深基坑的钢板桩围堰及施工方法

深基坑的钢板桩围堰及施工方法2常州市金坛区水务局江苏常州 213200
一、背景技术
围堰是指在桥梁、港口及水利工程建设中，为建造永久性设施，在基坑周围
修建的临时性挡水结构，其作用主要是防止水和土进入建筑物修建位置，以便在
围堰内进行排水、排土的施工，使基坑开挖、建筑物修建在干涸的条件下进行。

围堰的种类有很多种，目前常用的围堰包括土石围堰、木质围堰、钢板桩围堰、钢管桩围堰以及钢板桩和钢管桩的组合型围堰，在大型的施工中，常用的围
堰为钢板桩围堰、钢管桩围堰以及钢板桩和钢管桩的组合型围堰，其根据施工的
规模、施工的地质环境等选择对应的围堰。

一般钢板桩具有高强、轻质、隔水性好、使用寿命长、安全性高、对空间要求低、环保效果显著等众多的优点，再加
上施工简单、工期短、可重复使用、建设费用低，其施工工艺比钢管桩及组合型
围堰均简单很多，因此钢板桩的用途相当广泛。

但是钢板桩受插打深度的限制，
在目前，钢板桩最深的插打深度不超过10米，否则会出现变形的问题，继而影
响围堰的隔离效果。

因此在相关技术中，规模比较大且深度比较深的围堰往往采用钢管桩围堰，
其的插打深度比钢板桩大，且不易变形，能适用硬质土层。

但是，钢管桩围堰整
体的施工难度很大，在插打过程中的挤土效应大，整体施工工期长，施工成本高。

图1为深基坑的钢板桩围堰的俯视图。

图中：1-围堰主体，2-钢板桩，3-导向结构，30-导向
工字钢，31-限位钢筋条。

二、具体实施方式
参见图1所示，本钢板桩围堰施工方法的步骤包括：首先获取施工场地的地质信息，并确定施工区域，随后在施工区域内设置导向结构3，在导向结构3的导向下依次插打钢板桩2，并在插打的过程中根据获取的地质信息选择水刀或气刀交替引孔，以辅助钢板桩2插打至预设深度，然后完成钢板桩2的合龙，对基坑进行挖掘，并在挖掘的过程从上至下设置多个内支撑结构，最后沿钢板桩2的外侧壁朝基坑底部注入封底混凝土，完成基坑的封底。

钢板桩围堰施工方法通过水刀和气刀的联合采用，根据施工场地具体的地质情况，在水刀和气刀的联合辅助下，使得钢板桩2可以实现插打更深的深度，克服了在插打过程中随着深度越深可能出现变形的问题，使得在插打过程中不会变形，保证了围堰的基础性能；另外，相比采用其他的围堰形式，本钢板桩围堰施工方法在整个施工过程中大大减少了取土量和混凝土的使用，且隔水效果比钢管桩突出，由于钢板桩2相对质量较轻，也减小了施工吊装的难度，降低了施工难度；最后利用钢板桩2自身做为母桩以供引孔及注浆，避免了单独插打母桩在后期拔出的过程中可能造成土层松散，影响钢板桩2的插打以及围堰基础性能的问题。

进一步的，在施工区域的预设位置设置导向结构3，其步骤主要包括：
在施工区域内依次确定钢板桩2的插打点位；
分别在确定的一圈插打点位的内侧和外侧沿插打点的排列轨迹依次插打多根钢管桩，插打完毕后在位于内侧和外侧的钢管桩的顶部分别设置导向工字钢30；
在位于内侧和外侧的导向工字钢30上滑设多个间隔设置的限位钢筋条31。

进一步的，在导向结构3的导向下依次插打钢板桩2，其步骤还包括：
调节其中一限位钢筋条31至对应的插打点位的一侧；
插打钢板桩2，在插打的过程中分别利用位于内侧和外侧的导向工字钢30共同辅助校正钢板桩2沿内侧至外侧这一方向上的位置，还利用限位钢筋条31辅助校正钢板桩2沿左右方向的位置。

具体的，在施工区域内确定各个插打点位，将各个插打点位标明后并经过复核无误后加以有效保护，随后分别在确定的一圈插打点位的内侧和外侧沿插打点的排列轨迹依次插打多根钢管桩，利用插打的钢管桩进行初步的定位，位于内侧和外侧的钢管桩的走向均与围堰的形状对应，即均构成方形结构，在位于内侧和外侧的每一边的钢管桩上均设置导向工字钢30，导向工字钢30设置完毕后，在内外侧的同侧的导向工字钢30上架设可以沿导向工字钢长度方向滑动的限位钢筋条31，在开始插打钢板桩2时，利用位于内侧和外侧的导向工字钢30的想面侧面的侧壁共同辅助校正钢板桩2沿内侧至外侧这一方向上的位置，即作为一个基准，避免钢板桩2在插打的过程中向外侧或内侧的方向偏移，同理的，限位钢筋条31用于辅助校正钢板桩2沿左右方向的位置，避免钢板桩2在插打的过程中朝左右方向偏移。

