摘要：结合工程实例，简述拉森钢板桩在上海世博会园区白莲泾泵闸工程上、下游围堰工程的施工工艺特点、施工方法、沉桩质量控制及保证措施。
关键词：上海；世博园；施工质量
1工程概况
上海世博会园区白莲泾泵闸工程位于白莲泾河道下游临近黄浦江江口。泵房内安装三台竖井贯流泵，单泵流量20m3/s，设计扬程2.5m，配套电机1000kW（10KV高压电机），总装机3000kW，总排水流量60m3/s。新建节制闸净宽20m安装下卧式钢闸门一扇。本工程采取构筑内外河围堰的方式，以便使主体结构具备干底施工作业条件。内外河围堰顶标高设防标准为20年一遇水位，外河围堰顶标高+5.3m，内河围堰顶标高+4.2m。外河围堰中心线长99.3m，其中河道中长79.2m，陆上长20.1m；内河围堰中心线长47.5m。
2地质概况及围堰结构形式
上游围堰河床高程约-1.0m，下游围堰河床高程约-2.5m。3围堰结构形式
白莲泾泵闸工程下游围堰临黄浦江主航道，若采用土坝或袋装土冲填坝其要求有一定的坡比且断面大，施工期间影响来往船只行驶的安全，工程完成后增加了土方清除的工程量。最终采用拉森钢板桩围堰（中间填中粗砂），使河道截流达到干底施工的目的，又能使清除后的中粗砂得到再次利用。但水上施工给监理工作带来了一定的难度。
4围堰施工监理控制措施
4．1钢板桩的选用
本围堰主体结构采用两排拉森钢板桩加两道双拼20#槽钢导梁，用Φ50钢拉杆对拉，内填中粗砂。外河围堰拉森钢板桩型号为Au20桩长23.6m，双排Φ50@2000钢拉杆，围堰宽度7.0m，；内河围堰拉森桩型号为sx27桩长18m，双排Φ50@2400钢拉杆，围堰宽度6.0m，围堰顶标高4.2m。
原设计外河围堰拉森钢板桩型号为Au20桩长23.6m，因市场无货经设计同意选用二根11.8m拼接，其接头在同一截面要求理论计算如下：
（1）主材Q345，焊条E50系列，手工现场焊，焊缝等级为二级钢板桩部分为对焊缝，焊缝的各项设计指标为：
抗压fWC=310N/mm2
抗拉fWt=310N/mm2
抗剪fWv=180N/mm2
对接焊缝所能承受的轴心拉力为：N1=310×（420×12+270×2×10）=3236.4KN。
（2）加强板采用普通低碳钢，焊条E43系列。
焊条为E43系列，连接板Q235，焊条为E43，手工现场焊，焊缝等级为二级，焊缝的各项设计指标为：角焊缝：抗压、抗拉、抗剪ffw=160N/mm2取hf=10mm，正面角焊缝长度：Lw1=360-2×10=340mm；侧面角焊缝长度：Lw2=（166-2×10）×2=292mm
不考虑正面焊缝的强度设计增大系数，则增加双面连接板所能承受的轴心力：N=（300+200-2×10）×0.7×10×160×2=1075.5KN
全熔透对接焊缝与双面连接板所能承受的轴心拉力为：
N0=N1+N2=3236.4+1075.2=4321.6KN；
（3）未焊接处钢板桩的轴心拉力：（单根AU20钢板桩每延米96.9kg）
钢板桩的截面面积为A=96.9×10/1000/78.5×1000000=12344mm2；N=310×12344=3826640N=3827KN＜4321.6KN，外河围堰钢板桩焊接、加固措施能满足规范要求。
4．2打桩设备的选用
由于世博会园区项目工程工期都较紧张，本工程为抢进度采用上、下游围堰同时施工。上游围堰由东岸向西岸施工，下游围堰由西岸向东岸施工，施工至近岸侧离防汛墙边约5m宽设上下游进出水龙口，先封闭上游后再封闭下游龙口，以便作业船从黄浦江退出。打桩选用水上作业，打桩机械拟用800T平板驳船二艘（自航式）；两台50T履带吊；DZ90振动锤两套；电焊机六台；氧气乙炔设备四套，抓斗挖机两台；吸砂泵两台；水下切割机一台；长臂挖掘机一台；机动作业船。
4.3钢板桩施工的工艺流程
4．3.1钢板桩施工的工艺流程。
根据现场实际情况及施工图纸进行施工准备→钢板桩吊运就位→插打钢板桩→土工布铺设→围檩拉杆安装→围堰内清淤→回填中粗砂→泵闸主体结构施工→拔除钢板桩。
4.3.2钢板桩施工前的准备。
钢板桩进场后，需进行整理，清除锁扣内杂物（如电焊瘤渣、废填充物等），对缺陷部位加以整修。
（1）锁扣检查方法：用一块长约2m的同类型、同规格的钢板桩做标准，将所有同型号的钢板桩做锁扣通过检查。检查采用卷扬机拉动标准段钢板桩平车，从桩头至桩尾做锁扣通过检查。对于检查出的锁扣扭曲及死弯等缺陷进行校正。
