深水超长钢板桩围堰施工方法与流程

本发明设计建筑施工领域，具体涉及一种深水超长钢板桩围堰施工方法。

背景技术：

桥梁结构形式多样，跨深水桥梁也越来越多。如何确保深水中桥梁施工的安全性、经济合理性，已成为施工过程中的一项重点和难点。常见的深水防护围堰有双壁钢围堰，钢板桩围堰，深水中钢板桩围堰较少见。

双壁钢围堰加工繁琐，加工工序较多，对加工场地要求较多。双壁钢围堰施工工艺复杂，施工工期较长，施工成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供深水超长钢板桩围堰施工方法，本发明的施工方法效率较高，并且节约成本。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

深水超长钢板桩围堰施工方法，包括以下步骤：

s10钢板桩接长：将经过进场检测后的钢板桩进行接长；

s20导向架施工：在钢护筒上焊接支撑牛腿，在钢板桩围堰外围插打钢板桩，使得钢板桩和支撑牛腿连接，在支撑牛腿上拼装导向架，导向架作为钢板桩的外围加强圈；

s30钢板桩插打：先确定钢板桩插打顺序，第一根钢板桩插打到预先设计的位置后，然后以第一根钢板桩为基准，向两边对称插打每一根钢板桩，直至还剩余五根钢板桩时，将剩余的钢板桩先全部插入导梁内，然后再逐次打设钢板桩；

s40围檩下放：先进行基底清理，确保最底部的围檩能够下放到位，然后进行围檩安装，再利用钢板桩和未割除的护筒搭设下放平台，然后将围檩下放到设计标高位置处，使得钢板桩与围檩顶紧；

s50吸泥找平：吸泥后搭设贝雷梁，作为封底工作平台；

s60封底混凝土浇筑：在封底工作平台上设置灌注点，然后采用水下灌注桩导管作为导管，导管安装到位后，进行灌注；

s70抽水：待水下封底混凝土达到设计强度后，抽出围堰内的水，逐层加固内支撑，浇注砼垫层找平，进行承台施工，并在围堰四周作为积水坑。

优选地，s10中还包括：将钢板桩焊接接长后，焊缝达到要求后焊接加强板，加强板的长度为50cm,焊接板的宽度与焊接位置的尺寸对应，焊接板的厚度不低于钢板桩的厚度。

优选地，s10中焊接过程中，焊缝内发生热形变，然后采用风枪加热使得钢板桩已变形的局部位置以大致相等的数量反向变形，然后加水冷却使该部位收缩，恢复到平直的位置。

优选地，s30钢板桩插打包括以下步骤：

s301插打顺序：钢板桩插打从上游一侧开始，第一根钢板桩与最近角桩相距2～3个钢板桩，然后从第一根钢板桩(1)两侧对称插打钢板桩，在下游合拢；

s302钢板桩插打：起吊第一根钢板桩顺着事先固定的导梁就位，先利用钢板桩的自重沉入土中，再安装钢板桩限位装置，控制钢板桩插打过程的位移，然后将第一根钢板桩打到设置的位置；

除了第一根钢板桩外，其余的钢板桩向临空面倾斜1cm，并且单边第一根钢板桩预留偏移量，偏移量根据钢板桩围堰单边的钢板桩数量确定。

优选地，s40包括以下步骤：

s401先进行清淤处理，清淤至标高后，对围檩下放有影响的钢护筒进行水下切割拔除，切割至最底部围檩以下标高为止；

s402在第一道围檩四边各处设置三个活动牛腿，组成下放操作工作平台，在牛腿上进行围檩拼装焊接作业，围檩各部件在同一水平面上，并且围檩与钢板桩之间密贴，有空隙处采用抄垫插垫；

s403利用钢板桩和未割除的护筒，搭设下放平台；

s404围檩下放时用旋转式油顶，油顶的操作系统牵引精扎螺纹钢吊杆，把围檩一次放置到设计标高，并用圆钢牵引拉杆固定在钢板桩的顶端，再由潜水员下水测量围檩与钢板桩孔隙间距，记录并编号，按照编号加工抄垫，潜水员水下按照编号依次安装抄垫，使得钢板桩与围檩顶紧，形成整体。

