深水基础施工

水中基础施工工艺

水中基础有三种常用的施工方法，即：筑岛围堰、钢板桩围堰以及双壁钢围堰。下面逐一介绍：

一、筑岛围堰

一般来说，水深不大于2米，流速小于0.3m/s处的水中基础，适用土石筑岛围堰；水深不大于3米，流速小于1.5m/s处的水中基础，适用草袋筑岛围堰。

①土体围堰：水深较浅、流速比较缓慢，围堰底为不透水土层可用土堆筑成梯形截面的土堤，其迎水面的边坡不宜陡于1:2（竖横比，下同）,基坑侧边坡不宜陡于1:1.5。为防止迎水面边坡受冲刷，常用片石、草皮或草袋填土围护。

②草袋围堰：围堰堰体采用草袋、麻袋或编织袋装以松散的粘质土，装土量为袋容量的1/2-2/3,袋口用麻袋线或细铁丝缝合，堆码土袋时，上下左右互相错缝，并尽可能堆码整齐。

若水流较大时可采用有粘土心墙的围堰，流速较大时，外圈土袋可装小卵石或粗砂，以防被水冲走，必要时抛片石防护，或者外圈改用竹篓或荆条筐内装砂石。

在内外圈土袋堆码至一定高度或出水面后，即可填筑粘土心墙，粘土心墙的填筑采取顺坡填筑，不得直接倾倒在水中。

为防止渗水，围堰底部采用砼封底。如下图：

编织袋粘土芯墙围堰横断图

二、钢板桩围堰

水深4m 以上、流速较大且地质情况较好(如砂层、碎石土、风化岩、熟性土等地层)的水中基础适用钢板桩围堰。钢板桩可以打入土中或连到物件上，组成承载及防水结构。

钢板桩是带有锁口的一种型钢,其截面有直板形、U 形、槽形及Z 形等,有各种大小尺寸及联锁形式。其优点为：强度高，容易打入坚硬土层；围堰内有纵横向支撑，必要时加斜支撑成为一个围笼。能按需要组成各种外形的围堰，防水性能好，并可多次重复使用。如下图：

直线型钢板桩

其高度底，接近于直线，所以对于开挖一些沟渠，特别是在两个建筑物中间空间不大，而又必须开挖的时候，比较适用，第一，他可以形成一道稳固的钢板桩墙，从而保证向下顺利开挖，而不受两侧踏方，地下水的影响，另外，还有助于稳定地基，从而保障的两侧建筑物的稳定

钻孔桩

H

1:0.5

水位

1.5m

0.8m 1:0

.51:0.5

编织袋围堰

封底砼（50cm厚）

粘土芯墙1:0

.50.8m 0.8m 0.8m 0.8m 0.8m

1.5m

承台

U型钢板桩

又叫拉尔森式钢板桩，规格型号丰富，可根据工程实际情况，选取最经济、合理的截面，实现工程设计上的最优化，比同性能热轧钢板桩节省材料10-15%，极大的降低了施工成本，比较常用。

槽型钢板桩

槽桩是一种轻型槽板，采用简易的搭连接法，设计用于低强度要求的快速重复使用。

1. 适用于浅埋暗挖或类似的开挖作业.

2. 成本效益高并且使用简易.

Z型钢板桩

锁口对称分布在中和轴两侧特定的位置

> 较高的抗弯强度

> 截面厚度有利于沉桩

> 与其他钢板桩相比，Z系列宽度增加有效地节省了吊装和打桩时间

> 截面宽度增加，减少了每延米墙体的锁口数量，直接提高了板桩墙的止水性能

钢板桩的插打方法可分为远块(组)插打、先插合拢后打和开始的一部分远块插打，后一部分先插合拢后再打。钢板桩施工完毕，待水下混凝土封底达到强度要求后，抽水筑承台及墩身。以开始的一部分逐块插打，后一部分先插合拢后再打为例，其施工工艺流程如下：

组桩的嵌缝用油灰及棉絮嵌紧密，组桩拼接后，每隔4～5m加一道夹板，使其固定以便插打。组桩及单块桩两侧锁口均在插打前涂以黄油或热的混合油膏，以减少插打时的摩阻力，并增加防渗性能。

