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摘要：随着国内交通基础设施建设技术的不断提高，桥梁深水基础工程施工技术不断创新，传统深水基础施工主要采用双壁钢围堰、锁扣钢管桩围堰、钢板桩围堰。钢板桩围堰具有施工速度快、主要构件可重复使用、工程成本低等特点。为充分发挥钢板桩围堰的优势，扩大钢板桩围堰的使用范围，本文主要研究水深达11m、基坑深度达15.5m的深水基础钢板桩围堰变形控制，以提高钢板桩围堰的安全可靠性、适用性。
关键词：深水基础；钢板桩；围堰；变形控制；研究
一、工程案例
本篇文章就某项铁路工程建设为实例进行研究，该项目为一座横跨浙江境内主要河流的大型铁路桥梁工程，线路全长2835m，深水基础最大水深11m，基坑最大深度15.5m，开挖深度4.5m，深水基础结构尺寸7.2×21.4×3m，封底混凝土厚度1.5m，地质条件以粉质黏土、淤泥、粉砂为主。按照本项目建设条件，一般均采用双壁钢围堰、锁扣钢管桩围堰，因其整体刚度较大。本项目采用钢板桩围堰施工，围堰整体刚度相对较小，因此如何有效控制围堰变形成为项目施工的关键控制点。
二、钢板桩围堰设计方案研究
（1）主要材料选择
国内项目常用钢板桩主要为拉森IV型和拉森IVw型两种，拉森Ⅳ型钢板桩单根宽度为400mm，高度为170mm，截面惯性矩38600cm4，拉森IVw型钢板桩单根宽度为600mm，高度为210mm，截面惯性矩56700cm4，拉森Ⅳ型钢板桩每米惯性矩只有拉森IVw型的68%，因此选用材质为SY295的拉森IVw型钢板桩。
（2）结构形式选择
结构形式选择结合施工条件、结构安全及常规施工经验，通过maids civil结构力学分析软件进行建模分析，钢板桩桩长取31m，插入比不大于1.1；设置四道内支撑，间距为4.0m+4.5m+3.5m+2.5m（从桩顶开始计算），内支撑采用角撑加对撑结构形式，内支撑材料主要选用Q235 双榀H600×300型和Q235 双榀H700×300型，钢板桩变形能够满足设计规范要求。
（3）内支撑受力体系转换设计
为有效控制钢板桩变形量，每道内支撑拆除前进行内支撑受力体系转换设计，通过临时支撑、转换支撑降低钢板桩变形量。第四道内支撑位于承台结构范围内，承台施工前需拆除，因此需进行第一次内支撑受力体系转换，封底混凝土达到一定强度后具备支撑条件；第三道内支撑拆除前，为减少钢板桩围堰变形需进行第二次结构体系转换，承台施工完成后，通过在承台与钢板桩之间设置临时支撑梁进行支撑；第二道内支撑拆除前，需进行第三次结构体系转换，通过围堰内注水减少围堰内外水头压力差实现转换。通过以上内支撑受力体系转换设计，运用maids civil结构力学分析软件模拟各工况钢板桩围堰受力状态并进行力学分析，各工况钢板桩变形均能够满足设计规范要求。
三、钢板桩围堰施工方案研究
（1）钢板桩插打
通过设置钢板桩插打导向装置，有效降低钢板桩围堰空间结构尺寸偏差，便于钢板桩合拢、内支撑安装。
首根钢板桩插打严格控制插打精度，后续插打每三根复核调整一次钢板桩位置，并及时与导向架焊接固定。遇到角桩或合拢口不是钢板桩标准宽度时，采用异形桩施工。
（2）内支撑安装
为尽量避免内支撑水下施工，内支撑采用水上原位焊接组拼，整体水下下放，局部缝隙水下抄垫的施工工艺。利用已插打完成的钢板桩围堰作为支撑点，在钢板桩凹槽内焊接可活动式支撑牛腿，为内支撑组拼提供支撑。内支撑各单元构建在后场加工成型后运输到现场进行组拼。
内支撑整体下放主要通过内支撑下放承重梁、下放受力转换系统、内支撑悬吊系统实现。两根承重梁分别设置在已施工的钻孔桩永久钢护筒上，在两根承重梁上分别安装两个受力转换系统，内支撑悬吊系统连接内支撑与受力转换系统。液压系统顶升，使内支撑悬吊在下放承重梁上，合拢活动式牛腿，收缩液压系统，内支撑下放；上调上承重螺栓，液压系统顶升，上调下承重螺栓，液压系统收缩，内支撑下放；反复操作至内支撑下放到位；焊接预先设置的内支撑悬吊吊杆与钢板桩围堰连接，完成内支撑下放；下放过程中应控制四个受力转换系统同步进行，高差控制在5cm以内。
为确保内支撑顺利下放，内支撑加工尺寸应比原设计尺寸每条边小10cm，因此内支撑与钢板桩围堰之间存在一定缝隙。内支撑下放到位后，潜水员水下测量内支撑与钢板桩之间的每个空隙，与提前标识在钢板桩上的编号对应，按照测量数据制作型钢超垫块，并与钢板桩上的编号对应，潜水员水下完成所有缝隙抄垫，确保钢板桩围堰与内支撑之间无缝隙。
（3）抽水、吸泥、封底
钢板桩围堰内抽水至基地；钢板桩围堰内吸泥开挖，达到设计基地标高；浇筑封底混凝土。从围堰开始抽水，钢板桩围堰各结构构件开始受力，到吸泥开挖至基地设计标高后，围堰各结构构件受力最大；通过提前安装在围堰上的测斜孔观测，在整个施工过程中，钢板桩围堰整体变形连续、均匀、可控，围堰变形与设计计算值基本吻合，围堰结构整体安全可靠。
（4）受力体系转换
承台施工前，拆除第四道内支撑，钢板桩围堰由三道内支撑与封底混凝土支撑，第三道内支撑距封底混凝土顶面3.5m，完成第一次受力体系转换；承台、墩身施工完成后，施工承台与钢板桩围堰之间的临时支撑梁，拆除第三道内支撑，第二道内支撑距临时支撑梁4.0m，完成第二次受力体系转换；开通提前设置在钢板桩上的联通装置，钢板桩围堰内注水至第二道内支撑下0.5m，拆除第二道内支撑，完成第三次受力体系转换；继续注水至第一道内支撑下0.5m，拆除第一道内支撑，打开联通装置，拔出钢板桩，完成钢板桩围堰拆除。通过测斜孔观测，在各受力体系转换工况中，钢板桩围堰整体变形均与设计计算值基本吻合。
总结
根据以上论述，通过对钢板桩围堰设计方案、施工方案的研究，在施工过程中严格控制各阶段施工质量，特别是钢板桩插打控制、内支撑缝隙抄垫控制、受力体系转换控制，能够有效控制钢板桩围堰变形量，提高钢板桩围堰的安全可靠性，提高钢板桩围堰的适用范围。结合钢板桩围堰水下吸泥、封底施工工艺，进一步优化内支撑结构形式，可以进一步研究开挖深度达到17m的深水基础钢板桩围堰施工技术，进一步扩大钢板桩适用范围，更好的发挥钢板桩围堰施工速度快、建设成本低等优势。
参考文献：
[1]夏颂军. 深厚软弱地质条件下钢板桩围堰设计[J]. 世界桥梁，2016（6）
[2]汤劲松，熊保林. 深水基础大规模超长钢板桩围堰施工过程安全性分析[J]. 中国铁道科学，2013，（3）.