浅谈阳澄西湖隧道湖中段围堰施工技术

浅谈阳澄西湖隧道湖中段围堰施工技术

摘要：本文主要介绍了阳澄西湖隧道湖中段钢板（管）桩、围堰施工技术、通过实践证明该技术对今后类似工程施工有一定的借鉴意义与指导价值

关键词：刚板（管）围堰；阳澄西湖隧道；施工技术；要点 一、工程概况

1.1工程简介

本工程苏州市阳澄西湖隧道湖东段（K79+630～K80+800），全长1.17Km，隧道在K80+505～K80+800段下穿阳澄西湖，湖底标高多在-0.67m～-3.07m，隧道采用垂直支护+内支撑明挖法施工为此该工程湖中施工采用围堰临时挡水结构，围堰体和京沪高铁基本平行，围堰外侧填土坡脚处距离高铁位置为30～35m，北侧围堰体距离主体结构距离为3.5～22.5m。南侧围堰体距离主体结构一般在49m。 围堰平面布置参见图1：阳澄西湖围堰平面布置图。

图1：阳澄西湖围堰平面布置图

1.2工程地质

与本段围堰体地形和地质资料由江苏苏州地质工程勘察院提供的《苏州中环快速路北段（新塘街~新苏虞张）-阳澄西湖隧道围堰工程地质勘察报告》。按各土层的物理力学性质、沉积环境、成因类型，可分为7个工程地质层，现将涉及本围堰5个土层分述如下：

①3淤泥：灰色~杂色，流塑。含有机质，层中夹杂粘性土、碎石、生活垃圾等。

②2淤泥质粉质粘土：灰色，流塑，局部夹粉土，偶见灰黑色有机质条纹。压缩性高。

③1粘土：灰绿色~褐黄色，可塑~硬塑，含铁锰质结核，夹青灰色条纹。压缩性中等。

③2粘土：粉质粘土：灰黄色，可塑~软塑，粉粒含量较高，压缩性中等。

③3粉土：灰黄色~青灰色，稍密，饱和，压缩性中等~低。

④2粉砂夹粉土：灰色，饱和，中密~密实。以长石、石英为主要矿物，压缩性中等~低。

⑤1粉质粘土：灰色，软塑~流塑，夹薄层粉土，压缩性中等。

1.3阳澄西湖隧道围堰设计概况

阳澄西湖隧道K80+505～K80+800段采取围堰内垂直支护开挖形式，为分合流跨度变化段，采用明挖顺做法施工，湖中段北侧围堰长度约为327米，采用钢板桩围堰；南侧围堰长度287米，采用钢管桩围堰，具体示意如图2：阳澄西湖围堰标准断面图所示：

图2：阳澄西湖围堰标准断面图

1.3.1钢管桩围堰设计

南侧围堰钢管桩设计为：围堰宽为6m，围堰顶高程为2.85m，坡顶采用200厚碎石，同时设置500高的挡水土袋，外坡比为1：5水下土坡，内侧坡面为袋装土坡，坡比为1:2.5。当湖底高程-3.40≤H＜-1.70时采用12mΦ273×8mm钢管桩@0.6m，湖底高程H≥-1.70时采用9m Φ219×8mm钢管桩@0.7m，围堰顶部设Φ28拉筋，钢围檩采用25b槽钢。围堰内采用土袋、土工膜、竹笆、填土进行填筑施工。

钢管桩围堰断面图，见图3及图4所示。

1.3.2钢板桩围堰设计

北侧围堰采用钢板桩围堰，采用拉森IV型钢板桩（截面宽度400mm），钢板桩长度为15m，围堰宽度为8m，围堰顶高程为2.85m，坡顶采用200厚碎石，同时设置500高的挡水土袋，外坡比为1：5水下土坡，内侧坡面为袋装土坡，坡比为1:2，围堰顶部设Φ*******拉筋，钢围檩采用25b槽钢。围堰内采用反滤土工布、填土进行填筑施工。

