江苏四通路桥工程有限公司江苏省215200
一、工程概述
（一）工程结构设计概况
***大桥桥跨布置为9×30m装配式部分预应力混凝土组合箱梁+左幅（58+100+63）m/右幅（63+100+58）m变截面预应力钢筋混凝土现浇连续箱梁+11×30装配式部分预应力混凝土组合箱梁，主桥左右幅错墩布置，桥长以航道通航净空、路桥分界高度控制，全长828.2m。
***现状水面宽约70～100m，水深约4m，现状南北两侧设有护岸，***现状为Ⅴ级航道，通航净空45*5m，规划为江苏省干线航道网规划中的苏申内港线，通航标准：Ⅲ级航道，通航净空70*7m，最高通航水位2.4m。
主桥中墩采用薄壁墩，四角外形为圆弧，墩身壁厚2.5m，承台为低桩矩形承台，平面尺寸16.5*16.5m，高4m，基础采用16根φ1.8m钻孔灌注桩基础。
11#主墩承台底标高－8.9，原地面标高+1.5，主墩承台底标高距原地面约10.4m，属深基坑基础，需进行钢板桩围堰。10#主墩承台埋置深度小，不需要钢板围堰。
主桥过渡墩采用三柱式框架墩，上接盖梁，盖梁高1.8m，宽2.4M，柱直径1.8m，下接哑铃型承台厚2.5m，基础采用6根φ1.6m钻孔灌注桩。
（二）工程地质
根据设计图纸提供的勘探资料显示，该区地层主要为为第四系全新统、更新统粘砂性土在钻探所达深度范围内，按其沉积年代、成因类型及其物理力学性质的差异，钢板桩围堰深度范围内的场地地层自上向下依次为：
第㈠层，填土，灰黄，松散~稍密，以黏性土为主，植物根系发达，局部含砖石碎块等，厚度0.5~1.8m。
第②-1层（+2.0~－0.5），粉质粘土，灰黄色，软塑，局部可塑，干强度中等，韧性中等，切面稍有光泽，为假“硬壳层”，层厚0.8~1.4。
第②-2层（-0.5~-9.5），淤泥质粉质粘土，灰色，流塑，含有机质，偶夹薄层粉砂或粉土，稍具水平层理，干强度低，韧性中等，层厚7.4~12.2m。[fa0]=60KPa，γ=17.5KN/m3，φ=1.3°，c=11Kpa。
第③-1层（-9.5~-11.9），粉质粘土，暗绿~灰黄色，可塑~硬塑，含铁锰质结核，土质均匀，干强度高，韧性中等，层厚1~1.4m。[fa0]=190KPa，γ=19.7KN/m3，φ=13.2°，c=44Kpa。
第③-2层（-11.9~-15.5），粉质粘土，灰黄色，软塑~可塑，含铁质氧化物，夹薄层粉土，干强度中等偏低，韧性中等，层厚1~3.7m。[fa0]=120KPa，γ=20.2KN/m3，φ=19.6°，c=72Kpa。
第③-2b层（-15.5~-20.3），淤泥质粉质粘土，灰色，流塑，夹薄层粉砂或粉土，局部含有机质，干强度低，韧性低，层厚6.2~12.3m。[fa0]=80KPa，γ=17.71KN/m3，φ=7.8°，c=13.1Kpa。
（三）工程水文与气象
11#主墩位于***南岸，目前属于岸墩，临河一侧距河面约5m。地下水类型浅部主要为孔隙潜水，由渗透作用形成，主要接受大气降水和地表径流补给，地下水位随季节变化有升降。勘察期间测得地下水位埋深为0.8m～1.87m.。本地区降雨主要集中在6～9月份，在此期间地下水位一般较高，旱季在12月份至次年3月份，含水量微弱，在此期间一般最低，年水位变幅约为1m，场地历史最高水位标高约2.5m。施工期水位标高在+0.8~+1.5之间，水的正常流速按1.0m/s考虑。
二、钢板桩围堰施工方案、施工方法（干挖）
（一）钢板桩围堰设计
1、主要设计参数
（1）11#墩的地面高程1.0m，年水位变幅约为1m，场地历史最高水位标高约2.5m。施工期水位标高在+0.8~+1.5之间，水的正常流速按1.0m/s考虑。钢板桩围堰距水面最小距离4m，为陆地围堰，钢板桩设计顶面高程采用+0.5m。钢板桩入土层为粉质粘土层。
（2）主墩参数表
（3）地质
原地面向以下依次为：粉质粘土厚1.5m，淤泥质粉质粘土厚9m，粉质粘土厚6m。
（4）钢板桩长度的确定