优选地，s50包括以下步骤：

s501利用空压机吸泥；

s502吸泥完成后，将水中清基，整平基面，将封底混凝土高度内的钢板桩的桩壁和护筒外表面的粘泥洗净；

s503吸泥完成后，搭设贝雷梁，作为封底工作平台，每50cm设置一个测点，用测绳测量基底标高，特别是钢护筒和钢板桩周边，做好记录及标记，对深度不够的，继续水下找平清理吸泥，在封底混凝土浇筑前，整个基底用吸泥设备对基底进行一次清理，保证基底沉渣厚度不超过10cm。

优选地，s60包括以下步骤：

s601贝雷梁和脚手板组成封底平台，安装在第一道围檩上，每排的灌注点两侧各安装一组贝雷梁，导管放置在贝雷梁的横担上；

s602根据混凝土的扩散半径和现场实际情况设置灌注点位置及灌注点数量，采用水下灌注桩导管作为灌注点的导管，导管在使用前须进行水密试验，导管安装时，每个接头进行预紧检查，下放固定时，导管下口悬空20～30cm；测点分别布置在导管附近及导管作用半径相交处，每个浇筑点及测点处平台作为测量混凝土面的依据，并用油漆标示在该处，浇注混凝土时作好测深记录，同时每根导管封底结束后应及时测量其埋深与流动范围，并作好详细记录；

s603导管安装到位后，调整导管的高度，保持导管底部到基底的距离为20cm，灌注水下砼，在混凝土灌注时，测量每根导管影响半径范围内混凝土的标高，检查导管的埋深和混凝土的流动方向，控制导管的下料速度和方向，使得混凝土均匀分布；在混凝土灌注结束之前，全面测量混凝土面的标高，检测导管作用半径相交处、护筒周边、围堰内侧周边，根据结果对标高偏低的测点附近导管增加浇筑量，直至封底混凝土顶面平整，终止浇注。

优选地，s60中还包括：围堰内抽水及内支撑安装完成后，凿除第一次封底表面的松散部分，清除表面杂物，进行第二次浇注找平，第二次浇注的厚度为20cm。

优选地，s70中，在抽水过程中，对钢板桩的锁扣处进行漏水处理。

优选地，对钢板桩的锁扣处进行漏水处理方法包括：

在围堰外撒大量细木屑、黄泥、砂等细物，借漏水的吸力附于锁口内堵水；

在围堰内用板条、土工布、玻璃胶等楔入锁口内嵌缝；

渗漏较严重时，对钢板桩外侧包裹止水布形成止水帷幕，抽水过程中的水压力使止水布密贴在钢板桩上。

本发明的有益效果是:

本发明中的钢板桩围堰施工时间比双壁钢围堰施工时间段，成本较双壁钢围堰较少。钢板桩围堰加工场地根据钢板桩长度确定，占用场地较少，可在栈桥平台和加宽带施工。施工完成后，钢板桩围堰所有材料均可回收利用，提高钢材利用率，钢板桩围堰大大节省钢材的使用量，体现出环境保护和节能减排的优点，符合科学发展与持续发展的要求。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为深水超长钢板桩围堰施工立面示意图。

图2为深水超长钢板桩围堰施工平面示意图。

图3为深水超长钢板桩围堰下放系统施工示意图。

图4为深水超长钢板桩围堰封底混凝土施工示意图。

图5为深水超长钢板桩围堰施工下放系统细部施工示意图；

图6为图5的侧视图。

图7为深水超长钢板桩围堰施工吸泥设配示意图。

图中序号：1为钢板桩，2为围檩，3为斜撑，4为抄垫，5为拉杆，6为活动牛腿，7为固定牛腿，8为导向架、9为限位装置、10封底混凝土，11为下放操作工作平台，12为下放平台，13为旋转式油顶，14为油顶操作系统，15为吊杆,16为封底工作平台，17为封底导管，18为吸泥设备。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本实施例中的工程桥梁主桥为(70+136+70)m连续梁拱。主墩钢板桩围堰钢板桩围堰设计为正方形，平面尺寸20.9m×20.9m,钢板桩单根总长36m，入河床22～23m，进入圆粒土层6m～7m。

