▍摘 要
摘要：道路升级改造工程或地铁隧道工程经常需要对线路上的既有桥梁进行拆除并且在原位复建，施工过程中钢围堰得到了广泛应用。基于此，以杭州地铁某项目桥梁拆复建工程为例，提出PC工法桩+拉森钢板桩的组合形式倒边分两幅进行围堰施工，确保工程的顺利进行。经验算，基于本项目中的施工工况和水文地质条件，PC工法桩+拉森钢板桩的组合形式能确保围护结构的稳定性、抗倾覆性和抗突涌性。工程实践证明，该围护方案能在临水环境下完成桥梁的拆复建施工，可为同类工程提供借鉴。
关键词：钢围堰；PC工法桩；桥梁拆复建；施工工艺
▍0 引 言
我国城市的高速发展带动基础建设不断创新，原有的交通道路等级或出行方式已远不能满足居民的生活需求。因此，越来越多的道路提升改造工程或城市地铁隧道工程被提上日程。上述工程施工时，需要对既有的桥梁进行拆除并在原位复建。鉴于钢围堰具有便于加工、材料可回收、形式多样、施工便捷、受力特性好等特点，其在桥梁建设中得到广泛应用。目前，我国学者主要研究了各种钢围堰形式在临水环境下的应用。钟祺等研究了钢板桩围堰、锁扣钢管桩围堰、双壁钢围堰施工工艺的优缺点；连延金等以三门峡公路铁路特大桥围堰为研究对象，介绍了双壁钢围堰在强冲刷条件下的结构设计和施工工艺；彭涛以湛江环城高速南三岛大桥为例，对双壁钢套箱的结构设计和施工关键技术进行了介绍。但现有工程中，关于PC工法桩钢围堰在临水深基坑工程中的研究较少。基于此，本文对杭州地铁某项目桥梁拆复建工程在临水环境下的围堰施工进行研究，该工程采用了拉森钢板桩+PC工法桩的组合形式，方便快捷地完成了钢围堰施工。
▍1 工程背景
本项目地铁区间下穿一桥梁，与现状既有桥梁桩基位置冲突，拟对现状桥梁半幅进行拆除。地铁下穿段采用明挖法施工。该桥梁为三跨简支梁桥。现状河道宽约30 m，由于现状桥梁基础与新建的地铁明挖区间发生冲突，因此对其半幅进行拆除，并在原桥址处新建桥梁以避开地铁线路并还原路面交通。
▍2 方案选择
本项目桥梁拆复建工程采用PC工法桩+拉森钢板桩形成两层钢围堰，外侧止水，内侧形成受力的围护结构，完成了对桥梁拆复建的倒边分幅施工，效果良好。
1）分幅施工南侧内容：外侧施打拉森钢板桩止水，内侧施打PC工法桩围护结构，形成双层组合钢围堰，清除围堰内淤泥，拆除旧桥梁，紧接着进行围堰内土方回填，施工明挖区间的地下连续墙围护结构，随后施工区间的主体结构，最后复建南侧的桥梁桩基、承台和立柱。
2）分幅施工北侧内容：河流倒边后施工桥梁北侧围堰，随后进行既有桥梁拆除、基坑开挖和区间主体工程，新建桥梁的下部结构。内容与南侧一致。
3）南北两侧的新建桥梁下部结构完成后，利用吊机架设预制梁板，完成新建桥梁上部结构和附属结构内容。
▍3 钢围堰的计算分析
本项目中外层的拉森钢板桩主要为止水作用，PC工法桩实际承受河流及水下的水土压力，因此采用理正软件对PC工法桩的围护体系进行计算。根据现场勘察资料和钢围堰设计资料，土层信息表、土体参数和土体水下计算参数详见表1～表3。
1）整体稳定性
整体稳定性计算采用瑞典条分法，应力状态为总应力法，条分法中的土体宽度取1 m。最后的结果显示，整体稳定性安全系数为Ks=3.431，圆弧半径R=12.894 m。图1为稳定性计算简图。
2）抗倾覆安全系数
抗倾覆安全系数按式（1）计算：
式（1）中：MP为被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩；Ma为主动土压力对桩底的倾覆弯矩。
经计算最小安全Ks=3.898≥1.200，满足规范要求。
3）抗隆起验算
坑底抗隆起按最下层支点为转动轴心的圆弧条分法计算，图2为抗隆起计算简图。计算结果如下：
安全系数Ks=3.132≥1.900，坑底抗隆起稳定性满足。
式（2）中：ci为土条黏聚力；li为土条弧长；qi为附加荷载标准值；bi为土条宽度；Gi为土条重力；θi为土条弧线中点切线与水平线夹角；ϕi为土条内摩擦角。
▍4 施工要点
4.1外层拉森钢板桩施工
拉森钢板桩施工时重要的一点是保证工后垂直度。首先，打设拉森钢板桩的定位桩，施工人员根据放样坐标打设起始端、中间部位、转角、末端的钢板桩，在上述桩上焊接牛腿，在牛腿上放置槽钢形成导梁，一般应设置两层，形成导向设备。插打时应注意防止出现偏差，应在导梁上做出标记，过程中测量人员随时关注垂直度，及时纠偏。