钢板桩围堰断面图，见图5所示。

图5 15m钢板桩围堰断面图

二.围堰施工方案及技术措施

本工程围堰施工预采用一条300吨挖泥船用于前期清淤（在为确保堰体填筑密实，防止河床底淤泥渗水，打桩前将堰体范围内一定厚度的淤泥进行清除），后期取土、粘土回填，2条500吨平台船（带双钩起吊机）用于钢板桩、钢管桩插打施工。在内外两侧同时施工。施工顺序由南北围堰靠近岸边处为起点，向湖内施工。由一台平台船完成剩余钢管桩施工。钢管桩插打选用45kw振动锤。围堰范围清淤、填土采用300吨挖泥船施工。靠近岸边水位较浅，施工平台船无法到达可以挖泥船适当挖深后再进行施工，或在岸边由pc200挖机吊装振动锤插打钢板或钢管桩。本工程钢板桩及钢管桩围堰施工顺序及施工步骤详见图6及图7。

图6 钢板桩、钢管桩插打顺序示意图

7围堰施工主要步骤示意图

2.1钢管桩施工

（1）钢管桩打设采用长臂挖机配以自动震动锤辅以大型船只进行施工。

（2）平整场地

施工前对施工场地进行平整，在吊车位进行硬化平整处理，便于吊车工作；钢管桩位进行平整便于钢管桩位的放样和插打。

（3）打设钢管桩：插打钢管桩是整个基坑围堰施工的关键工序，以下主要叙述钢管桩的插打施工。

（4）第一根钢管桩插打

确定围堰整体布置，先进行辅助导向桩的插打施工。先根据第一根钢管桩的位置对辅助导向桩进行放样，然后用履带长臂打桩机电动振动桩锤，通过电动振动桩锤的夹具起吊辅助导向桩，按放样位置将两根辅助导向桩打入地下。辅助导向桩插打完成后设置导向架，导向架用型钢焊制而成，高度2m。最后用履带吊

吊起电动振动桩锤，通过电动振动桩锤的夹具起吊第一根钢管桩，插入导向架，启动电动振动桩锤，将其打入地下，顶面标高控制在+2.5m，完成第一根钢管桩的插打施工，具体见图8 “第一根钢管桩插打施工图”。

图8 第一根钢管桩插打施工图

（5）拆除导向架，拔除辅助导向桩。

（6）第二根钢管桩插打

放样后重新插打辅助导向桩，设置横向导向横梁，采用与第一根钢管桩同样的起吊方式吊起第二根钢管桩，在导向横梁上焊接临时导向卡，启动电动振动桩锤，将其打入地下，顶面标高控制在+2.5m，完成第二根钢管桩的插打施工。

（7）第二根钢管桩施工完毕后，解除临时导向卡，按第二根桩的施工方法进行其余钢管桩的插打施工，直至全部钢管桩插打完毕。施工过程中要注意角桩的情况。

（7）其余钢管桩插打施工

施打时先将钢管桩逐根施打到稳定深度，然后依次打到设计深度，并由上游分两头向下游合龙，注意检查桩身的垂直度。

钢管桩打完后，横向之间先用槽钢连接起来，形成一个整体，然后依次用竹栅、土工布，回填土施工，依次推进，最后用横向槽钢将两根双排方向的钢管连接。

2.2钢板桩施工

北侧围堰钢板桩施工时，可先由挖泥船将围堰范围内表层淤泥清理后再进行施工。钢板桩施工流程见图9。

（1）水上沉桩导向架设置

为保证钢板桩沉桩按图纸设计走向，施工时需设置导向架。

导向架由导桩支撑。沉桩前先打设导桩，在导桩上焊接导向架控制钢板桩走向。水上施工时，导向架兼作脚手架工人操作平台。

在钢板桩的内外侧分别打2根钢管桩导桩。导桩间距直线段一般控制15m左右，圆弧段控制在6m左右。待沉钢板桩可用作直线段导架，刚度良好；圆弧段导架由型钢制作。导架由起重船安装。