（2）为确保每块钢板桩的两侧锁扣平行。同时，尽可能使钢板桩的宽度都在同一宽度规格内。需要进行宽度检查，方法是：对于每片钢板桩分为上中下三部分用钢尺测量其宽度，使每片桩的宽度在同一尺寸内，每片相邻数差值以小于1mm为宜。对于肉眼看到的局部变形可进行加密测量。对于超出偏差的钢板桩应不使用。
（3）拉森钢板桩的其它检查，对于桩身残缺、残迹、不整洁、锈皮、卷曲等都要做全面检查，并采取相应措施，以确保正常使用。
（4）锁口润滑及防渗措施，对于检查合格的拉森钢板桩，为保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔，并增加钢板桩在使用时的防渗性能。每片钢板桩锁口都须均匀涂以混合油，其体积配合比为黄油：干膨润土：干锯沫＝5：5：3。
（5）外河围堰23.6mAu20拉森钢板桩对接焊检查。首先检查焊接平台的平整度。一是要确保两根桩在同一水平上，焊缝中间另加一块300×200×10的加强板，四周满焊。焊接工作完成后，应委托有相应检测资质能力的第三方，随机抽20%的焊缝进行探伤检测。
4.3.3拉森钢板桩吊运与堆放的控制。吊运钢板桩时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁口免受损伤。吊运方式有成捆起吊和单根起吊。成捆起吊通常采用钢索捆扎，而单根吊运常用专用的吊具；钢板桩堆放的地点，要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上，并便于运往打桩施工现场。堆放时应注意：
（1）堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便。
（2）钢板桩要按型号、规格、长度分别堆放，并在堆放处设置标牌说明。
（3）钢板桩应分层堆放，每层堆放数量一般不超过5根，各层间要垫枕木，垫木间距一般为3～4m，且上、下层垫木应在同一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2m。
4.3.4钢板桩插打控制。
（1）定位放线及清障。钢板桩插打前应根据施工图纸，测放钢板桩的轴线位置，用Φ2mm铅丝张紧固定在两岸的防汛墙顶上，作为沉桩依据。使用长臂挖掘机清扫河床表面的沉积物，并钎探河床深部是否有较大的障碍物。
（2）第一根桩的定位及导架。一排拉森钢板桩的第一根桩（样板桩）的成桩质量是保证该排围堰桩的关键所在。为此需要定位找正打好第一根桩，让它起到样板桩的作用。采取的措施是使用12#槽钢作为导向架，让钢板桩在导架内限位下沉，导架固定在定位桩上。
（3）钢板桩的插入采用船载履带式50T起重机，配DZ90振动锤，采用单根沉桩方式从河岸端部开始逐根插打，分段（5～6m）按先后顺序从河的一侧向另一侧施工。每段施工完以后，吊车配合潜水员安装钢拉杆和围檩导梁，为防止钢拉杆位置渗水，穿钢拉杆的拉森桩在打桩之前用磁力电钻加工空洞时，特别要注意空洞的孔径的大小，拉杆安装时围堰内外潜水员相互配合，拉杆穿入后，垫上橡皮圈后，进行围檩导梁安装及固定。根据现场具体情况，必要时在围堰两侧搭设临时便桥，保证围檩导梁安装的安全。特别注意第二道围檩导梁的接缝要与第一道围檩导梁接缝错开。由于钢板桩是单块打入，易向一边倾斜，累计误差不易纠正，墙面平直度难以控制。钢板桩在发生偏斜时宜将拉森桩往上拔出1.0～2.0m，再往下沉，如此上下反复振拔数次，可让拉森桩的位置得到纠正。龙口范围内钢板桩可使用吊车直接在河岸上打设钢板桩。在插打过程中，随时测量监控每根桩的倾斜度且不超过2%，当偏差过大不能用拉齐方法调整时，可拨起重打或手拉葫芦进行纠正，沉桩标高误差控制在50mm以内。
（4）土工布铺设与填砂。土工布宽度按钢拉杆间距裁剪，保证相连两块土工布搭接不小于50cm上端使用夹板固定在钢板桩顶部，下部配重沉放到河底，潜水员潜入水中，将钢拉杆位置土工布剪开，让钢拉杆穿过，将相连两块土工布搭接好。铺设土工布前使用水力冲塘机配合吸砂泵清除淤泥，方可回填中粗砂，当围堰两排钢板桩内水位高于围堰外水位时可采用水泵排除。
