复合式钢板桩围堰高水位差承台及施工方法与流程

本发明涉及钢板桩围堰承台施工体系，尤其涉及复合式钢板桩围堰高水位差承台施工方法。

技术背景

随着海洋经济的到来，各地跨海大桥纷纷兴起，而桥墩承台是桥梁的关键，整体式钢板桩围堰是独立于桥梁承台与墩身之外的围水结构，是桥梁基础施工的一道安全屏障。

由于海洋气候多变及海底地质复杂，传统钢板桩围堰在桥梁基础施工中的局限性主要体现在三个方面：1)由于是组拼式结构,整体刚度较小，其抗水流及波浪能力差，不宜在深水环境下使用；2)受自身受力特性的局限，承台标高较低时需设置强而密的支撑，对后续的承台及墩身施工干扰很大；3)传统钢板桩围堰插打时在外力作用下易出现倾斜、带桩、不易合龙的情况。

鉴于此，如何通过一些技术措施解决高水差情况下围堰的刚度小和稳定性差等承台的施工难题，是一个亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种复合式钢板桩围堰高水位差承台及施工方法。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

基于复合式钢板桩围堰高水位差承台，包括：钢管桩、拉森钢板桩、水平中空桁架、斜向钢管、中空桁架内支撑滑移固定轨道、桥墩侧壁中空桁架内支撑滑移固定轨道、钢管斜向支撑、固定预埋件、预制钢筋混凝土板和注浆管，钢管桩贯穿分离式连接型钢孔，中夹紧连接肋板，肋板结头处用连接钢板拼接，并用螺栓固定；型钢内侧翼板中间设置1道或对称设置2道中空桁架内支撑滑移固定轨道；钢板桩预制钢筋混凝土板周边设置排水槽，预留注浆管的穿管孔，四角处设集水井，注浆管向复合钢板桩底部注浆压底形成浮泥层注浆加固体，注浆管绑定在钢管桩上。

复合式钢板桩由拉森钢板桩、钢管桩、分离式连接型钢中夹紧连接肋板拼接而成，分离式连接型钢中夹紧连接肋板在拼接处用连接钢板夹紧，并用连接螺栓固定。

分离式连接型钢外侧翼板与拉森钢板桩用遇水膨胀螺栓连接，遇水膨胀螺栓下面设遇水膨胀橡胶垫片，分离式连接型钢内侧翼板设斜向扩大连接端板、中空桁架后展限位翼板，滑移式中空桁架水平支撑顶紧分离式连接型钢内侧翼板，并与中空桁架后展限位翼板连接，斜向钢管在围堰四角处与分离式连接型钢内侧翼板顶紧，并与斜向扩大连接端板连接固定。

所述滑移式中空桁架内支撑可从上到下滑动到任意位置，并在固定位置设置后展限位翼板。

所述采用现浇预制钢筋混凝土底板，板中根据桩位布置预留贯穿孔及预留穿管孔，顶面浇筑混凝土，现浇混凝土内设置预埋件，用三角架支撑承台模板，预制钢筋混凝土板周边设排水槽，排水槽侧壁设排水槽挡板，预制钢筋混凝土板四角设集水井，抽水管布置于四角附近钢管桩上。

复合式钢板桩围堰高水位差承台施工方法，包括以下步骤：

1)复合式钢板桩的连接：用分离式连接型钢将钢管桩、拉森钢板桩连接在一起，钢管桩贯穿分离式连接型钢肋板的钢孔，分离式连接型钢外侧翼板与拉森钢板桩用连接螺栓连接，连接螺栓处设遇水膨胀橡胶垫片，型钢内侧翼板设扩大连接端板，扩大连接端板与水平中空桁架及斜向钢管内支撑相连；

2)中空桁架内支撑滑移固定轨道的安装：在型钢内侧翼板中间设置1道或对称设置2道中空桁架内支撑滑移固定轨道，在承台模板及桥墩模板上安装1道滑移式中空桁架内支撑的滑移固定轨道，在设计固定位置设置后展限位翼板，并设置顶紧装置，四角部位设置连接板；