图9 水上钢板桩施工工艺流程图

水上沉桩的导向架设置见图10所示。

图10 水上打钢板桩导架布置

（2）插打第一片钢板桩

为了确保插打位置准确，第一片钢板桩是插打的关键。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，然后进行插打，并且在插打时钢板桩背紧靠导向架，边插打边将浮吊吊钩缓慢下放。这时应在互相垂直的两个方向用经纬仪观测，以确保钢板桩插正、插直，然后以第一根钢板桩为基准，再向两边对称插打钢板桩。在整个钢板桩围堰施打过程中，开始时可插一根打一根，即将每一片钢板桩打到设计位置，到剩下最后20片时，要先插后打，方便对接调整。若对接有误，用倒链或滑车组对拉使之对接，对接后，再逐根打到设计深度。

（3）钢板桩的插打作业步骤和技术要点

导架架设好后，起重船就位施打钢板桩。使用的起重船都具有双钩，沉桩过程中一直由起重船大钩吊振动锤，打桩时步骤如下：

①由小钩吊起钢板桩；

②在桩处于吊起状态时，由人工把该桩与前桩锁口相套；

③放松小钩，使钢板桩从导架中下落，在入泥前用限位器将钢板桩限位；

④彻底放松小钩使钢板桩入泥，导架和限位器的作用使钢板桩稳定；

⑤起重船大钩吊振动锤夹住钢板桩，开动振动锤沉桩至设计标高。

施工采取起重船双钩分别作业，对于淤泥层较厚的区域要适当加大桩长，确保穿过粉质淤泥粘土层且进入粘土层不小于2m。

2.3堰体外部围檩及内部填土施工

围堰桩施工完成后，由人工在钢板(钢管)桩外侧进行围檩、拉杆施工，内侧依次进行竹笆、土工布等施工（见图11），施工完成后在围堰内侧堆码土袋，最后在土袋之间填粘性土并夯实，减小渗漏。在堰体内侧堆砌袋装土，堰体外侧按放坡置土。围堰内填土采用隧道明挖范围内的土方，其余部分采用湖中取土回填。

图11 竹笆安装施工图

（1）取土采用抓斗式挖泥船，取土前清除表面淤泥，最大取土深度不大于4米。取土范围避开围堰范围坡脚及高铁范围一百米，防止对高铁行车安全造成影响。且采用湖底中挖取的③1层和③2层粘土，并用采用开底式驳船运卸堆筑。回填粘土采用机械振密。陆上部分由运土车运沙至现场后回填，水上部分由运土船运至现场回填。

（2）填土施工顺序

在桩内布设土工布，并用袋装土压底，利用大型船及挖机将土方填入围堰体中。填土高度应高出水面即可，防止过高土坡的重力对钢板桩（钢管桩）产生较大的侧压力。

（3）回填步骤

堤芯填土分为两阶段回填：

第一阶段：在沉桩结束后布设完土工布将填土填至水面高度，围堰内外侧护坡和堰内填土同时施工；

第二阶段在围堰内外侧护坡完成后填至设计标高。

（4）堤身土方的质量控制

a 回填土方施工时分层施工，注意层厚与段长，并处理好各段间的连接。

b 土工布应严格控制质量，注意保管。

c 不得受阳光暴晒，不得有破损，如有破损应在其上另覆一块土工布，满足

搭接一度的要求，土工布摊铺完成后立即覆盖碎石反滤材料。

d 在回土时应该必须对排桩的拉结进行监测，防止在回土时，造成板桩的变形。

2.4围堰水下护坡及坡脚排水沟

围堰的护坡主要分为堤外的水下护坡和堤内的袋装土堆土压坡。

（1）堤外水下护坡：坡比为1:5，平台宽度为2.50m，利用挖泥船就近挖土回填在围堰体外，填土高度至坡顶。

（2）堤内袋装土堆坡：坡比为1:2，平台宽度为3.50m，利用人工将袋装土压在堤内侧，填土高度至坡顶0.50m（绝对标高）。围堰内抽水的同时加宽堤内护坡的宽度达到设计标高。