控制钢板桩长度的因素主要有：基底隆起、管涌、插打过程的稳定（入土深度与钢板桩长度的比值应大于0.5）、封底的经济性和现场实际地质情况，经过计算比选，最终选择15m钢板桩。
2、设计成果
根据设计计算及现场地质情况，该基坑拟采用干挖法施工，开挖方式为小挖机配合长臂挖机挖土施工，11#墩基坑开挖深度10.5m，开挖尺寸为19*20m矩形，混凝土垫层厚0.5m（厚度可根据基底地质情况进行调整），共布置三道支撑，具体布置见下图。围囹采用双拼H型钢（HM400*400mm），支撑采用直径609mm壁厚13mm螺旋焊管和H型钢（HM400*400mm）。为了防止影响墩身施工，采用斜角支撑形式，第一道围囹标高－0.5，第二道围囹标高－4.5m，距承台顶面（－4.9m）40cm，支撑竖向间距4m。第三道围囹为临时支撑，标高－7.3m，在垫层混凝土底面－8.9m以上1.6m。第三道围囹在垫层砼强度达到70%以上后拆除。
钢板桩围堰支撑布置及结点连接见下图：
钢板桩、围囹标高示意图如下：
围檩连接详图
（二）钢板桩围堰受力计算结果
1、钢板桩强度计算
最大弯矩设计值（基坑内侧）：531.99kN.m；
钢板桩抗弯截面模量：3150cm3/m；
基坑内侧抗弯验算（不考虑轴力）
σmax=M/W
=531.99/（3150.000*10-6）
=168.889（MPa）<f=215.000（MPa）满足
2、整体稳定性验算
整体稳定安全系数Ks=1.904＞1.5，满足要求。
3、抗倾覆稳定性验算
工况一的抗倾覆安全系数最小，最小安全系数：
Ks=1.310>=1.200，满足要求。
4、坑底抗隆起验算
安全系数2.409＞1.9，满足规范要求。
5、墙底抗隆起计算
安全系数3.782＞1.6，满足规范要求。
6、抗管涌验算
K=1.651>=1.5，满足规范要求。
7、抗承压水（突涌）验算
Ky=39.18/30.00=1.30>=1.10
基坑底部土抗承压水头稳定!
8、嵌固深度验算（圆弧滑动简单条分法计算）
嵌固深度采用值ld=5.100m，对应的安全系数Ks=1.377≥1.300，满足要求。
9、支撑体系应力计算
围檩弯矩、轴力、剪力最大值出现在工况3情况下YL-24、YL-25等处，计算跨径为5m，内力验算结果：
①、围檩（HW400*400型钢双拼），
最大弯应力：σmax＝110.6MPa≤[σ]=210MPa，满足要求。
最大剪力：τmax＝63.528MPa≤fv=125.0MPa，满足要求。
最不利位置的轴应力为：
σmax＝47.9MPa≤[σ]=210MPa，满足要求。
②、内支撑（610*13钢管单根长支撑）
最不利位置的轴应力为：
σmax＝97.778MPa≤[σ]=210MPa，满足要求。
长细比：λx=50.26，轴心受压整体稳定系数：φx=0.855，最小稳定性安全系数：2.20
③、内支撑（单HW400型钢）
最不利位置的轴应力为：
σmax＝107.6MPa≤[σ]=210MPa，满足要求。
长细比：λx=24.29，轴心受压整体稳定系数：φx=0.956，最小稳定性安全系数：2.19
10、封底砼验算
干封底C25砼，3天强度，假设砼为轴心受压，钢板桩单位面积上混凝土压强为Rf/（长*厚）=145/（1*0.5）=0.29N/mm2<3.81N/mm2，满足。
（三）施工方法
1、施工准备
（1）选择在基坑附近进行第一根钢板桩首件试验，以了解打拔的难易程度和需要采取的辅助措施，如水刀等引孔措施。
（2）整平场地，清理围堰范围内的场地，避免在钢板桩插打位置遇到障碍物。
（3）准备钢板桩及围檩材料。
（4）挑选、检查钢板桩，选择规格（500×200×19.5mm）的钢板桩，数量（15m×283根）。
（5）检查机械设备：拟采用DZ-90型振拔锤，25T汽车吊配合作业。振拔锤在打拔前一定要进行专项检查，确保功能正常，线路畅通，夹板牙齿完好。
2、测量定位
首先在平地上，通过坐标法放样，确定承台位置线，以此作为导向架和钢板桩的施工控制线。