导向工字钢30和限位钢筋条31在打桩时作为导向位置及高程控制标志，可以保证打出的同侧的钢板桩2在一条直线上。

进一步的，在插打的过程中根据获取的地质信息选择水刀或气刀交替引孔，以辅助钢板桩2插打至预设深度，其步骤包括：
确定当前插打深度的地质信息，若当前插打深度的地质信息为硬塑黏土或砂砾土，则采用水刀进行引孔，若当前插打深度的地质信息为泥质粉砂岩或强风化岩，则采用气刀进行引孔；
在插打的过程中根据地质信息选择水刀或气刀交替引孔，直至钢板桩2插打至预设深度。

进一步的，在插打钢板桩2前还包括：
在钢板桩2的腹板内壁沿其长度方向设置竖直设置的引孔管，并在引孔管的底端设置至少两个朝下方设置的引孔喷嘴；
在钢板桩2的腹板外壁沿其长度方向设置竖直设置的注浆管。

由于有些施工场地地质比较复杂，因此根据不同深度时对应的具体的地质信息，选择性的选择利用气刀或水刀进行引孔，具体的，若因底层硬塑黏土、砂砾
土环境，导致插打不到位时，则采用高压射水辅助的方式配合钢板桩2插打，通
过喷射高压水流，对钢板桩2空腔内的土层进行冲击，使周围土质受到扰动后液化，减少钢板桩2打入土层时受到的阻力，进而减少插打过程中钢板桩2扭曲、
受损的可能，降低施工成本，加快施工进度，保证了施工质量；若底层地质环境
变为泥质粉砂岩、强风化岩等强度更高的土质，此时再利用水刀也难以进行引孔，因此将水刀换成气刀，采用高压气冲辅助的方式配合钢板桩2的插打，高压气体
在钢板桩2的桩头处会形成一个无水状态的空气区，隔离水后高压气体直接对岩
层造成破坏，并在水浮力的影响下将气体上浮，整个引孔过程中对其地质再次进
行液化，此高压气体水中引孔工艺对地质破坏更直接，扰动土体更高效，能显著
增大钢板桩2入土的深度，保证钢板桩2插打更深的深度。

具体的，相比相关技术中采用单独的母桩作为引孔钢板，本钢板桩围堰施工
方法中直接将需要插打的钢板桩2作为引孔母桩，因此需要插打的钢板桩2既是
围堰的结构组成部分，也是用于设置引孔管和注浆管的母桩，作为围堰的结构组
成部分，在完成引孔后，不需要再从土层中拔出，缩减施工工艺的同时，也避免
了在拔出的过程破坏土层结构，影响后续钢板桩2的插打。

具体的，沿着钢板桩2的腹板内壁沿其长度方向设置竖直设置的引孔管，该
引孔管在采用水刀和气刀时通用，利用固定卡扣将引孔管沿钢板桩2的长度方向
固定，在距离钢板桩2的底部约20cm处，在引孔管的底端焊接两个喷嘴，喷口
呈尖形，且嘴口直径大小约为1cm，将引孔管的顶端与高压水泵或高压气泵连通。

在采用水刀时，先用振动锤把钢板桩2打入土层1～2m，然后再打开高压水泵，
高压水泵压力控制在5～10Mpa，喷嘴终端压力保持在300～500Mpa以上，具体可
根据现场实际情况进行测试或调整，进行施工射水辅助钢板桩2下沉，直到打至
设计标高，并在设计高程停放5～10s。

在采用气刀时，连通高压气泵，打开高压
气泵后，气泵压力控制在3～15Mpa，喷嘴终端压力保持在300～500Mpa以上，具
体可根据现场实际情况进行测试或调整，待高压气泵压力基本稳定后，继续沉桩，直到设计高程，最后同理将钢板桩2在设计高程处停放5-10s。

进一步的，在插打钢板桩2前还包括：
在钢板桩2的扣锁上涂抹防水剂；
防水剂包括硅酸盐水泥、石英砂、抗渗料粉煤灰、有机硅憎水粉、HPMC纤维素、聚氨酯单组分单双组份I型、聚氨酯单组分双组份II型、水泥基渗透结晶、聚合物水泥防水涂料JS，各组分的质量比为52：38：5：75：3：10：5：5：10，石英砂包括100目的石英砂和200目的石英砂，且100目的石英砂和200目的石
英砂的质量比为15：4。

