梁學(xué)平

【摘 要】 五河定淮淮河特大橋20#墩承臺(tái)施工采用圓形鋼板樁圍堰，圍堰直徑達(dá)31.333m，內(nèi)由七道圍檁支撐，施工難度較大，是目前安徽省建成最大的圓形鋼板樁圍堰，針對(duì)鋼板樁施工存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析研究：

（1）圓形鋼板樁圍堰施工的工藝流程。

（2）鋼板樁施工遇到的問(wèn)題及處理方案。

【關(guān)鍵詞】 鋼板樁；大直徑圓形圍堰；施工方法；質(zhì)量控制

一、工程概況

根據(jù)定淮淮河特大橋橋位處的水文地質(zhì)情況，進(jìn)行了鋼板樁圍堰施工方案的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃，主橋20#承臺(tái)施工周期在枯水季節(jié)期，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的施工條件、施工圖紙及巖土工程勘察報(bào)告，結(jié)合拉森鋼板樁寬度適中，抗彎性能好、施工安全等方面考慮，20#主墩打設(shè)水中鋼板樁圍堰，圍堰采用直徑31.333m的圓形，總高度為27m，其頂面控制標(biāo)高為+17.0m，樁底標(biāo)高為-10.0m。鋼板樁選用德國(guó)單面拉森S-IV型，套型鎖口，鎖口內(nèi)涂上潤(rùn)滑黃油，兩樁鎖口聯(lián)結(jié)轉(zhuǎn)角10～15°，摩阻力小，防滲性較好，鋼板樁周圈咬合緊密，止水效果好。

經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，圍堰基坑開(kāi)挖深度16.9m，開(kāi)挖尺寸為31.333m直徑圓形，圍堰為從上而下共布置七道環(huán)形鋼圍檁，第一、二、三道圍檁均采用單根H型鋼（700×300×13×24），支撐連桿采用H型鋼（300×150×6.5×9）；第四、五、六、七道圍檁采用兩根H型鋼（700×300×13×24）雙拼，支撐連桿采用單根H型鋼（300×150×6.5×9），內(nèi)側(cè)環(huán)形支撐采用H型鋼（300×150×6.5×9）。第一道圍檁的底面與設(shè)計(jì)防洪水位平齊，第一至第四道圍檁中心距2.8m，第四道圍檁至第五道圍檁2.0m，第五道圍檁至第六道圍檁1.6m，第六道圍檁至第七道圍檁1.7m。第1道支撐距圍堰頂0.300m；第2道距圍堰頂3.1m；第3道距圍堰頂5.9m；第4道距圍堰頂8.7m；第5道距圍堰頂10.7m；第6道距圍堰頂12.3m，第7道距圍堰頂14.0m。（如圖1.1）

二、圓形鋼板樁圍堰的施工工藝

（一）樁的進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)

將新舊鋼板樁運(yùn)到工地后，詳細(xì)對(duì)其檢查、丈量、分類(lèi)、編號(hào)，同時(shí)對(duì)兩側(cè)鎖口用一塊同型號(hào)長(zhǎng)2～3m的短樁做通過(guò)試驗(yàn)，以2～3人拉動(dòng)通過(guò)為宜，或采用卷?yè)P(yáng)機(jī)拖拉。鎖口通不過(guò)或樁身有彎曲、扭曲、死彎等缺陷，采用冷彎、熱敲（溫度不超過(guò)800～1000℃）、焊補(bǔ)、鉚補(bǔ)、割除、接長(zhǎng)等方法加以整修。同時(shí)接頭強(qiáng)度與其它斷面相等，接長(zhǎng)焊接時(shí)，用堅(jiān)固夾具夾平，以免變形；在焊接時(shí)，先對(duì)焊，再焊接加固板。

（二）施工放樣及施打定位樁

將施工區(qū)域控制點(diǎn)標(biāo)明并經(jīng)過(guò)復(fù)核無(wú)誤后，對(duì)鋼棧橋進(jìn)行拆除為鋼板樁施工提供空間。鋼管立柱定位及插打以現(xiàn)有HN700*300H型鋼搭設(shè)打樁施工平臺(tái)（如圖2.2.1），采用全站儀在限位器上準(zhǔn)確放出控制坐標(biāo)點(diǎn)后打入鋼管樁作為定位樁，打樁時(shí)在互相垂直的2個(gè)方向用吊用垂球吊線(xiàn)，將管樁的傾斜度控制在1%以?xún)?nèi)（如圖2.2.2）。在鋼管樁露出水面部分刷上標(biāo)志并焊上牛腿，作為打樁導(dǎo)向位置及高程控制標(biāo)志。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮第一道圍檁牛腿位置和施工水位的關(guān)系，避免水下焊接的施工。