3)复合式钢板桩的插打施工：将复合式钢板桩用吊装设备吊至设计位置，采取静压沉桩的方式来压桩，压桩设备与设置于基础上的反力锚杆结合，通过千斤顶压复合式钢板桩，千斤顶的反力通过锚杆传至基础，复合式钢板桩插打应从上游中心开始为宜，向两侧对称依次插入，在四角处合龙，在合龙处插入合龙钢板桩或者异形钢板桩，锁口之间空隙用棉絮嵌塞、并涂以黄油和锯末混合物，在复合钢板桩下沉后，利用绑定在钢管桩上的注浆管向复合钢板桩底部注浆压底，形成浮泥层注浆加固体，拉森钢板桩及钢管桩在封底范围及注浆压底范围设置隔离膜；

4)滑移式中空桁架、钢管制作及安装：在钢平台上现场组装滑移式中空桁架，滑移式中空桁架安置于复合式钢板桩围堰顶部，在钢平台上现场组装桥墩滑移式中空桁架，桥墩滑移式中空桁架放置于在桥墩上，滑移式中空桁架及桥墩滑移式中空桁架由上而下依次滑移到设计位置后顶紧固定，钢管在钢板桩围堰四角处斜向顶紧分离式型钢内侧翼板，并与扩大连接端板焊接；

5)现浇预制组合式钢筋混凝土封底：板中根据桩位布置预留贯穿孔，预制钢筋混凝土板周边设置台阶，下部为预制混凝土，预留注浆管的穿管孔，在上部预制混凝土顶面浇筑钢筋混凝土封顶，预制钢筋混凝土板周边设排水槽，四角处设集水井，集水井中的水通过抽水管抽出，抽水管绑定在角端钢管桩上；

6)基坑回填、吊拆支撑体系：支撑体系拆除与安装工序相反，先回填围堰与承台间的土方，再向内注水至待拆除支撑下方，然后由下向上、先中间后两侧的顺序拆除横撑滑移式中空桁架、斜撑钢管、桥墩滑移式中空桁架，当围堰监测变形超限时，通过现浇钢筋混凝土顶面设置承台侧面模板的固定预埋件，辅以三角架实现承台外侧支模；

7)围堰切割，分面、分节吊拆：围堰拆除采用四边单面整体吊除，当受吊装设备限制单面难以吊除时分单元切割吊拆，其中分离式夹紧连接型钢先整体吊除，外侧翼板难以整体吊拆时，先与拉森钢板桩拆开，根据现场空间情况尽量减小切割分段；在拔掉复合式钢板桩时采用振动锤进行拔除。

所述步骤3)中，中间钢管桩两侧同时对称注浆，四角位置的钢管桩在三侧同时注浆，注浆管绑定在钢管桩上，最终形成浮泥层注浆加固体。

本发明具有以下的特点和有益效果：

用分离式连接型钢把钢板桩和钢管桩连接成组合结构，同时在钢管柱底部进行注浆加固，形成浮泥层注浆加固体，大大的增强围堰的整体刚度，稳定了整个施工平台，提高了整个施工的安全性。

通过在复合钢板桩上设立竖向滑移式中空桁架内支撑滑移固定轨道，从而实现了中空桁架在任意设计位置实现支撑，大大的提高了施工的效率，便于拆装，工序大大减少。

通过采用预制现浇钢筋混凝土组合方式来封底，现浇板中布置预埋件，在吊拆中空桁架、钢管水平内支撑时利用预埋件设置三角架辅助支撑，保证了承台模板稳定性，同时在封底周边设置排水槽、集水井，可以及时把围堰内的水抽出去，保证了施工质量，提高了施工进度，节约成本。