具体的，由于对于钢板桩2而言，主要依靠相邻两个钢板桩2相互扣合的扣
锁进行封闭，扣锁之间再结合紧密也是刚性接触，存在较大的泄漏风险。

因此，
为了保障钢板桩2扣锁与扣锁之间的连接得紧密性，减少水下漏水的可能性，在
钢板桩2插打前，分别在每一钢板桩2的扣锁上分别涂抹防水剂，该防水剂为针
对该种类型的围堰自配的一种防水剂，其成分主要包括硅酸盐水泥、石英砂、抗
渗料粉煤灰、有机硅憎水粉、HPMC纤维素、聚氨酯单组分单双组份I型、聚氨酯
单组分双组份II型、水泥基渗透结晶、聚合物水泥防水涂料JS，各组分的质量
比为52：38：5：75：3：10：5：5：10，其中，石英砂包含两种不同目数的石英砂，分别为100目的石英砂和200目的石英砂。

其中，硅酸盐水泥的质量为
480～540g，石英砂的质量为360～400g，抗渗料粉煤灰的质量为40～60g，有机
硅憎水粉的质量为720～760g，HPMC纤维素的质量为20～40g，聚氨酯单组分单
双组份I型的质量为80～120g，聚氨酯单组分双组份II型的质量为40～60g，
水泥基渗透结晶的质量为40～60g，聚合物水泥防水涂料JS的质量为80～120g。

进一步的，在挖掘的过程从上至下设置多个内支撑结构，其步骤包括：
沿钢板桩2围堰的内壁设置钢围檩；
在钢围檩上设置内支撑结构；
继续朝下方挖掘，并依次设置钢围檩和内支撑结构，且挖掘深度越大，相邻
两个钢围檩或内支撑结构之间的间距越小。

具体的，钢板桩2插打完毕后，开挖至第一道内支撑结构底标高下0.5m处，安装第一道内支撑结构，第一道内支撑结构安装完毕后，继续向下开挖至第二道
内支撑结构底部下方0.5m处，安装第二道内支撑结构，第二道内支撑结构安装
完毕，继续向下开挖至第三道内支撑底下0.5m处，安装第三道内支撑结构，依
次循环，一般根据目前大部分深基坑的规模，大概设置四道内支撑结构就足够了，不过内支撑结构的具体数量可以根据实际的施工深度及规模大小来定。

其中，由
于深基坑的规模一般较大，为了保证结构的稳定性，一般在安装每一层内支撑结
构前，会先设置钢围檩结构，再在钢围檩上安装对应的内支撑结构，以保证结构
具有足够的强度和稳固性。

进一步的，在基坑开挖至约15m时，在对应的围檁上增加精轧螺纹钢拉杆对拉。

因为开挖深度越深，两侧土压力越大，在土压力的作用下，钢板桩2下部有
向基坑内倾斜的趋势，而钢板桩2上部则有向基坑四周倾斜的趋势，但内支撑结
构只能提供抵抗周围土体向内的压力，不能抵抗顶部的这种向外倾斜趋势，因此
需要采用钢筋对拉来提供拉力，以抵抗钢板桩2上部向基坑外四周倾斜，精轧螺
纹钢的对拉杆可以提供足够的抗拉强度，使不良地层中基坑受力更为合理，并大
大提高了基坑的安全。

具体的，在对应的围檩安装完毕后，将带有法兰盘的钢管
支撑通过预留螺栓孔连接，此时带有法兰盘的钢管支撑与围檩、钢板桩2通过精
轧螺纹钢连接在一起，在不影响钢管支撑拆除的情况使钢管支撑成为拉压杆。

深基坑的钢板桩围堰施工方法，由于先在施工区域内设置导向结构，再根据
获取的施工场地的地质信息在导向结构的导向下依次插打钢板桩，在插打的过程
中根据获取的地质信息选择水刀或气刀交替引孔，以辅助钢板桩插打至预设深度，在对基坑挖掘的过程从上至下设置多个内支撑结构，最后沿钢板桩的外侧壁朝基
坑底部注入封底混凝土，完成基坑的封底，因此，本钢板桩围堰施工方法在水刀
和气刀的联合辅助下，实现了钢板桩可以插打更深的深度，且在插打过程中不会
变形，以保证围堰的基础性能；另外，在整个施工过程中大大减少了取土量和混
凝土的使用，隔水效果好，由于钢板桩相对质量较轻，也减小了施工吊装的难度；最后利用钢板桩自身做为母桩以供引孔及注浆，避免了单独插打母桩在后期拔出
的过程中造成土层松散，影响钢板桩的插打以及围堰基础性能的问题。

四、结束语
深基坑的钢板桩围堰施工方法及钢板桩围堰，解决相关技术中钢板桩不能适应深基坑的围堰施工，在插打过程中容易变形而影响围堰性能的问题。