围堰从上到下设五道支撑，最上面一道支撑为第一道支撑，依次排序。

封底混凝土采用c25砼，厚3米。

钢板桩围堰每边尺寸预留0.85m和0.5m承台施工空间，顶标高设计为+5.0m(高出施工水位(h10％＝3.86m)1.14m)；选用ⅵ型拉森式钢板桩。

内支撑采用hm500、hm588、hn750型钢和φ450、ф800、ф1020钢管组合支撑。

施工准备工作包括测量定位、施工机具设备、材料、临时设施、劳动力、技术交底、岗前培训等常规的施工准备工作。

主要包括钢板桩接长，导向架施工，钢板桩插打，围檩下放，吸泥找平，封底混凝土浇筑，抽水等七步，深水超长钢板桩围堰共包含4个结构：钢板桩、围檩、下放系统、封底混凝土，如图1-6所示。

深水超长钢板桩围堰施工方法的具体施工步骤如下：

1、钢板桩接长

(1)钢板桩进场检测

钢板桩1材料进场时，需对钢板桩1的尺寸、锁扣质量、平直度、顺直度等进行检查。减少因材料原因影响钢板桩1的插打。

用一块长1.5～2.0m符合类型、规格的钢板桩做标准，将所有同类型的钢板桩1做锁口通过检查。检查用绞车或卷扬机拉动标准钢板桩，从桩头至桩尾进行。在运输和堆放时尽量不使其弯曲变形，避免碰撞，尤其不能将锁口碰坏。

(2)钢板桩焊接

钢板桩1需接长时，必须在专门的加工平台上焊接，保证钢板桩1的顺直度。钢板桩1对接采用坡口焊，先把接口的基本焊缝焊好，再焊正立面盖板，最后焊侧立面侧板，所有焊缝都分四层焊液进行施焊。

为避免焊接时产生过大的局部变形，在焊接施工过程中宜采用跳焊法，防止焊接过程中钢板桩1局部加热集中。

焊前必须用砂轮机对焊接坡口及坡口两侧各宽20mm范围内、角焊缝在焊接宽度方向两侧各宽20mm内，清除氧化物水份、油污、泥土等。

锁口部位避开不用焊接，钢板桩1焊接结束后必须清除焊渣及焊缝周围的飞溅，用砂轮机打磨光滑，检查焊缝外表质量是否符合验收质量要求。

焊缝达到要求后焊接加强板，加强板长度50cm,宽度以焊接位置尺寸而定，厚度不低于钢板桩厚度。每一道接头用六块加强板，钢板桩1内外侧各三块，正面一块盖板和侧面两块侧板。加强板四面满焊后清除焊渣及焊缝周围的飞溅，并检查焊缝外表质量是否符合验收质量要求。

焊接过程中的发热使得钢板桩1在焊缝段内发生不同程度的热变形，钢板桩1显得局部弯曲不平。为了消除这部分焊接变形，采用风枪加热使钢板桩1已变形的局部位置以大致相等数量反方向变形，然后加水使该部位冷却收缩，最后恢复到平直的位置。

2、导向架施工

为保证钢板桩1插打位置，在插打前先施工钢围堰导向架8，作为打桩时的导向设备，导向架8采用双拼hn400型钢。导向架8采用外导向，在钢护筒上焊接支撑牛腿，在钢板桩围堰外围插打钢板桩1和牛腿连接，在牛腿上拼装外导向架。导向架8同时作为钢板桩1外围的加强圈。