附图说明

图1是复合式钢板桩围堰高水位差承台结构示意图；

图2是预制钢筋混凝土底板图；

图3是复合式钢板桩围堰平面图；

图4是复合式夹紧连接钢板连接拉森钢板桩及钢管桩详图；

图5是承台混凝土浇注支模图

图6是复合钢板桩静压沉桩结构图

图7是本发明施工工艺流程图；

图中：1.施工平台垫板；2.贝雷片平台梁；3.钢管桩；4.拉森钢板桩；5.分离式连接型钢外侧翼板；6.膨胀螺栓；7.遇水膨胀橡胶垫片；8.现浇钢筋混凝土板封底；9.排水槽挡板；10.浮泥层注浆加固体；11.分离式连接型钢内侧翼板；12.中空桁架支撑；13.中空桁架内支撑滑移固定轨道；14.中空桁架后展限位翼板；15.三角架支撑；16.承台；17.隔离膜；18.排水槽；19.桥墩；20.桥墩侧壁中空桁架后展限位翼板；21.桥墩侧壁中空桁架内支撑；22.桥墩侧壁中空桁架内支撑滑移固定轨道；23.承台模板；24.固定预埋件；25.桩基；26.预制钢筋混凝土板封底；27.集水井；28.穿孔管；29.抽水管；30.预留贯穿管孔；31.射钉；32.转角钢板；33.注浆管；34.角端钢管桩；35.钢管支撑处扩大连接端板；36.钢管斜向支撑；37.复合钢板桩锁口；38.连接钢板；39.连接螺栓；40.分离式连接型钢中夹紧连接肋板；41.桥墩模板；42.承台侧壁滑移式中空桁架内支撑固定轨道；43.平台桁架；44.反力架；45.施工平台垫板；46.电动葫芦；47.反力梁；48.锚杆；49.千斤顶；50.基础；51.复合式钢板桩。

具体实施方式

本实施方式钢结构焊接工艺、螺栓连接施工工艺、施工平台安装工艺、及混凝土浇筑施工工艺等本实施中就不在累述，重点阐述本发明涉及结构的实施方式。

图1是复合式钢板桩围堰高水位差承台结构示意图。参照图1所示，本发明复合式钢板桩围堰高水位差承台施工体系主要包括：拉森钢板桩4、钢管桩3、分离式连接型钢中夹紧连接肋板40、分离式连接型钢内侧翼板11、分离式连接型钢外侧翼板5、中空桁架内支撑12、钢管斜向支撑36、注浆管33、中空桁架内支撑滑移固定轨道13、预制钢筋混凝土板26、固定预埋件24、千斤顶46、反力锚杆49。

复合式钢板桩围堰高水位差承台施工体系施工前已完成了钢栈桥43、钢平台45的安装，对桩基25进行了的检测，局部施工的导向架设置于钢平台上，打设及吊装设备也设置于钢平台上。

参照图1及图4所示，在施工准备工作完成后，用分离式连接型钢将钢管桩3、拉森钢板桩4连接在一起，钢管桩3贯穿型钢孔，中夹紧连接肋板40，型钢外侧翼板5与拉森钢板桩4连接，连接螺栓6处设遇水膨胀橡胶垫片7，型钢内侧翼板11设扩大连接端板35，扩大连接端板35与水平中空桁架12及斜向钢管36内支撑相连，型钢钢板结头处用连接钢板38拼接，并用螺栓39固定。

在型钢内侧翼板11中间设置1道或对称设置2道滑移式中空桁架内支撑的滑移固定轨道13。

参照图6所示，复合钢板桩51的围堰下沉采用单边沉放，四角处连接方式，利用压桩设备与设置钢平台上的反力锚杆49相结合，通过千斤顶48对复合钢板桩51实施静压下沉，千斤顶48的反力通过锚杆49传至基础50。

参照图1所示，在复合钢板桩51下沉后，利用绑定在钢管桩3上的注浆管33向复合钢板桩51底部注浆压底，形成浮泥层注浆加固体10，拉森钢板桩4及钢管桩3在封底范围及注浆压底范围设置隔离膜17。