圖2.2.1 打樁施工平臺(tái)圖 圖2.2.2 鋼管立柱插打

（三）導(dǎo)向框安裝

安裝導(dǎo)向框時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）導(dǎo)向框架由I36型鋼組成，分為內(nèi)外導(dǎo)向，其中間空擋為鋼板樁的插打位置。本工程導(dǎo)向架的安裝，先打定位樁在樁上做第一道圍檁，以第一道圍檁和外圍的導(dǎo)向架為鋼板樁的定位裝置。導(dǎo)框現(xiàn)場(chǎng)分段制作，在鋼棧橋上組裝，固定在定位樁上（如圖2.3.1）。

2）導(dǎo)向框的高度要適宜，要有利于控制鋼板樁的施工高度和提高施工工效。

3）導(dǎo)向框不能隨著鋼板樁的打設(shè)而產(chǎn)生位移和變形。

4）外圍導(dǎo)向框循環(huán)利用。

圖2.3.1 導(dǎo)向架圖

（四）圓形鋼圍堰打樁順序選取

從圖2.4.1中看出，a與b較c少一個(gè)合攏點(diǎn)，b的累計(jì)誤差大于c、a，a、b都可能在合攏前遭受回流影響而使樁腳外移，造成合攏困難；c受回流影響較小，在流速較大處，用c式插打。在a式插打方式中，由兩側(cè)對(duì)稱(chēng)向下游按順序加插，到下游合攏，兩側(cè)增插數(shù)大致相等，最多允許相差8根。本工程施工時(shí)為淮河枯水期水流緩慢，通過(guò)以上分析故采用a種順序插打。

圖2.4.1 鋼板樁開(kāi)始合攏位置示意圖

（五）首片剛板樁插打

為了確保插打位置準(zhǔn)確，第一片鋼板樁是插打的關(guān)鍵。在導(dǎo)向架上設(shè)置一個(gè)限樁框架（如圖2.5.1），大小比鋼板樁每邊放大1cm，插打時(shí)鋼板樁背緊靠導(dǎo)向架，邊插打邊將吊鉤緩慢下放。這時(shí)應(yīng)在互相垂直的2個(gè)方向用吊用垂球吊線(xiàn)，將鋼板樁的傾斜度控制在1%以?xún)?nèi)，超過(guò)限定的傾斜度應(yīng)糾偏插打?，F(xiàn)場(chǎng)控制，以確保鋼板樁插正、插直，然后以第1根鋼板樁為基準(zhǔn)，再向兩邊對(duì)稱(chēng)插打鋼板樁。

圖2.5.1 限樁器

（六）鋼板樁的插打

鋼板樁檢查合格后，由履帶吊調(diào)至棧橋上，按插樁順序堆碼，最多允許堆放四層，每層用墊木隔開(kāi)，高差不得大于10mm，上下層墊木中線(xiàn)要在同一垂直線(xiàn)上，允許誤差不得大于20mm。安插鋼板樁使用履帶吊對(duì)鋼板樁進(jìn)行水平和垂直運(yùn)輸，將鋼板樁運(yùn)至指定位置，然后運(yùn)用小鉤吊鉤的吊起和放下，使鋼板樁成垂直狀態(tài)，吊起后用人工扶持插入前一塊鎖口后繼續(xù)下插。起吊作業(yè)時(shí)，鋼板樁下部須設(shè)纜風(fēng)繩人工控制。這時(shí)應(yīng)在互相垂直的2個(gè)方向用吊用垂球吊線(xiàn)，將鋼板樁的傾斜度控制在1%以?xún)?nèi)，超過(guò)限定的傾斜度應(yīng)糾偏（一次性糾偏不能太多，以免鎖口卡住，影響下一片鋼板樁的插打）。最先施工的鋼板樁不得一次性到位，由于鋼板樁鎖扣的摩擦力，會(huì)出現(xiàn)打入后一片時(shí)帶動(dòng)上一片一起下沉。施工時(shí)往往打至比設(shè)計(jì)標(biāo)高高30cm～50cm時(shí)停止，然后施工下一片，以此類(lèi)推。至打完一側(cè)時(shí)，然后調(diào)整標(biāo)高。（見(jiàn)下圖2.6.1）