（1）打设定位桩

在钢板桩围堰的四周分别打设定位钢管桩，钢管桩采用振动锤施打，并设导向架。

（2）挂装导向框及内导梁

在定位桩上挂装导框和内导梁，导框和内导梁用型钢加工制作，以使插打钢板桩时起导向作用，并作为围堰的内部立体支撑，直接承受钢板桩传来的水、土压力。

钢板桩打桩立面图

钢板桩起吊

钢板桩就位中下插

打桩锤卡上钢板桩准备振打

振打中的小型桩锤

钢板桩插打部位状况

（3）插打合拢

插打作业步骤如下：

在钢板桩锁口内涂黄油。在桩顶系钢丝绳一根，滑车组一付。在桩的下端系缆绳二根。

安绑主副吊点钢丝绳。其中副吊点（下端吊点）用钢丝绳捆扎，并垫以木块，以防滑移和损坏锁口。

用汽车吊起吊。当提升到一定高度时，放松、解除副吊点，使钢板桩接近垂直状态，并利用缆绳控制正反方向。

钢板桩就位下插。第一组钢板桩沿导向架围檩下插，它是整个围堰钢板桩的基准，要反复挂线检查，使其方向、垂直位置准确。其余各桩组，则以已插桩组为准，对好锁口后，利用自重下插。当自重不能迫使其下插时，进行加压。钢板桩插打方法为：开始的一部分逐块插打，后一部分则先插合拢后再打，插打次序为从上游开始，在下游合拢，每边由一角插至另一角。

安设沉桩锤，并进行锤击或震动，使钢板桩下沉到预定高程位置。

将已插好的钢板桩，点焊固定于围檩上。按上述步骤逐组下插钢板桩，直至完成。

（4）抽水堵漏

锁口不密的漏水在抽水发现后以板条、棉絮等在板桩内侧嵌塞，或在漏缝外侧水中撒入大量炉渣与木屑或谷糠等随水夹至漏缝处自行堵塞，漏缝处较深时，也可用炉渣装袋，到水下适当深度逐渐倒出炉渣，堰脚漏水严重用水下砼封底防渗。

（5）钢板桩插打质量要求

已插下的钢板桩，其倾斜度小于5‰；插入桩位的钢板桩须紧靠围檩，如不能紧靠时，其间隙应小于20mm；每组钢板桩必须按编号插入正确的

桩位，每组偏差应小于±15mm。

钢板桩围堰

三、双壁钢围堰

水深较深（10m以上），水流较急，覆盖层厚的深水基础适用双壁钢围堰。钢套箱围堰按形状可分为矩形（圆端形）和圆形，其中每种围堰又有单壁、双壁以及单双壁组合式钢围堰。

圆形围堰，由于在水压力作用下，只产生环向轴力，可不设内支撑，因此能够提供足够的施工空间，另外，由于其截面可以导流，因此抗水流能力强，它适用于流速较大的深水河流的低桩承台的施工中。但是，由于承台尺寸一般为矩形，因此，其封底的截面积较大，封底混凝土的量较大。

矩形或圆端形围堰，可按承台的尺寸形状设计，减少了围堰钢壁的用钢量以及封底混凝土的用量。但是由于该围堰需加设内支撑，给后续工程的施工带来诸多不便。另外，其抗水流冲击能力和整体性较差，不宜在流速较大的河流中使用。

一般情况下，当水深大于15米（若采用矩形围堰，需加设多层内支撑，施工空间难以保证）或承台长宽比小于1.5时，采用圆形围堰较为合适。

单、双壁的构造主要是考虑钢围堰下沉的需要而设计，由于钢围堰重量轻，在围堰下沉较深的情况下仅靠自重难以下沉，需灌注配重混凝土，因此必须设置双壁结构；如果下沉较浅，借自重可以下沉，可设计为单壁结构；如在满足下沉需要的前提下，又要节省材料，可设计成单、双壁组合式结构。

以新南港大桥为例，进行说明。

（1）桥址区情况

新南港大桥跨越大樟溪，大樟溪河床全断面宽约640m，水深约1.5～13.0米，水流较急。下游为较强潮河口，潮型为正规半日潮，潮波近似驻波，一般每天两涨两落，涨潮历时5小时，落潮历时7小时15分，一个涨落潮周期为12小时50分。受闽江口涨落潮的影响，大樟溪水位日变化较大，勘察期水位变化为3.5m左右。

施工区处于径流和潮流的过渡段，既受径流的影响，又受潮流的影响。汛期洪水对桥址影响显著，非汛期则以潮汐性水流出现，汛期一般发生在4-9月，较大洪水多出现在5月至7月。