3、钢板桩插打

钢板桩平面尺寸20.9*20.9m,总计140根钢板桩，单根钢板桩长度36m，采用拉森ⅵ型钢板桩。

(1)插打顺序

钢板桩1插打从上游一侧开始，第一根钢板桩离最近角桩相距2～3个钢板桩。然后从第一根钢板桩两侧对称插打钢板桩1，钢板桩1插打选择在落潮时下游合拢。

(2)钢板桩插打

起吊第一根钢板桩顺着事先固定好的导梁就位，先利用其自重作用下沉入土，再安装钢板桩限位装置9，控制钢板桩1插打过程的位移，用振动打拔桩锤将其打到设计位置。

确定第一根钢板桩插打合格后，然后以第一根钢板桩为基准，再向两边对称插打每一根钢板桩到设计位置。

钢板桩1吊起后用人工扶持顺着前一块的锁口下插，当下插困难时，可在钢板桩1锁口处摸少许黄油，以减少摩擦，也可以更换功率更大的振动锤。

在施工过程中，除了第一根钢板桩，在控制好钢板桩1垂直度的前提下，每根钢板桩1会向临空面倾斜1cm左右，累计以后钢板桩1的倾斜会影响钢板桩1的合拢，甚至钢板桩1最后不能合拢。为了控制钢板桩1的倾斜度在合理范围内，单边第一根桩要预留偏移量30cm。

(3)钢板桩合拢

钢板桩围堰在合拢时，两侧锁口很难保证在一条直线上。此时采取的措施为：在钢板桩1合拢而剩下5组还未插打时，提前考虑合拢情况，将钢板桩1全部插入导梁内(保证钢板桩自身稳定即可)，然后再逐次打设钢板桩1。

由于水流影响或其它原因，采取上述措施仍无法合拢时，可以根据实际需要更换更大功率的振动锤或制作异形钢板桩进行合拢。

4、围檩下放

钢板桩围堰采用五道围檩，第一道围檩距离钢板桩顶1.5m，第一道围檩至第五道围檩每道围檩间距分别为4.5m，4.5m，3.5m，2.5m，第五道围檩距封底底间距4.98m。

(1)基底清理

如图1-2所示，围檩2施工前对围堰内进行清淤处理，保证最底部围檩2能下放到位。清淤至标高后，对围檩2下放有影响的钢护筒需进行水下切割拔除，由潜水员带割枪水下完成，切割至最底部围檩2以下标高为止。

(2)围檩安装

在钢板桩围堰内水面以上(第一道围檩)四边各设置三个活动牛腿6，组成下放操作工作平台11，在活动牛腿6上进行围檩2拼装焊接作业。

围檩2的加工及安装应该严格控制精度，安装时应测定各构件的平面位置，控制好各部位的标高，尽可能使其在同一水平面上确保均匀受力。

围檩2各构件要焊接牢固，避免局部失稳，围檩2与钢板桩1间要尽量密贴，有空隙处用抄垫4插垫。

(3)下放系统安装

如图3所示，利用钢板桩1和未割除的护筒，搭设下放平台16。

(4)围檩下放

如图3-6所示，用六个旋转式油顶13，由油顶操作系统14牵引精扎螺纹钢(φ32)吊杆15，把围檩2一次放置到设计标高，并用36#圆钢牵引拉杆5固定在钢板桩1的顶端，再由潜水员下水测量围檩2与钢板桩1孔隙间距，记录并编号，按照编号加工抄垫4，潜水员水下按照编号依次安装抄垫4，防止钢板桩1过大移位变形，保证钢板桩1与围檩2要顶紧，形成整体。

5、吸泥找平

如图7所示，加工自制吸泥设备18，利用空压机吸泥。

吸泥基本完成后，安排潜水工潜入水中清基，整平基面，将封底混凝土10高度内的钢板板1桩壁、护筒外表面的粘泥应尽可能洗净，确保混凝土封底效果。

吸泥完成后，搭设贝雷梁，作为封底工作平台16。每50cm一个测点，测绳测量基底标高，特别是钢护筒和钢板桩1周边，做好记录及标记。对深度不够的，继续水下找平清理吸泥。封底混凝土10浇筑前，整个基底用吸泥设配对基底进行一次清理，保证基底沉渣厚度不超过10cm。

