拉森钢板桩在新泾港桥基坑施工的应用

摘 要：文章以新泾港桥改建工程为例，因现状桥梁桩基与待建的漕宝路工程隧道位置冲突，需对老桥拆除并原位重建桥梁。新桥桥墩下部结构均在河道水面以下，需开挖围护施工。针对新泾港桥新建过程中桥面保交通，河道保通航的施工需求，选用拉森钢板桩作为基坑围护，结合新桥分幅施工的工序对围堰进行优化，并对拉森钢板桩围堰的施工工艺进行简要阐述。通过施工监测数据表明，施工过程中基坑受控，拉森钢板桩围堰应用效果良好，可为类似工程提供一定参考。

▍1 工程概况

1.1  新泾港桥概况

新泾港桥位于合川路、漕宝路路口以西，距离漕宝路工程的盾构始发工作井约62m，如图1所示；桥西的南北两侧均为居民小区，经勘查，桥梁周围有多条市政管线，周边环境复杂。因拟建漕宝路主线盾构线位与现状道路平面线位重合，隧道结构与老桥桩基结构冲突，需对现状桥梁进行拆除，将原有桩基拔除后在原位重建新桥，新老桥梁与隧道位置关系如图2、图3所示。

图1  新泾港桥位置平面图

图2  老桥桩基与盾构隧道位置断面图

图3  新桥桩基与盾构隧道位置断面图

现状老桥分为南、北、中3幅，改建后的新桥同样分为3幅，桥宽合计43.5m，由于施工期间需保证桥面交通，将按“南-北-中”顺序分幅进行拆除并重建，新桥分为3跨，跨径布置为16m+20m+16m=52m，除两侧桥台位于新泾港的东西两岸以外，桥墩均位于新泾港河道内。其中，中幅桥桥墩采用框架式盖梁墩，下接承台与桩基础，承台平面尺寸为6.25m×2.5m，高2.5m，承台垫层底标高-4.10m，设计高水位为+3.80m，需挖深7.9m。南、北幅桥中跨水中墩采用桩接柱的形式，桩基础顶接头标高-1.50m。设计高水位+3.80m，需挖深4.8m。桥梁下部结构平面如图4所示。

图4  新桥下部结构平面布置图

1.2  地质概况

工程所在位置的地质情况如表1所示。

表1  地质勘察情况

地下水主要有赋存浅部土层中的潜水，测得地下潜水位埋深一般为1.1～3.3m（高程4.49～2.01m），赋存于⑤1T层中的微承压水及⑦层的承压水，承压水（微承压水）水位一般低于潜水位，埋深3.0～12.0m（微承压水3.0～11.0m）。

▍2 基坑围堰选用

2.1  水中围堰选用

新建桥梁桥墩均位于新泾港河道内且低于河道水位，需打设水中围堰再进行开挖施工。水中基坑常用的围护结构形式有土石围堰、双壁钢围堰、钢板桩围堰、混凝土围堰等，土石围堰造价低廉，材料易获取，施工方便，缺点是所需空间大，且抗冲刷能力弱；双壁钢围堰自重大，整体性好且刚度大，缺点所需施工场地大，施工周期较长且造价较高；钢板桩围堰作业简单，施工灵活快捷，且结构形式灵活，无需大型施工机具，钢板可重复利用，适用于软土河床，缺点是对水压力较为敏感，易发生渗水，当基坑较深时需设多道内支撑，影响作业空间；混凝土围堰抗水能力强，底宽小，但是施工周期较长，一般不用于临时围护结构。

新泾港桥位于城市交通干道的漕宝路上，交通运输管理部门要求施工过程中桥梁道路保证原有通行能力，受大流量交通的通行需要，新泾港桥改建工程采用“单幅施工，两幅通行”的交通组织形式，即封闭单幅交通，利用另外2幅配合人行、非机动车钢便桥，实现原规模车道通行。

施工区域被限制在单幅桥范围内，且紧邻施工区域即为运营中的桥梁，很多大型施工设备不具备作业空间；同时水务管理部门要求新泾港的正常通航与汛期通畅，施工期间不能够造成河道断航，汛期施工依然能够保证河道的泄洪能力，则是对施工围堰提出灵活性高、施工占用空间小的要求。

