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【摘要】本文介绍了大西客专线晋陕黄河特大桥陕西段引桥深基坑施工拉森钢板桩围堰的设计与施工控制，重点结合工程所处地形、地质情况进行深基坑围堰的设计、施工进行介绍，并对施工控制要点做了简要说明。
【关键词】拉森钢板桩;围堰;设计;施工
1.工程概况
大西铁路客运专线晋陕黄河特大桥东西向横跨黄河两岸。陕西段引桥位于黄河阶地上，承台底高程为339.726m，地面高程高程345m，开挖深度约为5.3m；其地质多为饱和性含水的粉砂与细砂层，地下水位约为344m。承台采用C40钢筋混凝土结构，高约3m，平面尺寸大部分为18.6×11.6m和16.1×14.6m。承台临近施工便道，位于陕西合阳森林湿地公园内，施工环保要求高，必须减少开挖面积、减少弃土数量。
综上所述，承台开挖必须采用支护开挖。
2.支护形式的选择
通常承台开挖的支护方式有沉井围堰、钢板桩、拉森钢板桩、锁口钢管桩、钢围堰等。以下对其优缺点进行对比。
2.1沉井围堰
优点：整体性较好、刚度和强度大、不需设置内支撑、止水效果好。
缺点：预制过程中，场地需求大；吊装倒运工作量大；下沉过程中位置及垂直度控制困难；施工工期较长；回收较困难。
2.2钢板桩
优点：打拔容易、可租用、施工工期短、周转快、回收率高、成本较低。
缺点：整体性不好；抗渗性较差，不能有效防止渗水及流砂。
2.3拉森钢板桩
优点：打拔容易、可租用、施工工期短、周转快、回收率高、整体性好，具有很强的抗渗性能，能有效地防止渗水及流砂。
缺点：强度与刚度较差，需设置内支撑。
2.4锁口钢管桩围堰
优点：刚度和强度大、内支撑少、施工安全性高。
缺点：止水效果差、加工时精度要求高且加工工期较长，插打时定位较困难，成本较高。
2.5钢围堰
优点：整体性、刚度和强度大、止水效果好都较其他围堰优越。
缺点：但用钢量较多，加工制作时间长，回收较困难，施工费用高。
经过仔细的比选，结合成本、工期及安全因素考虑，决定采用止水效果好、施工快且易重复使用的拉森钢板桩围堰作为该段承台施工的支护方式。
3.拉森钢板桩围堰设计
3.1拉森钢板桩围堰设计需解决的问题
3.1.1拉森钢板桩围堰尺寸的选择
围堰尺寸应考虑承台施工时，立模及操作空间和基坑底部周边排水坑；顶面应高出原地面，防止地面上工具及材料等杂物落入基坑内伤人。
3.1.2基坑防水及排水
土壤为饱和或高含水量状态，水头差约4.3m，承台底部同样为透水性较强的砂层，围堰设计中必须考虑基坑壁渗水、基底及涌水和排水。
3.1.3支护的安全性
基坑开挖深约5.3m，属于深基坑。支护的安全性非常重要，由于钢板桩刚度较小，必须设置内支撑。客专线承台混凝土质量要求较高，3m厚度承台必须一次浇筑完毕。故围堰内支撑设置距离基坑底部不宜过低。
3.2拉森钢板桩围堰结构形式
3.2.1考虑到承台立模及操作空间，及基坑底部周边设置排水沟及集水井，拉森钢板桩围堰平面尺寸由承台外缘向周边放宽1m；考虑钢板桩围堰基坑底部涌水影响，拉森钢板桩插打前将原地面挖除1.5m，增加其锚固深度，从而增加围堰稳定性，同时更加有效防止基底管涌现象。
3.2.2在基坑底部四周设置宽20cm，高30cm排水沟，并在远离便道侧拐角设置深50cm集水井。将围堰内积水收集排除基坑外。
3.2.3综合稳定性、防管涌等因素考虑，采用12m长拉森钢板桩制作拉森钢板桩围堰，保证最小入土深度为6.5m。在围堰顶部以下1.5m处设置一层内支撑，内支撑圈梁及四角斜撑为H400型钢制作，对撑为φ400钢管制作。圈梁底部设置托架。
详见图3-1拉森钢板桩围堰示意图、图3-2拉森钢板桩围檩细部图。
图3-1 拉森钢板桩围堰示意图
桩围堰示意图
图3-2拉森钢板桩围檩细部图
3.3拉森钢板桩安全性计算
①钢板桩入土深度验算。
4.拉森钢板桩围堰施工
4.1拉森钢板桩插打
钻孔桩施工完毕并将承台及周边1.5m范围内土体清除后，即可进行拉森钢板桩插打。插打过程中注意拉森钢板桩咬合及平整度以方便内支撑圈梁的安装。