（七）合攏前的準(zhǔn)備

在即將合攏時(shí)，開(kāi)始測(cè)量并計(jì)算出鋼板樁底部的直線(xiàn)距離，再根據(jù)鋼板樁的寬度，計(jì)算出所需鋼板樁的片數(shù)，按此確定下一步鋼板樁如何插打（即是增加鋼板樁，還是鋼板樁插打時(shí)向外繞圓?。?。

（八）合攏時(shí)樁的調(diào)整處理

為了便于合攏，合攏處的兩片樁應(yīng)一高一低，合攏時(shí)往往出現(xiàn)“上小下大”（下端有土擠壓，上端是自由的）的情況，因此在合攏兩邊都差4-6根樁的距離時(shí)，兩邊各打入異型樁，使合攏樁的兩邊接近平行時(shí)，再將合攏樁插入，打到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

三、鋼板樁施工難點(diǎn)及處理辦法

（一）打樁阻力過(guò)大不易貫入

這由兩種原因造成。一是在堅(jiān)實(shí)的砂層或砂礫層中打樁，樁的阻力過(guò)大；二是鋼板樁連接鎖口銹蝕，變形：致使板樁不能順利沿鎖口而下。

對(duì)第一種原因，需在打樁前對(duì)地質(zhì)情況作詳細(xì)分析，充分研究貫入的可能性，在施工時(shí)可伴以高壓沖水或振動(dòng)法沉樁，不能用錘硬打；

第二種原因，應(yīng)在打樁前對(duì)板樁逐根檢查，有銹蝕或變形的及時(shí)調(diào)整。還可在鎖口內(nèi)涂以油脂，以減少阻力（鎖口內(nèi)嵌填黃油瀝青混合料，重量配合比為：黃油：瀝青：干鋸末：干粘土=2：2：2：1），以減少插打時(shí)的摩阻力，并加強(qiáng)鎖扣防滲性能（如圖3.1.1）。

圖3.1.1 涂油脂與不涂油脂的貫入情況比較

1.—單根板樁；2.—拼接的板樁（鎖口有潤(rùn)滑油）；3.—拼接的板樁（鎖扣無(wú)潤(rùn)滑油）

1.‘水刀的使用

本工程由于在堅(jiān)實(shí)的砂層打樁，樁的阻力過(guò)大，鋼板樁難以打到設(shè)計(jì)標(biāo)高，為此我項(xiàng)目部采用“水刀”引孔的方法，實(shí)施后效果顯著。

1）加工“水刀”（如圖3.1.1.1）。在鋼板樁內(nèi)側(cè)安裝2根直徑為2公分的鋼管，鋼板樁上部與高壓水泵相連，鋼板樁下部加工成三角形，樁尖設(shè)置高壓水噴頭（如圖3.1.1.2）。

2）“水刀”引孔。“水刀”對(duì)槽打到設(shè)計(jì)標(biāo)高，抽出“水刀”，再將要打鋼板樁對(duì)槽打下。

原理分析：鋼板樁下部三角形能減小樁的阻力，高壓水射流使土壤疏松，并帶走松散的土石，使樁尖的阻力降低，并降低樁表面及鎖扣處的摩擦力，從而易于沉樁、減少樁、設(shè)備的損壞。

圖3.1.1.1 “水刀”圖 圖3.1.1.2 三角形樁頭和高壓水槍頭

（二）鋼板樁向打樁方向傾斜

在軟土中打板樁時(shí)，由于連接鎖口處的阻力大于板樁周?chē)耐馏w阻力，形成個(gè)不均衡力，使板樁向前進(jìn)方向傾斜.這種傾斜要盡早調(diào)整，可用卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼索將板樁反向拉住后再錘擊，或可以改變錘擊方向（如圖3.2.1）。當(dāng)傾斜過(guò)大，靠上述方法不能糾正時(shí)，根據(jù)傾斜的實(shí)際尺寸制造楔形鋼板樁。但要控制異形鋼板樁上下寬度之差不超過(guò)樁長(zhǎng)的2%。達(dá)到糾偏的目的（如圖3.2.2）。