综合以上要求，选用拉森钢板桩作为基坑围堰。与其他常见围堰形式相比，拉森钢板桩具有质量轻、强度高；施工空间需求较小，施工方便快捷，对周边环境影响较小等优势，最符合本工程施工需求，但需要做好围堰支撑与止水施工。

2.2  拉森钢板桩围堰设计深化

由于新桥中幅桥4座承台平面位置位于现状桥梁的南幅和北幅，在新泾港桥的改建过程中，在老桥南、北幅拆除后即具备施工条件，即中幅桥南侧承台可随南幅桥新建同步施工，北侧承台可随北幅桥新建同步施工。南、北幅桥的桥墩桩接柱施工需打设水中围堰，中幅桥承台施工也需要打设围堰，为简化施工流程减少工作量，将4座中幅桥承台施工基坑分别与相邻南、北幅桥桩接柱施工基坑的围堰合并，形成4个大围堰即可满足桥梁水中墩施工需求，如图5所示。

图5  施工围场平面示意图

但中幅桥承台与桩接柱结构标高不同，造成施工过程中基坑开挖深度也不同，对此在大围堰内增设一排拉森钢板桩，将中幅桥和南、北幅桥施工区域分隔，形成大围堰浅基坑+小围堰深基坑的形式，大围堰满足标高较高的南、北幅桥桩接柱施工，小围堰满足标高较低的中幅桥承台施工，如图6所示。

图6  水中围堰平面布置图

选取北侧一座围堰进行围护结构说明，整体围堰平面尺寸13.48m×9.48m，采用单排拉森钢板桩围护，拉森钢板桩选用Ⅳ型（PU-400×170×15.5），因围堰内基坑开挖深度不同，浅基坑拉森钢板桩长12m，开挖深度约4.8m，深浅基坑间隔段拉森钢板桩长18m，深基坑（中桥承台位置）范围拉森钢板桩围护桩长24m，基坑最大开挖深度7.9m。围堰设置2道钢围檩，第一道围檩标高为+2.80m，第二道围檩标高为-0.50m。第一层对撑采用φ609mm×12mm钢支撑，其余钢围檩、角撑及对撑均采用2HM440mm×300mm型钢，基坑围堰设计如图7所示。

图7  围堰平剖面示意图

▍3  基坑围堰施工技术

3.1  围堰施工步骤

施工时先定位放样，打设整体大围堰的拉森钢板桩隔断河水，安装钢围檩及支撑，对基坑采取坑外高压旋喷加固措施，抽水后整体开挖至满足桩接柱施工标高（-1.0m），进行桩接柱结构施工，同步打设坑间18m长拉森钢板桩隔断并完成坑底压密注浆，再对承台基坑围堰进行开挖，形成高低坑，挖至中幅桥承台垫层底标高（-4.1m）后及时浇筑施工垫层，进行承台结构施工。承台施工完成通过验收后可进行土方回填，先回填土至第二道支撑下0.5m，拆除第二道支撑围檩，待围堰内墩台全部施工完成后继续回填土至原地面标高，拆除第一道支撑围檩并进行钢板桩拔除施工，钢板桩拔除后应对拉森钢板桩拔除处注浆加固。拉森钢板桩围堰施工流程如图8所示。

图8  拉森钢板桩围堰施工流程图

3.2  围堰施工关键技术

3.2.1  拉森钢板桩介绍

拉森钢板桩是通过一定工艺将钢板制成U形，两侧设有卡扣使得桩与桩之间可以紧密连接，根据新泾港桥施工需求选用PU400×170型号拉森钢板桩，该型号常见长度有9m、12m、15m、18m等长度，如图9所示。施工选用12m、18m的成品单桩，并用9m+15m型号对接焊接，达到24m桩长。以北幅一座围堰13.48m×9.48m为例，需12m单桩61根，18m单桩22根，9m+15m桩长51组。合计用桩185根总长2352m。

图9  拉森钢板桩示意图

3.2.2  拉森钢板桩打设

因施工围堰靠近现状新泾港桥及居民楼，施工采用LG6600F高频液压打桩机，降低对周边环境的影响。施工时，将拉森钢板桩送桩速度控制在2～5m/min，确保成桩质量。拉森钢板桩运至现场后需检查锁口，确保施工的钢板桩通过性正常。测量定位复核无误后方可打设钢板桩，先打设定位桩，间距每5m打设1根，定位桩施工完成后在两侧焊接导向横梁，确保定位桩的稳固。