（3）围堰背水侧坡脚以外设置排水沟，以作渗漏水或地表水集中排出明沟位置距离坡脚或坡脚反滤保护外边2米。

2.5堰体内抽排水

在抽水过程中，严格控制抽水速度，加强对围堰观测，防止“管涌”、“流土”发生。

2.6堰体维护

基坑施工期间，要加强观测，巡堤查险，进行堤身的维护。准备必要的防汛物资（土料、砂石料、土工布等），确保围堰的安全，必要时采取培土措施，使围堰保持设计标高。

2.7堰体监测

围堰监测项目：（1）堤身变形；（2）湖区水位；（3）堤基水位；（4）表面观测：裂缝、滑坡、坍塌、隆起、渗透变形及坡面侵蚀破坏等。

2.8堰体拆除

（1）围堰开口方法：

堰体内挖土至湖底，暂不拆除围檩和拉杆，只割除妨碍开口位置的拉杆。在选好开口的位置，内外排钢板割至水面下1.5m，宽度按两根钢板桩宽度考虑。

（2）拉杆和围檩拆除

拔桩时要保持钢板桩不倾覆，因此围檩和拉杆的拆除应和拔桩的节奏保持一致，根据实际拔桩的工效，提前拆除相应数量的围檩和拉杆。

由于堰体内填土已经冲走，拉杆呈悬空状态，所以采用旋转式起重船配合。割拉杆时，起重船吊住拉杆，两组电焊工用施工脚排分别沿钢板桩内侧割拉杆两端，然后吊起拉杆，卸在起重船边上的方驳上。

拉杆割剩下的两个端头、垫板和螺丝在割拉杆前用8号铅丝捆在围檩上，等割除围檩后，一并吊走。

（3）围堰拔桩

钢板桩拔除采用起重船配振动锤拔桩，吊拔桩按间隔拔桩的顺序进行。

a起重船吊拔桩

首先采用500t起重船吊拔桩，吊拔桩要克服钢板桩自重、两侧钢板桩锁口摩擦力和入土段的土摩擦力。

b吊拔桩桩顶加强

吊拔时采用开孔穿销钉的方式连接，需要对吊孔加强处理。钢板的尺寸为：400（宽）×1000（高）×20（厚）。

c起重船振动锤拔桩

振动锤拔桩是将间隔吊拔桩剩下的钢板桩用振动锤振动拔除，此时钢板桩不受两侧锁口限制，只需克服钢板桩自重和土摩擦力。采用20t，起重高度超过15m，起重船配备45kW 振动锤进行拔桩。配备2艘平台船从中间两围堰两端推进。

（4）围堰钢板桩水下割桩

内排钢板桩由于变形较大，且贴着钢板桩内侧有加固体，所以会出现用上述工艺无法拔除情况，改之用水下切割工艺。首先挖泥至设计标高，潜水员在水下把钢板桩割断，随后用起重船装运。

（5）水上挖泥

钢板桩拔除并形成挖泥船工作面后，要将围堰外侧护坡棱体和围堰内侧经松动爆破后的加固体拆除，采用300吨6m3抓斗式挖泥船进行水上挖泥。挖泥船配备1艘泥驳，装运水上挖出土方回填至取土处。恢复湖底原状。

挖泥过程中对泥面标高和前沿位置进行测量控制，防止超挖、欠挖和挖斗损伤结构顶板。必要时安排潜水员下水进行人工配合清理。

三、结束语

本工程阳澄西湖围堰于2013年7月完成施工，截止2014年5月底，阳澄西湖隧道湖中东段基坑结构施工已经封顶，通过对本围堰长达10个月的监测、检验的实践证明，本围堰体达到了不渗不漏，未发生一起突水、涌砂现象，堰体质量达到了预期效果，为基坑施工安全提供了可靠的安全保障。通过对本工程钢板桩、钢管桩围堰的施工技术、工艺及围堰体回填施工的介绍，为以后湖中钢板(管)桩围堰施工提供了借鉴。