大樟溪河底淤泥覆盖层较厚。河面有通航要求。

（2）围堰选型

草袋围堰适用水深为3米及以下，大樟溪水位较深，且水流较急，明显不适合；

钢板桩围堰适合水深4m以上，其优点是施工简单、快捷、成本较低；缺点有三：其一，由于是组拼式结构，整体刚度较小，因此其抗水流及冲刷能力差，不宜于在流速较大的情况下使用；其二，由于其本身强度、刚度局限，在承台较深时，需设置强而密的支撑，对后续的承台及墩身施工干扰很大，因此，不宜于在水位较高的情况下使用；其三，因为要重复使用，不宜灌注封底混凝土，因此，在既要满足底部支撑力，又要满足较小渗流的情况下，对河床提出了较高的要求，适用于地质情况较好(如砂层、碎石土、风化岩、熟性土等地层)的水中基础。而大樟溪河底淤泥覆盖层较厚，且水位变化较大，对围堰的强度、刚度要求较高，故钢板桩围堰不适合；

钢围堰稳定性较好，适用水深更深，抗冲击能力强，有利于抗击潮水，而大樟溪河底覆盖层较厚，围堰入土较深，故选用双壁钢围堰进行施工。

（3）钻孔灌注桩

①临时工作平台

钻孔桩行施工必须先搭设临时工作平台，临时工作平台分为固定工作平台和浮动工作平台2种。

固定工作平台按构造形式分支架工作平台和围堰工作平台，支架工作平台分木桩工作平台、钢筋砼工作平台、钢管桩和型钢工作平台等；围堰工作平台包括钢套箱工作平台、钢板桩工作平台以及浮运薄壳沉井工作平台。

1）支架工作平台

在受潮水和台风影响的深水基础施工中，河床覆盖层较厚时，在水中墩、台位置，用振动或锤击方法沉入若干木桩、钢筋砼桩、型钢或钢管桩作为支架桩（钢管桩打入河床深度8-15米），将各支架桩连接起来，并在桩顶设置纵、横梁，铺上木板或薄钢板做成工作平台，工作平台一般高于水面0.5以上。

按工作平台的构造可分为型钢工作平台、桁架工作平台及型钢与桁架组合工作平台。常用的桁架有万能杠杆、贝雷梁、六四式军用桁架，可根据钻孔设备和已有设备情况选用，一般的，桁架和型钢组合平台应用较多。

贝雷梁

六四式军用梁

型钢

2）钢围堰工作平台

一般在河床覆盖层较厚、底桩承台的深水基础施工中，先进行钢围堰，待钢围堰下沉至岩面后,安放钢护筒钻孔桩平台、钢护筒导向架, 然后灌注水下封底混凝土, 再进行钻孔桩施工, 之后抽水施工承台和墩身。

围堰后的钻孔桩平台

围堰后的挖孔桩平台

3）浮运薄壳钢筋砼沉井工作平台

在河床基岩裸露，无法使用钢板桩及钢套箱围堰时，采用钢筋砼薄壳沉井。将几个桩孔围在沉井内，井顶设工作平台钻孔逐个钻孔，代替单个安设护筒的做法，沉井可重复利用，进行多个桥墩施工。沉井体积大，比较稳定，适合水流较急、河床无覆盖层的钻孔灌注桩施工，缺点是需用材料较多，技术比较复杂。

沉井工作平台

4）浮动工作平台

在风浪、水和流速较小的深水基础中，采用船体、六四式标准舟节、浮箱木排等浮体构成浮动工作平台，就位后锚定，插打钢护筒，在平台上安装钻机进行钻孔施工，浮体的大小根据水流大小、工作平台尺寸和载重的大小决定，浮动工作平台可充分利用制式器材，节省大量材料。

②工作平台选型

根据闽侯新南港大桥大樟溪河床底部覆盖层厚，水流较急，并受闽江涨落潮影响的特点，选用固定工作平台较适宜。

据上所述，固定工作平台分为支架工作平台和围堰工作平台（沉井围堰工作平台，体积大，适合水流较急、河床无覆盖层的钻孔灌注桩施工，其需用材料较多，技术复杂；闽侯新南港大桥仅有3个墩在深水中，河床地质情况也不适宜沉井围堰，故不选用薄壳钢筋混凝土沉井工作平台），即：方案一：先搭设水中临时工作平台，下放钢护筒施工钻孔桩，然后在工作平台上拼接钢围堰，施工承台；方案二：先进行钢围堰，待钢围堰下沉至岩面后,安放钢护筒钻孔桩平台、钢护筒导向架, 然后灌注水下封底混凝土, 再进行钻孔桩施工, 之后抽水施工承台和墩身。下面就上述两种方法进行对比：方案二钻孔平台搭设于钢围堰上，钻孔施工历时较长，钻孔平台高度不能太低，钢围堰高度增加；而方案一可选择洪水期钻孔，枯水期封底施工平台，围堰高度能适当降低，节约了围堰钢材，但增加了钢管桩的用钢量和钢护筒长度及厚度。

