Construction Technology of Steel Sheet Pile Cofferdam in Shallow Water Area

Wu Kaifeng

（NO. Sixth Engineering Co., Ltd of CCCC First Highway Engineering Co., Ltd. Tianjin 300451）

Abstract: Steel sheet pile cofferdam is the most common construction method for pier and abutment construction in shallow water areas. This article introduces the construction process of steel sheet pile cofferdam in water based on practical engineering, and analyzes the possible problems and countermeasures during construction, to guide the subsequent construction of similar steel cofferdam projects in water.

Key words: Steel sheet piling cofferdam  Construction process  Problem Solving

1引言

围堰是指在涉水工程建设中，为建造永久性的工程设施，修建的临时性的围护结构。其作用是防止水和土进入建筑物的修建位置。桥梁基础修建的围堰结构形式和施工方法由于桥墩处的水文、地质、气象、航道等条件的不同而不同。目前，钢板桩围堰、双壁钢围堰、钢筋混凝土围堰、钢吊箱围堰、锁口钢管桩围堰等是桥梁深水基础修建中应用广泛的防水围堰形式。

钢板桩围堰与钢管桩围堰都适用于浅水基础，相比而言，钢板桩围堰具有工艺简单、强度高、优良的防水性能，安全、施工风险易于控制，而且可以根据设计需要组成不同外形的围堰，并且能够多次重复使用等优势成为目前浅水大跨度桥梁水中基础的主要施工技术。

2工程概况

跨独流减河特大桥跨越天津市独流减河。采用连续3联悬浇梁设计，全长1103m，最大跨度为150m，最大承台尺寸为18m×18m×4.5m，最大开挖深度为11.7m。

独流减河河道宽850m，河水水位在汛期7-8月最高达到3.6m（20年一遇高水位），在枯水期11月至第二年3月水位在2m左右，4-6月水位在2.5m左右，河道平均流速为0.63,m/s。河床下地层主要为淤泥质粉质黏土、粉质黏土、黏质粉土。

3围堰设计

以37#墩为例，由于承台基础在河床下埋设较大，综合考虑地质、水文等因素的影响，初步选定方案为Φ711钢管桩围堰和SP-IV拉森钢板桩围堰，根据工程实际情况对两种围堰形式进行对比分析，见表1。

表1钢管桩围堰与钢板桩围堰施工工艺

经过以上对比分析，本工程选用拉森钢板桩围堰进行施工。同时考虑到后期承台施工，若使用大块模板施工，在进行围堰设计时围堰边缘距离承台边缘距离应不小于2m，便于大块模板装拆。若受现场条件限制，不具备此条件的，在承台施工中要选用小块模板拼接施工。

图1：钢围堰立面图

图2：钢围堰平面图

4施工工艺

图3：钢围堰施工流程图

施工步骤：

(1)安装导向架，插打钢板桩至围堰合龙: .

(2)围堰内抽水至第一层围檩下1m，割护筒，安装第一层支撑;

(3)围堰内开挖泥土至第二层围檩下1m，割护筒，安装第二层支撑;

(4)围堰内开挖泥土至第三层围檩下1m，割护筒，安装第三层支撑:

(5)围堰内开挖泥土至基坑底，浇筑40cm封底混凝土及垫层:

(6)待垫层混凝土达到强度的80%后，凿除桩头，施工底层承台:

(7)承台施工完成后回填土并浇筑20cm冠梁，拆除第三层围檩、内支撑，进行第二层承台及墩身施工。

4.1 施工准备

拆除钻孔施工平台。对进场钢板桩进行检查，发现锁口破损严重的，或者桩身垂直度较差的钢板桩，禁止使用。合格的钢板桩在正式进行插打前，在钢板桩两侧锁口位置涂抹润滑油膏，降低插打时的摩擦阻力，提升防渗性能。

4.2 插打钢板桩

（1）导向架安装

在未割除的桩基钢护筒上焊接牛腿，然后精确放样出钢围檩位置，将拼装好的钢围檩放置于牛腿上，作为导向架施工平台。在钢围檩上焊接导向架，作为钢板桩插打的控制基准。

（2）钢板桩插打

钢板桩的插打方法分为逐根插打、屏风式插打、错列式插打。本工程采用逐根插打法施工。第一片钢板桩是整个围堰钢板桩的基准，应严格控制其垂直度，施工时首先在导向架上设置一个限位框架，大小比钢板桩每边放大1cm，插打时钢板桩背紧靠导向架，边插打边将吊钩缓慢下放。同时应当用测量仪器来观测互相垂直的两个方向。第一根钢板桩准确插打完成后，则再向两边对称插打其余钢板桩。