测量放样后，先摆放H型钢圈梁并保证其位置准确。在其内侧中间及两端各插打2根钢板桩，与圈梁焊接作为圈梁外侧围堰拉森钢板桩插打的导向梁。次工序完成后由中间向两侧依次插打钢板桩，并注意两桩之间的咬合情况。
围堰四角必须设置特制角桩，确保围堰具备良好的止水效果。
4.2内支撑安装
拉森钢管桩插打完毕后，清除H形型钢底部土体，焊接托架，焊接H形型钢圈梁。圈梁务必与拉森钢板桩围堰内壁密贴，若中间有空隙需采用钢板填充并焊接牢固。钢管对称安装时，必须在圈梁上焊接三角楔块。
4.3拉森钢板桩围堰监控量测
施工中加强对围堰开挖的过程测量监控；在导梁端部及纵、横向1/4、1/2处均设置观测点，随开挖过程用全站仪对顶层导梁顶的横向位移进行观测，并观测导梁外对应位置的土面下沉情况。
5.施工注意事项
为确保维护结构正常工作，防止发生板桩位移而影响施工，故需对钢板桩的位移进行跟踪观测，以便发生险情及时采取加固补强措施。板桩观测方法：
5.1在板桩墙两端外侧15m的板桩墙轴线上设立轴线控制点，控制点须在锚桩外侧或更远处的稳固点，控制点须稳定，并加以保护。
5.2在板桩顶部用红漆标出轴线位置，标记间距不得大于5m；控制点、位移标记应在开挖前布置，用红三角标示。
5.3观测采用挂线尺量的简易方法，但所挂麻线须挂直，尺量时麻线不得摇晃，若风大或挂线有困难时，宜采用经纬仪观测。
5.4在挖土期间及挖土完成后每天二次观测位移，即上班后一次，下班前一次，直至位移穩定。当板桩位移速度发展较快时，应跟踪观测。
5.5当发现总位移超过100mm或日位移量大于20mm时应通知施工、技术部门采用相应措施。
5.6观测数值应做好记录。
6.结语
由于施工前对工程进行了详细的研究、论证，对一些关键的工序做到了较好的控制；通过对本工程承台拉森钢板桩围堰插打及承台开挖全过程的跟踪，围堰变形量小，基坑内渗、涌水少，设置排水沟和集水井满足施工需求，取得了良好的效果。同时拉森钢板桩具有打拔容易、施工工期短、周转快、回收率高、整体性好，具有很强的抗渗性能，能有效地防止渗水及流砂等优点，可为同类工程施工提供参考。
【关键词】拉森钢板桩;围堰;设计;施工
1.工程概况
大西铁路客运专线晋陕黄河特大桥东西向横跨黄河两岸。陕西段引桥位于黄河阶地上，承台底高程为339.726m，地面高程高程345m，开挖深度约为5.3m；其地质多为饱和性含水的粉砂与细砂层，地下水位约为344m。承台采用C40钢筋混凝土结构，高约3m，平面尺寸大部分为18.6×11.6m和16.1×14.6m。承台临近施工便道，位于陕西合阳森林湿地公园内，施工环保要求高，必须减少开挖面积、减少弃土数量。
综上所述，承台开挖必须采用支护开挖。
2.支护形式的选择
通常承台开挖的支护方式有沉井围堰、钢板桩、拉森钢板桩、锁口钢管桩、钢围堰等。以下对其优缺点进行对比。
2.1沉井围堰
优点：整体性较好、刚度和强度大、不需设置内支撑、止水效果好。
缺点：预制过程中，场地需求大；吊装倒运工作量大；下沉过程中位置及垂直度控制困难；施工工期较长；回收较困难。
2.2钢板桩
优点：打拔容易、可租用、施工工期短、周转快、回收率高、成本较低。
缺点：整体性不好；抗渗性较差，不能有效防止渗水及流砂。
2.3拉森钢板桩
优点：打拔容易、可租用、施工工期短、周转快、回收率高、整体性好，具有很强的抗渗性能，能有效地防止渗水及流砂。
缺点：强度与刚度较差，需设置内支撑。
2.4锁口钢管桩围堰
优点：刚度和强度大、内支撑少、施工安全性高。
缺点：止水效果差、加工时精度要求高且加工工期较长，插打时定位较困难，成本较高。
2.5钢围堰
优点：整体性、刚度和强度大、止水效果好都较其他围堰优越。
缺点：但用钢量较多，加工制作时间长，回收较困难，施工费用高。
经过仔细的比选，结合成本、工期及安全因素考虑，决定采用止水效果好、施工快且易重复使用的拉森钢板桩围堰作为该段承台施工的支护方式。
3.拉森钢板桩围堰设计