（5）围堰内开挖。内外河围堰施工完成后，即可进行抽水开挖，并检查围檩导梁各节点是否紧固，钢板桩与围檩导梁之间钢楔是否塞紧。抽水速度不宜过快，且要随时观察围堰沉降和位移的变化情况。另在打桩过程中会碰到河床下面的块石，从而造成钢板桩卡缝不严，或拉杆孔隙橡皮垫圈未垫好等情况，发生漏水或漏淤泥现象，现场要及时采用方木堵缝，钢筋焊接固定拉杆孔隙采用U型卡塞紧等方法处理。
（6）围堰沉降位移观测。围堰施工完毕后，在钢板桩顶部宜每隔6m设置一个沉降位移观测点，在基坑开挖期间一般每天观测一次，其它工况下，一般3～5天观测一次，当观测值相对稳定时，可适当降低观测频率；当达到报警指标值或变化速率加快或出现危险施工征兆时，应加密观测，并准备相应措施。
（7）钢板桩的拔除。
a.钢板桩拔除施工工艺。围堰内灌水→整理拆除场地及材料堆放场地→分段挖出第一层围堰内中粗砂、铺设路基箱→分段插入封头槽钢→割除导梁及钢拉杆→挖出该段围堰内中粗砂→拔出钢板桩→重复该施工过程。
b.钢板桩拔除注意事项。先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动1～2min，使拉森桩周围的土松动，产生“液化”，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，间歇1～2min，后再往下锤0.5～1.0m再往上振动如此反复可将桩拔出来。
4.4安全技术保障措施
4.4.1为确保深基坑（约11m深）维护的安全性需要对围堰钢板桩的入土深度，进行理论计算，对围堰的强度及稳定性进行验证。
4.4.2在沉设拉森桩的过程中，严格按照规范和确认的方案进行施工，围堰与防汛墙连接处两侧必须设置一排小齿口拉森八字桩，最大程度的提高小齿口拉森桩的防漏性能，保证下道工序顺利进行。
4.4.3采用20#槽钢作为拉森桩的围檩导梁，并根据具体情况在八字角处小钢板桩上口增设Ф25对拉钢筋，以确保围堰两端的稳定性。
4.4.4围堰内水抽完后，及时检查围堰内侧漏水漏砂点并进行封堵处理；对下排围檩导梁（水下安装）连接和固定的完整性及导梁与钢板桩之间紧贴程度进行检查，如有问题及时整改。
4.4.5围堰内水抽完后，围堰后侧5m范围内的淤泥及时清走，堆好2m高的袋装土，增强围堰的抗倾覆性。
4.4.6泵站施工期间，应加强对围堰的沉降位移观测，建立畅通的信息沟通机制，按照应急预案要求准备好相应的物资，确保围堰的安全。
5围堰漏水的处理
5.1围堰与老防汛墙接头处的漏水处理
白莲泾泵闸工程拉森钢板桩围堰合拢后降水2m左右时，首先在下游围堰右侧和防汛墙接头处发生漏水使二天抽出的水四个小时还原，检查原因是白莲泾老防汛墙和围堰搭接不吻合把接头处的袋装砂土掏空造成的，针对此情况采取长臂挖机挖掉围堰内填砂，再用镐头机拆除防汛墙的底板和板桩至泥面下1m（约-2.0m）高程，然后用C30砼回填到围堰项高程一次性堵住了漏洞。后来上游围堰二侧又发生了从防汛墙板桩缝绕渗到基坑的漏水现象，采取从围堰中心二侧各10m范围内沿板桩采用Ф1000高压旋喷进行三排1m孔距注浆，完全解决了围堰接头漏水问题。
5.2围堰坝身的漏水处理
围堰内填的中粗砂在高潮位时多处发生漏水，漏水大的地方把砂子带出坝面出现漏斗状的深坑，派潜水员下水检查主要是拉杆孔止水橡皮垫损坏，土工布未铺好产生漏水，我们要求换大块橡皮垫并用螺帽压紧（螺帽在外河围檩未安装前放置压拉杆孔用），围堰内在低潮位时沿拉森钢板壁挖出漏水位置增铺土工布压实砂层达到了止水目的。
围堰漏水原因是多方面的，只要采取的措施得当渗漏水是可以处理的。
6一点体会
6.1使用拉森钢板桩做围堰断面小，工序简单、施工进度快、土方用量少；围堰内填中粗砂刚度好，拆除后能够利用，又不污染河道等优点，但监理在施工时对轴线、水上沉桩垂直度、填砂质量等控制较困难。
6.2拉森钢板桩沉入后要求用泥浆泵清除堰内淤泥，土工布在低水位时平整放置，下部用重物压牢。拉杆外河必须加工螺纹，用螺帽压橡皮垫，水中围檩安装要求接头少和拉森桩结合平整，拉杆和围檩用双螺帽压紧。上述三道工序做好了基本解决了坝身漏水问题。
6.3要求有专业人员对围堰进行沉降和测斜观测，发现问题即时处理，如下游围堰在高潮位时向基坑内最大倾斜25cm，我们要求施工单位在基坑内做了顶宽1m，高2m的平台解决了向基坑内倾斜问题。
6.4水上作业必须穿好救生衣，水底电焊和割孔必须注意用电安全。