3、首桩定位
钢板桩导向架定位利用已知的测量控制点坐标和桩位坐标，用交会法确定首桩位置。利用导向架准确固定钢板桩，以控制钢板桩的垂直度小于1%。
4、打拔钢板桩
根据现场施工条件，本工程主墩钢板桩使用25t汽车吊配合90型振拔锤在平地上直接插打，插打钢板桩应确保钢板桩位置准确，锁口咬合良好，不脱槽。钢板桩围堰施打顺序如右图：
施工过程中应严把质量关：
（1）施打钢板桩之前必须进行认真的检查，尤其是锁口情况必须咬合良好。
（2）分段设置导向桩，拉线控制线形，用经纬仪控制垂直度，斜度不超过1%。
（3）钢板桩锁口内涂抹黄油混合物等油膏，以减少插打时的摩阻力，提高抗渗能力。
（4）插打时加强测量控制，若有倾斜，及时调整，以保证最后能顺利合拢。钢板桩锁口必须保证密合，防止漏水或涌土。
6、合拢段施工
（1）合龙段施工是钢板桩施工的重点和难点，稍有偏差很难顺利合龙，一般先打好一边的角点钢板桩，再将合龙段的其他6-8根钢板桩咬合好，逐根慢慢地打插钢板桩，如果合拢段偏差较大，可用倒链和滑轮组对拉，逐步调整距离，使钢板桩咬合到位，合拢后再逐根补打到设计深度。
7、挖土、安装围檩内支撑
工地现场土质以粉质粘土和淤泥质粘土为主，透水性差，部分粘土为软塑~可塑状。基坑一面距水面4~6m，三面为陆地，附近有天然的泥浆排放池，故拟采用高压射水吸泥法取土，干封底。
（1）拉森桩围堰完成后，开始挖土，当清土到－1.0m时开始安装第一道围檩和内支撑。根据设计位置在拉森钢板桩内壁上先放样，再焊接围檩牛腿托架，吊装双拼H型钢（400*400）围檩，最后再检查加固。
（2）采用迷你型小挖机在基坑内挖土，或用两台高压水泵射水，两台泥浆泵吸泥浆取土。
（3）在基坑开挖过程中需要注意的问题：
挖土和支撑的安装施工过程必须紧密配合，挖土过程要保证安全的前提下，迅速为支撑施工创造工作面，支撑结构必须能较快地产生整体刚度，有效地控制围护体系在受力后的变形。施工中切不可超挖和不及时施加支撑，土方施工要求分层均匀高效，以使支护结构处于正常的受力状态。开挖过程中有专职安全员负责，注意支护体系的变形观察。
安装内支撑具体位置如下：
①合龙后，先挖土至第一道围囹以下50cm处，安装第一道支撑；
②继续清土至第二道围囹以下50cm，安装第二道围囹支撑；
③再清土至第三道临时围囹-7.3m标高以下50cm，安装第三道围囹支撑；
④最后清土至承台底面以下50cm（-9.4m）标高处，浇筑C25封底砼；
（四）钢板桩围堰质量控制及保证措施
1、质量控制及注意事项
（1）所有钢板桩锁口要涂防水混合材料，使锁口嵌缝严密。
（2）桩身应保持垂直，以利于最后的合龙。桩身要保持垂直，在施工中加强监测，如有倾斜，及时调整。
（3）钢板桩两端要对齐，相邻钢板桩端头间缝隙不大于5mm，断面错位不大于10mm。垂直度较差时，分两次施打，先将所有的桩打入一定深度，再逐根补打到设计深度。
（4）采用振拔锤打桩时应在桩顶安装桩帽，以免破坏桩顶，切忌锤击过猛，造成桩尖弯卷，给拔桩带来困难。
（5）钢板桩应采用同型号，以保证锁口严密。
（6）锁口破裂、扭曲、变形的钢板桩不要使用，避免造成漏水、脱口、涌土现象，导致后期返工处理造成工期延误，带来巨大的经济损失。
（7）钢板施工过程中要进行全过程的监测，动态监控钢板桩的高程、垂直度和变形情况。
2、钢板桩围堰施工中的防渗漏措施
钢板桩锁口之间连接是否紧密是关系到围堰是否能成功的关键节点，是钢板桩围堰施工中的重点和难点，因此要重点加以控制。
（1）钢板桩在插打之前要派专人仔细清理锁口、观察锁口是否有杂物、是否有变形现象，对于锁口变形的钢板桩要剔除；
（2）钢板桩锁口内应涂抹黄油等润滑填充油膏，达到润滑和防水的目的；
（3）保持钢板桩的垂直度，从而保证锁口顺利衔接，合龙口顺利合龙；
5、拆除钢板桩
承台和墩身施工完成并养护后，在承台与钢板桩围堰间回填透水性材料，回填至与承台面标高平。墩身施工出原地面后，边回土边拆除支撑，支撑拆除完成后拔除钢板桩。