（3）钢板桩合龙

钢板桩围堰在合龙时，两侧锁口很难保证在一条直线上。在整个钢板桩施工插打过程中，开始时插一根打一根，即将每一根钢板桩打到设计位置；至剩下最后5片时，要先插后打，即先将钢板桩插至稳定高度，主要是利于钢板桩的调整，并且合龙处的两片桩应一高一低，便于插桩；若合龙有误，可用葫芦等小型工作配合，对拉使之合龙。合龙后，再逐根打到设计深度。若纠正无效，可使用特制的楔形桩进行合龙操作。

4.3安装钢围檩

钢围堰插打施工过程中，可提前进行牛腿、围檩及支撑的同步加工。首层钢围檩标高位于水面上，利用小船在桩基钢护筒上焊接牛腿，然后进行首层钢围檩安装，然后开挖到第二层围檩下50cm，工人进入到围堰内进行第二道围檩及内支撑的安装，依次直到所有围檩安装完成。

图4：首层钢围檩安装

4.4围堰抽水开挖

根据地质情况，选择干挖及高压射水抽泥的方式进行围堰的开挖，高压高压水枪及小挖机主要进行边角位置开挖。

图5：干挖法开挖围堰

图6：高压射水抽泥开挖围堰

4.5围堰基底处理

基坑开挖完成后，将钢板桩桩身及围檩冲洗干净，垫层浇筑前围堰四周设置导水槽，围堰四角设置集水井设置抽水设备。将承台底使用封底混凝土浇筑后，进行承台施工。

4.6 承台施工、基坑回填

进行承台施工，混凝土养生7天后，采用原状土进行回填，回填至承台下20cm，浇筑混凝土20cm混凝土冠梁，待混凝土冠梁达到设计强度的85%以上后逐步进行上层钢围檩拆除。

5、施工工效分析

TJ37#墩设3层钢围檩及内支撑，施工天数为48天。钻孔灌注桩施工平台拆除3天，钢板桩插打12天，3层钢围檩围檩及内支撑施工16天，抽水开挖11天，切割钢护筒6天。

6、施工问题及处理措施

6.1围堰漏水

围堰渗漏水的主要原因为钢板桩变形过大或钢板桩锁口质量较差，主要采取以下措施应对：

1）插打钢板桩前对钢板桩锁口进行检查，尽量使用成色较新的钢板桩，并对锁口位置涂刷润滑油膏混合物；、

2）抽水后发现锁口位置漏水，当漏水不严重时，使用围堰外侧使用堵漏材料进行封堵，配合比为沙子（50%）：膨润土（20%）：锯末（25%）：水泥（5%）。内侧可使用板条、棉絮、麻绒等在板内侧嵌塞。

6.2 围堰变形过大

围堰变形过大主要原因为地质与图纸设计不符，基坑开挖过程中存在超挖现象，主要采取的措施为：

1）围堰开挖时严格按照开挖方案进行施工，严禁超挖，现场使用铅锤线测量基底位置。每天对围堰变形情况进行监测，监测内容包括平面及竖向位移及轴力变化。

2）围堰发生严重变形时，进行加设围檩及内支撑，并加强对围堰的监测，若围堰发生渗漏及时进行封堵。

7、结语

本文结合工程实例，对钢板桩围堰施工技术进行了分析，开挖深度在5~11m，水下深度在14m及以下的围堰，使用钢板桩围堰支护，在施工质量、施工效率、施工安全及经济上具有优势，为同类型工程提供参考借鉴。

参考文献

[1] 张丽.桥梁水中钢围堰施工技术[J]，建筑工程技术与设计，2014.2月上.

[2] 张俊华.水中墩钢板桩围堰施工分析，工程技术研究[J]，2021年第5期.

[3] 吴柱.水中承台施工钢围堰方案设计及受力研究，江西建材[J]，2021年01月.