圖3.2.1 板樁傾斜及鋼索糾偏 圖3.2.2 楔形鋼板樁糾偏

1.楔形鋼板樁的加工使用

當(dāng)多根鋼板樁累計(jì)傾斜過(guò)大時(shí)，靠上述方法不能糾正，根據(jù)傾斜的角度制作楔形鋼板樁，使樁位的傾斜大幅減小，樁位趨于垂直。

1）確定楔形鋼板樁的寬度。水平尺于地平面垂直，一端靠在傾斜的鋼板樁上，量下端水平尺于鋼板樁的水平距離，根據(jù)相似三角形的原理確定異型樁的寬度。

如水平尺1m位置，水平尺于鋼板樁的水平距離為3cm，則24m剛板樁下口為72cm。

2）加工楔形鋼板樁。

a）將鋼板樁從中間位置割開(kāi)，割50cm留3-5cm，鋼板樁為錳鋼，防止溫度過(guò)高，鋼板樁變形過(guò)大，不易焊接（如圖3.2.1.1）。

b）根據(jù)確定好的下口寬度對(duì)鋼板樁進(jìn)行放角，并對(duì)位置進(jìn)行固定（如圖3.2.1.2）。

圖3.2.1.1 分割鋼板樁 圖3.2.1.2 定位鋼板樁

c）每隔2m用厚為1.6cm寬為30cm的梯形鋼板于切開(kāi)的鋼板樁進(jìn)行焊接，起到支撐的作用（如圖3.2.1.3）。

d）在鋼板樁內(nèi)側(cè)焊接厚為1.6cm的鋼板，以保證鋼板樁的強(qiáng)度（如圖3.2.1.4）。

3）插打楔形鋼板樁。由于楔形樁體較大，摩擦阻力大，插打時(shí)應(yīng)時(shí)刻關(guān)注振動(dòng)錘電流值，不能硬打，減少樁、設(shè)備的損壞。

（三）將相鄰板樁帶入

這種現(xiàn)象常發(fā)生在軟土中打板樁，當(dāng)遇到了不明障礙物，孤石或扳樁傾斜等情況時(shí)，板樁阻力增加，便會(huì)把相鄰板樁帶人。可以按下列措施處理：

（1）不是一次把板樁打到標(biāo)高，留一部分在地面，待全部板樁入土后，再把余下部分打人土中。

（2）把相鄰板樁焊牢在圍擦上。

（3）數(shù)根板樁用型鋼連在一起。

（4）在連接鎖口上涂以黃油等油脂，減少阻力。板樁被帶人土中后，應(yīng)在其頂部焊以同類(lèi)型的板樁以補(bǔ)充不足的長(zhǎng)度。

圖3.3.1 完工后圍堰俯視圖

四、總結(jié)

圓形鋼板樁圍堰有以下主要特點(diǎn)：a、圍堰環(huán)形內(nèi)支撐設(shè)計(jì)對(duì)承臺(tái)施工空間作業(yè)便利，圍檁為多邊形工字型鋼聯(lián)接組成，多邊形數(shù)越多越接近于圓形，其鋼板樁受力越均勻穩(wěn)定。b、施工工藝、機(jī)械組合簡(jiǎn)單。c、材料占用量少、縮短承臺(tái)工期，減少施工平臺(tái)作業(yè)面積；圓形圍堰內(nèi)無(wú)橫縱向交錯(cuò)支撐，對(duì)承臺(tái)鋼筋、砼吊運(yùn)施工無(wú)影響從而加快承臺(tái)施工進(jìn)度，縮短水下承臺(tái)施工時(shí)間降低施工成本。

隨著公路鐵路建設(shè)大規(guī)模開(kāi)展，涉及鋼板樁施工越來(lái)越多，對(duì)于工程的安全、工期、質(zhì)量等要求也越來(lái)越高。五河定淮淮河特大橋水中大直徑圓形鋼板樁圍堰施工技術(shù)，使得工期緊湊，施工組織方便、安全，具有過(guò)程可控性，為今后的類(lèi)似工程起到一定的參考價(jià)值。

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