6、封底混凝土浇筑。

(1)封底平台搭设

封底平台16由贝雷梁+脚手板组成。贝雷梁共10组，安放于第一道围檩2上，每组贝雷梁为2×7片，中间使用90花架进行连接，贝雷梁上铺设脚手板供人员走行。

每排灌注点两侧各安装1组贝雷梁，导管17放置于贝雷梁上的横担上。

(2)灌注点及测点设置

根据混凝土的扩散半径和现场实际情况设置灌注点位置及灌注点数量。导管17采用水下灌注桩导管，导管17在使用前须进行水密试验，导管17安装时，每个接头须预紧检查，下放固定时，导管17下口悬空20～30cm。

水下混凝土导管17布置前要做水下混凝土扩展试验，来调整导管17布置间距。

测点分别布置在导管17附近及导管17作用半径相交处，准备4根钢测绳，使用前需校核测绳长度。每个浇筑点及测点处平台16标高应提前测出，作为测量封底混凝土10面的依据，并用油漆标示在该处。浇注封底混凝土10时作好测深记录，同时每根导管17封底结束后应及时测量其埋深与流动范围，并作好详细记录。

(3)水下混凝土浇筑

现场共布置7根导管17，18个灌点。第一排布置4根导管17，第二排布置3根导管17。第一排灌注完成，第一排导管17吊装至第三排，灌注第二排完成后导管17吊装至第四排。依次类推，前后两排灌点4根导管17和3根导管17交错布置。

导管17安装到位后，调整导管17高度，保持导管17底部距离基底20cm，灌注水下砼。

灌注开始后，应紧凑、连续地进行，严禁中途停歇，在灌注过程中要防止混凝土拌和物从漏斗顶溢出或从漏斗外掉入围堰内。

混凝土灌注时，要经常测量每根导管影响半径范围内的封底混凝土10标高，检查导管17的埋深和混凝土的流动方向，控制导管的下料速度和方量，使混凝土均匀分布。

混凝土浇注临结束时，全面量测封底混凝土10面标高，重点检测导管17作用半径相交处、护筒周边，围堰内侧周边等部位，根据结果对标高偏低的测点附近导管17增加浇注量，力求封底混凝土10顶面平整；并保证封底厚度达要求，当所有测点均符合要求后，终止混凝土浇注。

围堰内抽水及内支撑安装完成后，凿除第一次封底表面的松散部分，清除表面杂物，按承台设计底标高进行第二次浇筑(20cm厚)找平。

7、抽水

待水下封底混凝土10达到设计强度后，抽除围堰内的水，逐层加固内支撑。浇注砼垫层找平，进行承台施工，并在围堰四周作积水坑。在钢围堰抽水过程中，应持续对围堰变形和受力情况进行观测，如有异常变化应及时向主管部门进行汇报处理，并疏散围堰内施工人员。

抽水过程中，对钢板桩1锁扣处漏水进行处理。钢板桩1锁口漏水时，可在围堰外撒大量细木屑、黄泥、砂等细物，借漏水的吸力附于锁口内堵水；或者在围堰内用板条、土工布、玻璃胶等楔入锁口内嵌缝。渗漏较严重时，可对钢板桩1外侧包裹止水布形成止水帷幕，通过抽水过程中的水压力使止水布密贴在钢板桩1上。

本实施例中钢板桩围堰施工时间比双壁钢围堰施工时间段，成本较双壁钢围堰较少。钢板桩围堰加工场地根据钢板桩长度确定，占用场地较少，可在栈桥平台和加宽带施工。施工完成后，钢板桩围堰所有材料均可回收利用，提高钢材利用率，钢板桩围堰大大节省钢材的使用量，体现出环境保护和节能减排的优点，符合科学发展与持续发展的要求。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。