拉森钢板桩进场后需对进场材料进行验收，检查是否有变形、扭曲的情况，尤其要关注锁口部位的裂纹，禁止使用变形、扭曲严重的钢板桩。钢板桩锁口处为便于插入相邻片，应涂抹黄油，保证顺滑。如钢板桩有接长处理的，在施工时应间隔5片以上错开使用。实在无法错开，应将焊缝错开至少2 m以上。转角处的钢板桩由于锁口的角度变化，需要现场加工，将一片钢板桩竖向隔开，将其焊接在转角处另外一片钢板桩上。
钢板桩垂直度作为衡量施工质量的重要指标，应做到勤量测，常纠偏。插打时，以放置在牛腿上的导梁为标准检查各钢板桩的垂直度，整个过程中，起始阶段插一打一，每根桩均要到设计深度，直至剩余5根左右时，先依靠自重依次插入，无须打设，观察合龙情况。如果不能紧密合拢，采用手拉葫芦、滑车组等机械方法对拉完成合龙，紧密合拢后，再用液压振动锤依次将拉森钢板桩打到设计位置。
为保证插打质量，应做到插入时垂直、有偏差及时纠正、合龙段调整准确。起始阶段的定位钢板桩作为插打定位的基准，要严格控制其坐标和垂直度。测量人员采用双全站仪或经纬仪，从不同方向进行观测，每进尺1 m需测量一次。定位桩完成后，其余钢板桩打设根据导向装置定位，每片钢板桩以上片为基准，操作人员将其对好锁口后离开，钢板桩依靠自重下沉。当自重下沉不能满足设计深度时，使用液压振动锤加压复打，直至打设到设计深度。
4.2里层PC工法桩施工
1）插打
PC工法桩插打时，先定位好首根拉森钢板桩，其定位及垂直度标准同上文外层桩定位桩的要求。随后将圆管桩夹起到沉桩处，施工人员将圆管桩的锁口与已定位好的钢板桩的锁口咬合，人员离开沉桩位置，圆管桩依靠自身重力下沉，直至自行稳定。操作人员用液压振动锤的夹子夹住圆管桩，启动锤击功能，击打钢管桩到设计位置。在捶打过程中，同样要注意圆管桩的垂直度。如锁口圆管桩捶打后仍然无法达到设计要求，应采用辅助下沉的办法，如射水法进行辅助下沉。
2）纠偏
与外层拉森钢板桩类似，首根圆管桩的工后垂直度很重要，直接影响到其余的PC工法桩，甚至整个钢围堰的位置准确度和垂直度。因此，打设定位圆管桩时要放慢速度，施打过程中，到设计位置1/2处应暂停，测量其垂直度是否满足低于桩长的0.5%。如果不符合要求，应用振动锤拔出重新插打；如满足垂直度要求，则可以继续振动，直至设计深度。
除了定位桩的PC工法桩外，其余相互咬合的PC工法桩在阴阳锁口和导向架的约束下，基本能满足坐标和垂直度要求，不必一一检查，间隔15-20根进行垂直度校核即可，要求桩的垂直度控制在桩长的1%以内。
3）合龙
PC工法桩先施工端头和尾部两侧，最后在中间段完成合龙。PC工法桩合龙前，在剩余5根左右的桩时，应用全站仪测量剩余空隙的距离，计算所需要的圆管桩和钢板桩的根数，现场加工尺寸适宜的圆管桩进行打设。为了降低合龙困难，保证圆管桩与钢板桩合龙时阴阳锁口相互平行，应尽量用标准桩，避免合龙时采用异形尺寸的桩。如PC工法桩在合龙段距离10～15根时，为保证其垂直度，应用全站仪或经纬仪逐根检查打设质量。如出现部分桩倾斜的情况，将液压振动锤拔出，逐根纠偏，慢慢调整，直至完全合龙。
▍5 施工注意事项
1）PC工法桩中的圆管桩在围堰的转角处需要将阴阳接口做成90°的方位，并应检查此处的焊接质量。因为此处位于转角，受力集中，防止因角部拉开导致整体失稳。
2）因拉森钢板桩有凹凸面，不能完整贴合里层的PC工法桩，两层之间要填充渗透系数小的黏土，进一步防止漏水。在钢围堰端部位置应施作3根及以上同深度的高压旋喷桩止水。图3为拉森钢板桩+PC工法桩设计图。
3）拉森钢板桩+PC工法桩组合钢围堰施工完成后，在施作基坑开挖及主体结构时，应提前在钢围堰四周布设监测点，按照基坑的监测频率和预警报警值进行位移及沉降的监测，尤其是端部与角部位置。按照实际施工经验，在基坑开挖期间，位移发生报警时，要紧急安排液压打桩机及时调整复位。
▍6 结束语
综上所述，采用拉森钢板桩+PC工法桩组合的钢围堰形式，顺利完成了实例项目临水环境下的施工内容。本文通过计算分析了该形式的稳定性、抗倾覆性和抗突涌性，分析结果表明，该钢围堰能够满足本项目工况中的安全验算，该围堰形式在桥梁拆复建项目中得到了成功应用。
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