参照图5所示，在承台模板23及桥墩模板41上安装1道滑移式中空桁架内支撑的滑移固定轨道22。

参照图3及图5所示，在钢平台45上现场组装滑移式中空桁架12，滑移式中空桁架12安置于复合式钢板桩51围堰顶部(需要时在滑移式固定轨道上设置临时钢板牛腿)，在钢平台45上现场组装桥墩滑移式中空桁架21，桥墩滑移式中空桁架21放置于在桥墩19上，滑移式中空桁架12及桥墩滑移式中空桁架21由上而下依次滑移到设计位置后顶紧固定，钢管36在钢板桩51围堰四角处斜向顶紧分离式型钢内侧翼板11，并与扩大连接端板35焊接。

参照图2所示，现浇预制组合式钢筋混凝土板根据桩位布置预留贯穿孔30，预制钢筋混凝土板26周边设置台阶，下部为预制混凝土，预留注浆管33的穿管孔28，在上部预制混凝土顶面浇筑钢筋混凝土8封顶，预制钢筋混凝土板26周边设排水槽18，四角处设集水井27，集水井中的水通过抽水管29抽出，抽水管29绑定在角端钢管桩34上。

参照图5所示，当支撑体系拆除时，先回填围堰与承台16间的土方，再向内注水至待拆除支撑下1m处，然后由下向上、先中间后两侧的顺序拆除横撑滑移式中空桁架12、斜撑钢管36、桥墩滑移式中空桁架21，当围堰监测变形超限时，通过现浇钢筋混凝土8顶面设置承台侧面模板的固定预埋件24，辅以三角架15实现承台外侧支模。

本发明还提供了上述复合式钢板桩围堰高水位差承台体系的施工方法，主要包括以下步骤：

1)施工准备：在本施工前已完成了钢栈桥43、钢平台45的安装，桩基25的检测，局部施工的导向架设置于钢平台上，打设及吊装设备也设置于钢平台上。

2)复合式钢板桩51的连接：用分离式连接型钢将钢管桩3、拉森钢板桩4连接在一起，钢管桩3贯穿型钢孔，中夹紧连接肋板40，型钢外侧翼板5与拉森钢板桩4连接，连接螺栓6处设遇水膨胀橡胶垫片7，型钢内侧翼板11设扩大连接端板35，扩大连接端板35与水平中空桁架12及斜向钢管36内支撑相连，型钢钢板结头处用连接钢板38拼接，并用螺栓39固定。

3)滑移式中空桁架内支撑固定轨道13的安装：在型钢内侧翼板11中间设置1道或对称设置2道滑移式中空桁架内支撑的滑移固定轨道13，在承台模板23及桥墩模板41上安装1道滑移式中空桁架内支撑的滑移固定轨道22，在设计固定位置设置后展限位翼板20，并设置顶紧装置，四角部位设置连接板。

4)复合式钢板桩的插打施工：将复合式钢板桩51用吊装设备吊至设计位置，采取静压沉桩的方式来压桩，压桩设备与设置于基础上的反力锚杆49结合，通过千斤顶48压复合式钢板桩51，千斤顶48的反力通过锚杆49传至基础50，复合式钢板桩51插打应从上游中心开始为宜，向两侧对称依次插入，在四角处合龙，在合龙处插入合龙钢板桩或者异形钢板桩，锁口之间空隙用棉絮嵌塞37、并涂以黄油和锯末混合物，在复合钢板桩51下沉后，利用绑定在钢管桩3上的注浆管33向复合钢板桩51底部注浆压底，形成浮泥层注浆加固体10，拉森钢板桩4及钢管桩3在封底范围及注浆压底范围设置隔离膜17。

5)滑移式中空桁架12、钢管36制作及安装：在钢平台45上现场组装滑移式中空桁架12，滑移式中空桁架12安置于复合式钢板桩51围堰顶部(需要时在滑移式固定轨道上设置临时钢板牛腿)，在钢平台45上现场组装桥墩滑移式中空桁架21，桥墩滑移式中空桁架21放置于在桥墩19上，滑移式中空桁架12及桥墩滑移式中空桁架21由上而下依次滑移到设计位置后顶紧固定，钢管36在钢板桩51围堰四角处斜向顶紧分离式型钢内侧翼板11，并与扩大连接端板35焊接。

