，且闸口不严密，可使用板条、棉毛、麻毛等泵入板堆，或将煤灰、锯末扔进漏水处外的水中。如果桩尖渗漏是由于河床的卷边造成的，则应采用水下混凝土底板密封的方法进行止水。对于长臂挖掘机的开挖施工，可在辅助喷水和吸泥灌溉达到-8.1 m高度后进行封土混凝土施工。封土混凝土采用C30封土混凝土，厚度0.5 m。如果在水下浇筑下部密封混凝土，则混凝土表面高度减少0.1 m。主坝排水后，在储水平台内浇筑0.1 m的垫层，钢板桩内必须做一个池坑，防止钢板桩间轻微漏水影响受拉梁结构。详情见图2。

图2 道路及排水沟规划图

2.5 混凝土浇筑前准备

由于钻孔桩和钢主坝的浇筑时间较长，且钢护筒山嵴上和钢主坝内部还存在着其他杂质。因此为了保持混凝土和钢（主坝内壁）间的良好黏结性，在斗前采用了高压消火栓冲洗，钢丝刷冲洗等。在基坑底面还敷设了一个30 cm深的砂砾垫层，以避免在混凝土施工过程中淤泥的滑动和堆积，从而产生了淤泥包裹物或混凝土封层混凝土局部区域的误差。提出了钢箱梁基础开挖的水下砂吸方法。主坝内的明挖土方主要采用挖掘机开挖。挖掘机的臂长22 m。挖掘机不能直接挖掘时，采用人工高压注水，污水泵将水和土石方吸走。开挖时，每层开挖深度必须按设计要求开挖，严禁超挖。安装第一个支架后，挖掘机必须有专人指挥，以防与支架发生碰撞。第三根柱子安装后，水再次排出。高性能空气压缩机用于水下挖掘，开挖过程中，必须经常测量测点，且测点分布均匀。每个测量点必须开挖至设计标高，以防止不完全开挖或过度开挖。采用水下排泥机对主干坝进行基础清理。启动吸砂机时，注意主坝内外水头的平衡。钢板桩和灌注桩附近的砂土和泥浆难以抽出。部分水可用高压水枪抽洗，将砂土吸至张拉梁底部2.5～3.0 m高度。设计封底1～1.5 m，必须在干坝吸砂整平后进行测量。楼层高度必须满足施工要求，局部高度允许误差±30 cm，主坝墙和灌注桩墙不得有泥浆。为避免水污染，提取的泥沙通过渣浆泵运至指定地点进行处理。最后，在用挖掘机浇筑封土混凝土之前，必须对地板垫层进行全面整平处理。

2.6 砼的浇注

由于基层相对较软，以防止钢板桩在泵送后向内滑动，并防止泵送后底板提升，因此必须进行水下混凝土底板密封，并进行底板密实混凝土。砼采用空气泵直接由端浇筑到相对端。而下部的建筑防水砼分层浇筑。每层浇筑厚度限制在30 cm之内，而上层砼则采用振捣器浇筑更加密实。上层钢筋必须在下层钢筋第一次凝固以前完成。砼浇筑平台建立在圈柱的底层内基础上，用以确定砼施工过程中的表面平面。高度要按设计标高，及时联系实验室控制混凝土侵入。当混凝土浇筑基本完成时，必须在钢管和钢管桩和钢板桩墙中间进行高度测量，以保证混凝土表面的高度满足设计要求。由于浇筑水下底板时，混凝土表面不能满足相对平坦表面的要求，混凝土浇筑时，混凝土表面高度必须控制在设计高度以下约10 cm。当砼到达强度并由自动泵进入主坝时，重新浇注10 cm砼垫板。水下砼超过设计强度后，将水从干坝中引出，并浇注砼垫板。在钢槽坝抽水过程中，请专业钢板桩建筑施工者观测钢槽大坝的变形状况，以保证施工的安全。干坝抽水后，凿除桩头，绑扎钢筋，安装张拉梁模板，浇筑1.5 m高张梁混凝土。浇筑后注意养护，及时养护。

2.7 钢板桩围堰变形监测

钢板桩主坝两侧中心各设一个监测点，内支撑的中间各设一个监控点。电子全站仪用来检测钢主坝的监测点，包括了钢板桩主坝的垂直度和水平位移，内支撑的垂直变形度和水平位移。围堰检测次数：每日一次；每天检测完毕后，要进行汇总和分析测量资料，并绘制相应的剖面图，以反映监测结果。根据钢板桩计算的理论容许变形与实测值进行比较，可以有效地起到结构安全预警的作用。如果两个设定值之间的差值大于4 mm，则应增加观测频率。当钢板桩的累积水平位移达到50 mm、累积沉降达到40 mm或沉降率达到3 mm/d时，应及时通知项目部和监测单位，及时采取加固措施，以满足结构安全要求，方可继续施工。

2.8 钢板桩围堰的拆除

当使用路面水泥和墩体水泥（墩身排水沟）后，向主坝内浇水，以保持主坝内外水头基本恒定，必须拆除第一层内支撑（斜支撑）和圈柱。在支撑下面再做内水面，然后切断各层的内支撑，如此循环拆掉所有内支撑。拆掉所有内支架和圈柱后，再按照与原堆放次序相反的先后顺序分别将其拔除（即用主块和支撑块将靠近船首侧的钢板桩拔出，然后借助河岸将远离船首侧的钢板桩拔出）。而钢板桩的拆卸方式：先用打桩设备和拔桩机夹住钢板的桩头，振捣至1～2 min，使钢板桩附近的土层疏松，形成土壤“液化”，从而减少土对桩的摩擦阻力，然后再缓慢拔出。拔桩时要考虑桩机的重量，如很困难或根本不能拔出，就停止拔桩，先向下打一点，再重新拔出，如此操作，桩才能反复拔出。

3 结束语

总之，钢板桩桩基坝内钢杆施工系统具有施工工艺简便、安全系数高、可控性强、容易组装、安装方便等的优点；能明显减少建设时间，合理管理和节省建造成本费用，在工程造价方面也有着突出优势。但经过理论分析和实际不难确定，材料控制、行程顺序、圈梁式和底支撑结构的合理布置、围堰止水与变形监测，是影响钢管桩围堰工程建设质量的关键因素。在施工过程中，只要正确选材，按照实际状况合理制定插入和打入的顺序，准确安放外圈柱和内支座，做好卡式坝止水措施，并做好变形检测工作，就可以控制好钢板桩卡式坝的施工质量。最后采用旋挖钻机引导钻孔，进一步改善地质条件，以保证工程的顺利施工。