方案二在钢围堰下沉过程中需要定位船、导向船及浮吊等大型船机设备，且使用时间较长，还需购买锚碇系统；方案一只需使用打桩船，且使用期短，钢围堰下沉时利用钻孔桩平台钢护筒及钢管桩作位定位装置，不需要

使用定位船和导向船等大型设备，节省设备租赁费。

方案二钢护筒定位时不受水流影响，干扰因素小，可准确定位，入土深度浅，避免了方案一中打钢护筒易发生卷口的现象。

方案一封底混凝土时，考虑到封底混凝土与钢管桩及护筒的握裹力，封底混凝土厚度可以适当减小，减小混凝土用量。

方案二下沉时间较长，开钻时间短，但成桩后抽水清渣后即可进行承台施工；方案二开钻时间早，但成桩后需下钢围堰封底，再进行承台施工，两个方案在工期上差别不大。

根据闽侯新南港大桥桥址大樟溪汛期一般发生在4-9月，较大洪水多出现在5月至7月的情况。通过上述比较，相对而言，方案一即先搭设临时工作平台，再进行围堰施工承台的方法较为合适，其一是避免洪水期间施工围堰，从而增加钢材和封底砼的使用量；其二是节约了定位船、导向船及浮吊等大型设备的租赁费。

③钻孔桩平台施工工艺

1）钢管桩打设

在岸边设置测量控制点，利用全站仪和经纬仪对钢管桩定位，指挥打桩船大概就位，然后在打桩船的定位架中心设置1台反光棱镜，用岸上的全站仪对桩位中心进行放样，打桩船根据测量情况调整到位，然后立即固定桩船，钢管桩顺打桩船定位架慢慢落下，岸上全站仪和经纬仪采用前方交会法同时拨角测量，随着钢管桩的下沉观测其偏位情况和垂直度，若有异常立即报告打桩船，以便及时调整，待钢管桩插打到位后，用全站仪复核桩顶偏位情况，放出中心十字线，再依次搭设工作平台。

打桩船打插钢管桩

钢管桩逐排沉放，一排桩沉放完成后再移船至另一侧。

钢管桩沉放应注意：振动锤中心和桩中心轴应尽量保持在同一直线上；每一根桩的下沉应连续，不可中途停顿过久，以免土的摩阻力恢复，继续下沉困难。沉放过程加强观测，钢管桩偏位不得大于10厘米，垂直度不得低于0.1%。

2）搭建工作平台

各钢管桩在顺水流向适当位置开口，割平钢管桩头，按照长截短接的原则，将桩顶找平，电焊剪刀撑及各连接系，完成桩的横向连接，而后安装贝雷梁、型钢等支撑梁、铺设钢板，完成工作平台搭建。

3）下沉钢护筒

钢护筒（钢管桩雷同）在加工场分节加工完成后，运输至码头，通过平板船及驳船运送至主墩处。

驳船：运河、河流上运载客货的大型平底船，驳船本身无自航能力，需拖船或顶推船拖带的货船。其特点为设备简单、吃水浅、载货量大。驳船一般为非机动船，与拖船或顶推船组成驳船船队，可航行于狭窄水道和浅水航道，并可根据货物运输要求而随时编组，适合内河各港口之间的货物运输。少数增设了推进装置的驳船称为机动驳船。机动驳船具有一定的自航能力。

拖船：用于拖带其他船只或浮动建筑物的船舶。

在平台上进行测量，定出桩基的纵横轴线，准确定出导向架的四个角点位置，导向架内径比钢护筒外径大3cm。

钢护筒导向架

钢护筒的安放选择在平潮时期，利用浮吊吊起已拼好的第一节护筒，通过导向架内空下放着床，沉至平台顶1米处停止下沉，打销悬挂，将护筒接高后再松吊机下沉，如此反复直至桩尖落入河床。

浮吊

钢护筒沉放应注意：钢护筒沉放前派遣潜水队员将桩位处清理干净，不得有影响钢护筒下沉和钻孔施工的杂物如大块石、钢材等；钢护筒焊接接长时应保证护筒顺直，焊缝饱满；振动锤重心和护筒中心轴尽量保持在同一直线上；开动空气吸泥机同时须往钢护筒内加水，护筒内水位不能低于江面水

位；在护筒下沉过程中，当护筒沉入土中一定深度后，要及时撤除护筒导向架，以免影响护筒下沉；钢护筒沉放必须全过程测量，保证护筒偏位和倾斜度在容许范围内。

钢管桩施工平台