拔桩时，先用机械臂加大振动，使钢板桩与混凝土和土壤之间松动、土体液化，减小摩擦力，然后再拔桩。应注意一下几点：
（1）先解除支撑围檩，才能拔桩。
（2）拔桩时也要保持一定的垂直度，避免损伤钢板桩。
（3）拔出的钢板桩要及时清理，涂抹油膏予以保养。
三、基坑及围堰监测
1、钢板桩施工过程监测
在钢板桩施打过程中，打设允许误差一般为：桩顶标高偏差±100mm；钢板桩轴线偏差±100mm；钢板桩垂直度偏差为1%。在打设过程中，应监测是否在允许误差范围内，超出时及时纠正。
2、围檩支撑系统的监测
在钢板桩施工完成，支撑、封底以后，应对支撑系统进行监测。主要监测支撑的变形、钢板桩的变形、基坑内流动水量及围堰的位移等。在施工过程中可能出现如下的情况：
①钢板桩严重弯曲变形。这主要是钢板桩选用断面偏小、围檩间距过大或土压力计算偏低、基坑超挖等原因造成的。
②支撑弯曲。可能是由于有外部附加应力、受力不均或支撑断面不够引起。可增加支撑或卸载。
③基坑底部严重涌水。主要是基坑封底时混凝土浇注质量不好或厚度不足，存在强度不足、开裂、夹泥等情况引起的。严重时可以致使封底混凝土报废，而须要进行返工和二次封底。
④围堰整体位移。这主要是钢板桩入土深度不够、土质情况差、单边荷载特别大等原因造成的。
支撑系统的监测是安全的保障，也是基坑钢板桩施工完成后的重要工作，一旦发现有位移或变形，人员立即撤离，项目部将安排专职安全员密切监控，做到预防为主。
3、深基坑施工阶段的安全监测
与基坑开挖和施工同步进行各测试项目的监测。将随时保持与检测人员的联系（向监测成员提供电话号码，项目负责人24小时不停机）。
⑴在围囹和支撑施工期间，每隔1～2天对周边构筑物、便桥、道路的沉降变形监测一次。
⑵基坑开挖深度小于5.0m时，每隔2～3天监测一次。
⑶基坑开挖深度超过5.0m时，每隔1～2天监测一次。
⑷基坑开挖到底部及基础底板施工期间，每隔1天监测一次。
⑸基础底板浇筑完毕，则每隔2～3天监测一次。
⑹支撑拆除前测一次。
（7）出现渗漏水、变形、涌土等异常情况或险情，则立即暂停施工，加密监测。每天监测一次，甚至一天24小时连续监测。
4、报警值的确定原则及报警值
（1）报警值的确定原则：
满足设计计算原则，取设计值的70～80%作为预警值；
（2）报警值：
①水平位移、深层位移速率≥2.5mm/d；
②累计水平位移、深层位移量≥5‰的开挖深度；
③道路、建筑物的沉降速率≥1mm/d；
④建筑物差异沉降≥1/1000。
⑤支撑轴力、桩身应力：超过设计值的80%；
⑥坑外地下水位的下降速率≥0.5m/d；
⑦坑外地下水位的累计下降量≥1.5m。
五、结语
本项目的深基坑钢板桩围堰严格按本方案实施，施工过程基本正常，根据实际施工情况得出以下结论：
1、淤泥质土条件下，拉森V型钢板桩围檩间距一般不大于4m。土质条件好的情况下，围檩间距不应超过4.5m。
2、钢板桩施打必须确保锁口紧密，否则会造成透水和涌土问题，后期会增加大量的补救成本，拖延工期。本项目施工过程中，因钢板桩锁口不紧造成涌土现象，采用高压旋喷桩的方式对缝口进行封堵，并在水泥浆中掺加速凝剂（水玻璃）来解决淤泥质土液化涌土的问题。
3、本方案采用第三道临时围檩与封底砼进行受力转换的方式，充分利用封底砼替代临时支撑的作用，缩短了钢板桩的长度，大大节约了成本。
4、实践证明，在不扰动底层粉砂土的情况下，考虑到群桩基础的相互作用，封底砼厚度由50cm缩小到30cm是安全的。
5、钢板桩的入土深度显然与基坑深度和土质情况相关，在淤泥质土条件下，钢板桩入土深度应与基坑深度的比例应接近于1：1。在基坑底面以下如果有硬质土层，可适当减小入土深度。
6、施工过程中应特别注意，基坑周边2倍钢板桩长度范围内不应堆土，不要在基坑周边有大型机械持续震动，避免因震动造成土体液化，增加钢板桩及围檩失稳的风险。
总而言之，在准确掌握地质、水文条件的前提下，规范计算，科学施工，可以大幅度节约施工成本，缩短工期，减小施工难度。