3.1拉森钢板桩围堰设计需解决的问题
3.1.1拉森钢板桩围堰尺寸的选择
围堰尺寸应考虑承台施工时，立模及操作空间和基坑底部周边排水坑；顶面应高出原地面，防止地面上工具及材料等杂物落入基坑内伤人。
3.1.2基坑防水及排水
土壤为饱和或高含水量状态，水头差约4.3m，承台底部同样为透水性较强的砂层，围堰设计中必须考虑基坑壁渗水、基底及涌水和排水。
3.1.3支护的安全性
基坑开挖深约5.3m，属于深基坑。支护的安全性非常重要，由于钢板桩刚度较小，必须设置内支撑。客专线承台混凝土质量要求较高，3m厚度承台必须一次浇筑完毕。故围堰内支撑设置距离基坑底部不宜过低。
3.2拉森钢板桩围堰结构形式
3.2.1考虑到承台立模及操作空间，及基坑底部周边设置排水沟及集水井，拉森钢板桩围堰平面尺寸由承台外缘向周边放宽1m；考虑钢板桩围堰基坑底部涌水影响，拉森钢板桩插打前将原地面挖除1.5m，增加其锚固深度，从而增加围堰稳定性，同时更加有效防止基底管涌现象。
3.2.2在基坑底部四周设置宽20cm，高30cm排水沟，并在远离便道侧拐角设置深50cm集水井。将围堰内积水收集排除基坑外。
3.2.3综合稳定性、防管涌等因素考虑，采用12m长拉森钢板桩制作拉森钢板桩围堰，保证最小入土深度为6.5m。在围堰顶部以下1.5m处设置一层内支撑，内支撑圈梁及四角斜撑为H400型钢制作，对撑为φ400钢管制作。圈梁底部设置托架。
详见图3-1拉森钢板桩围堰示意图、图3-2拉森钢板桩围檩细部图。
图3-1 拉森钢板桩围堰示意图
桩围堰示意图
图3-2拉森钢板桩围檩细部图
3.3拉森钢板桩安全性计算
①钢板桩入土深度验算。
4.拉森钢板桩围堰施工
4.1拉森钢板桩插打
钻孔桩施工完毕并将承台及周边1.5m范围内土体清除后，即可进行拉森钢板桩插打。插打过程中注意拉森钢板桩咬合及平整度以方便内支撑圈梁的安装。
测量放样后，先摆放H型钢圈梁并保证其位置准确。在其内侧中间及两端各插打2根钢板桩，与圈梁焊接作为圈梁外侧围堰拉森钢板桩插打的导向梁。次工序完成后由中间向两侧依次插打钢板桩，并注意两桩之间的咬合情况。
围堰四角必须设置特制角桩，确保围堰具备良好的止水效果。
4.2内支撑安装
拉森钢管桩插打完毕后，清除H形型钢底部土体，焊接托架，焊接H形型钢圈梁。圈梁务必与拉森钢板桩围堰内壁密贴，若中间有空隙需采用钢板填充并焊接牢固。钢管对称安装时，必须在圈梁上焊接三角楔块。
4.3拉森钢板桩围堰监控量测
施工中加强对围堰开挖的过程测量监控；在导梁端部及纵、横向1/4、1/2处均设置观测点，随开挖过程用全站仪对顶层导梁顶的横向位移进行观测，并观测导梁外对应位置的土面下沉情况。
5.施工注意事项
为确保维护结构正常工作，防止发生板桩位移而影响施工，故需对钢板桩的位移进行跟踪观测，以便发生险情及时采取加固补强措施。板桩观测方法：
5.1在板桩墙两端外侧15m的板桩墙轴线上设立轴线控制点，控制点须在锚桩外侧或更远处的稳固点，控制点须稳定，并加以保护。
5.2在板桩顶部用红漆标出轴线位置，标记间距不得大于5m；控制点、位移标记应在开挖前布置，用红三角标示。
5.3观测采用挂线尺量的简易方法，但所挂麻线须挂直，尺量时麻线不得摇晃，若风大或挂线有困难时，宜采用经纬仪观测。
5.4在挖土期间及挖土完成后每天二次观测位移，即上班后一次，下班前一次，直至位移穩定。当板桩位移速度发展较快时，应跟踪观测。
5.5当发现总位移超过100mm或日位移量大于20mm时应通知施工、技术部门采用相应措施。
5.6观测数值应做好记录。
6.结语
由于施工前对工程进行了详细的研究、论证，对一些关键的工序做到了较好的控制；通过对本工程承台拉森钢板桩围堰插打及承台开挖全过程的跟踪，围堰变形量小，基坑内渗、涌水少，设置排水沟和集水井满足施工需求，取得了良好的效果。同时拉森钢板桩具有打拔容易、施工工期短、周转快、回收率高、整体性好，具有很强的抗渗性能，能有效地防止渗水及流砂等优点，可为同类工程施工提供参考。