随后进行整体围堰的拉森钢板桩打设，桩打入前将桩尖处的凹槽底口封闭，避免泥土挤入，锁口宜涂以黄油；结合现场施工条件从临河侧开始打设，逐步向岸边后退插打，先打设24m拉森钢板桩，再打设12m拉森钢板桩，施打时注意钢板的垂直度偏差应小于等于1/150，插入桩位的钢板桩需紧靠导梁，并在打设过程中使用全站仪测量校正，打设中一旦发现拉森钢板桩倾斜应纠偏，可上拔调整后再锤进，确保钢板桩在同一直线上且垂直度满足要求。每根钢板桩施打完毕后，即与横梁点焊固定，待全部插打完毕后再依次打至设计标高，拉森钢板桩合龙采用轴线法调整合龙，在龙口提前丈量实际宽度与偏差的角度，并相应调整钢板桩的施工轴线，将剩余的钢板桩按照调整后的轴线施打合拢，确保整个围堰的密封性；当基坑开挖至-1.0m时，可施打深浅坑间的18m拉森钢板桩。

3.2.3  围堰止水

拉森钢板桩围堰易发生渗漏水和基坑突涌，根据现场地质勘察资料可知基坑以下存在⑤1T层中的微承压水，为有效隔断微承压水，在深基坑围堰外围施工高压旋喷桩作为加强止水帷幕。为进一步控制微承压水，保护坑底土层稳定性，在深基坑内设置1口疏干降压井，降水井埋深超过⑤1T底标高，并对深基坑范围采取坑底压密注浆加固，加固范围为坑底以下2m，可有效保护基坑底部稳定性，如图10所示。

图10  基坑加固降水平面示意图

实际施工过程中部分拉森钢板桩之间接缝处亦发现部分点位渗漏，随即采用水泥、棉絮等材质对拉森钢板桩的锁口缝隙进行填充堵漏，为进一步保证拉森钢板桩插口止水效果，现场安排潜水员在每道拉森钢板桩插口位置外，贴定制专用止水带进行封堵，有效减少锁口处的渗漏水。

3.2.4  围堰围檩支撑体系

新泾港桥围堰钢围檩均采用2HM440mm×300mm型钢，第一道标高为+2.8m，标高为-0.5m，除第一道对撑采用φ609mm×12mm钢支撑外，其余水平内支撑均采用2HM440mm×300mm型钢。

安装前需准确测量围檩与支撑标高，当土方开挖至围檩标高以下0.5m时，安装围檩及支撑，先在拉森钢板桩上定位标高安装牛腿，牛腿下方土方采用人工开挖，开挖后焊接钢牛腿；随即将钢围檩吊运至牛腿临时支撑，围檩合拢段按实际丈量长度在现场加工改制，待钢围檩整体连接完成后再与钢板桩进行焊接，把牛腿、围檩、钢板桩满焊成一个整体。用细石混凝土填充拉森钢板桩与围檩间隙，确保支撑体系的受力稳定。

图11  围堰施工图

4  施工监测与分析

从围堰打设完成至基坑开挖，结构施工期间每日对基坑围堰进行跟踪监测，选取基坑围护测斜与地表沉降2个主要数据进行分析，拉森钢板桩围护测斜累计最大值9.69mm，地表沉降最大值累计8.01mm，均小于规范报警值，如表2所示。由此表明，施工期间围堰变形整体可控，拉森钢板桩围堰设计可靠有效。

表2  基坑施工监测数据表

▍5 结 语

新泾港桥重建需进行下部结构开挖施工，围堰选用过程中综合考虑桥梁道路与新泾港水面交通通行，通过比选采用拉森板桩围护体系，同时将承台与桩接柱施工合并考虑，完善围堰支护设计。目前新泾港桥已完成南侧2幅围堰施工，施工全过程围护位移累计值及变化速率均未达到报警值，基坑整体变形良好可控；证明拉森钢板桩围堰这一围护体系在在新泾港桥基坑施工中的可靠应用，为下阶段及相似工况条件的围堰施工提供有效的工程参考。