6)现浇预制组合式钢筋混凝土封底：板中根据桩位布置预留贯穿孔30，预制钢筋混凝土板26周边设置台阶，下部为预制混凝土，预留注浆管33的穿管孔28，在上部预制混凝土顶面浇筑钢筋混凝土8封顶，预制钢筋混凝土板26周边设排水槽18，四角处设集水井27，集水井中的水通过抽水管29抽出，抽水管29绑定在角端钢管桩34上。

7)浇筑混凝土：按照设计的水灰比用泵送浇筑混凝土，并制作混凝土试样验收，利用冷却管通水冷却降温，提高承台混凝土施工质量。

8)基坑回填、吊拆支撑体系：支撑体系拆除与安装工序相反，先回填围堰与承台16间的土方，再向内注水至待拆除支撑下1m处，然后由下向上、先中间后两侧的顺序拆除横撑滑移式中空桁架12、斜撑钢管36、桥墩滑移式中空桁架21，当围堰监测变形超限时，通过现浇钢筋混凝土8顶面设置承台侧面模板的固定预埋件24，辅以三角架15实现承台外侧支模。

9)围堰切割，分面、分节吊拆：围堰拆除采用四边单面整体吊除，当受吊装设备限制单面难以吊除时分单元切割吊拆，其中分离式夹紧连接型钢40先整体吊除，外侧翼板5难以整体吊拆时，先与拉森钢板桩4拆开，根据现场空间情况尽量减小切割分段。在拔掉复合式钢板桩时采用振动锤进行拔除，尽量使钢板桩下部与混凝土脱离，然后再进行拔桩，拔桩时要先振动1～2min，使钢板桩周围土松动，产生“液化”，再慢慢启动振动桩锤拔桩。

步骤(2)中复合式钢板桩51由拉森钢板桩4、钢管桩3、分离式连接型钢中夹紧连接肋板40拼接而成，分离式连接型钢中夹紧连接肋板40在拼接处用连接钢板38夹紧，并用连接螺栓39固定，分离式连接型钢外侧翼板5与拉森钢板桩4用遇水膨胀螺栓6连接，遇水膨胀螺栓6下面设遇水膨胀橡胶垫片7，分离式连接型钢内侧翼板11设斜向扩大连接端板35、桁架后展限位翼板14，滑移式中空桁架水平支撑12顶紧分离式连接型钢内侧翼板11，并与桁架后展限位翼板14连接，斜向钢管36在围堰四角处与分离式连接型钢内侧翼板11顶紧，并与斜向扩大连接端板35连接固定。在中间钢管桩3两侧同时对称注浆，四角位置的钢管桩34在三侧同时注浆，注浆管33绑定在钢管桩上，最终形成桩底注浆加固体10。

步骤(3)中所述滑移式中空桁架内支撑12可以按设计要求从上到下滑动到任意位置，并在固定位置设置后展限位翼板14。

步骤(6)中所述采用现浇预制钢筋混凝土底板，板中根据桩位布置预留贯穿孔30，预制钢筋混凝土板26周边设置台阶，下部预制混凝土预留注浆管33的穿管孔28，顶面浇筑混凝土8，现浇混凝土内设置预埋件24，用三角架15支撑承台模板23，预制钢筋混凝土板26周边设排水槽18，排水槽18侧壁设排水槽挡板9，预制钢筋混凝土板26四角设集水井27，抽水管29布置于四角附近钢管桩34上。

步骤(8)中所述吊拆支撑体系时，当围堰支撑体系中水平滑移式中空桁架12、斜向钢管36、桥墩滑移式中空桁架21吊掉后，利用承台16及墩柱19的预埋件24设置三角架辅助临时支撑15。