梁建軍+李凱

摘 要：鋼板樁插打過(guò)程中，垂直度控制難度大、合龍困難。介紹國(guó)道108線(xiàn)禹門(mén)口黃河大橋主橋承臺(tái)基坑開(kāi)挖采用SP-Ⅳw型鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，鋼板樁插打的機(jī)械選型、垂直度的保障措施、圍堰合龍的控制要點(diǎn)，以及施工過(guò)程中，采用引孔措施解決鋼板樁難以穿越大厚度砂卵石層的困難，以供今后類(lèi)似工程參考。

關(guān)鍵詞：鋼板樁；機(jī)械選型；垂直度；圍堰合龍；引孔

中圖分類(lèi)號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.19.106

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行業(yè)發(fā)展迅猛，有時(shí)需要在很多現(xiàn)狀河道上修筑跨河建筑物，在有條件限制時(shí)，需要對(duì)河道進(jìn)行開(kāi)挖施工。拉森鋼板樁作為一種綠色、環(huán)保，而且施工速度快、施工費(fèi)用低、有效減少開(kāi)挖范圍的臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)。禹門(mén)口黃河大橋主塔承臺(tái)基坑最大尺寸為54m×34m×11m，基坑范圍地質(zhì)均為粉細(xì)砂，本文將重點(diǎn)論述粉細(xì)砂中拉森鋼板的插打工藝。

2 工程概況

禹門(mén)口黃河大橋位于秦晉交界的黃河龍門(mén)峽谷出口處，橋位處為典型的河流堆積地貌，黃河在此處由峽谷區(qū)進(jìn)入平原區(qū)，河槽驟然展開(kāi)，河谷急劇變寬，形成寬淺性河床，地形略有起伏。此處河床河漫灘地帶，上部為厚越14.7～29.6m細(xì)砂，下部為14.2～77.4m厚卵石層。

主橋承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為：11#索塔承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為49×29×6m、12#索塔承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為49×24×6m（橫橋向×順橋向×高）。拉森六型（SP-Ⅳw）鋼板樁結(jié)構(gòu)尺寸如表1所示。11#承臺(tái)共用鋼板樁284根（含4根異形樁），12#承臺(tái)共用鋼板樁264根（含4根異形樁），鋼板樁入土深度為16.021m。

3 機(jī)械選型

3.1 振動(dòng)錘選型

鋼板樁圍堰施工采用履帶吊+振動(dòng)沉樁錘插打。

11號(hào)索塔承臺(tái)圍堰鋼板樁總長(zhǎng)為18m，河床標(biāo)高（地面）+377.81m，鋼板樁底部標(biāo)高+361.789m，頂部標(biāo)高389.789m，鋼板樁圍堰最大入土深度為16.021m；12號(hào)索塔承臺(tái)圍堰鋼板樁總長(zhǎng)為18m，先行開(kāi)挖河床標(biāo)高至+378m，鋼板樁底部標(biāo)高+362.853m，鋼板樁圍堰最大入土深度為15.147m。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┑牡刭|(zhì)資料進(jìn)行振動(dòng)錘的選型，均為粉砂層，但施工過(guò)程中實(shí)際地質(zhì)資料與地勘資料不完全一致，為確保鋼板樁插打施工的機(jī)械設(shè)備能夠滿(mǎn)足要求，在鋼板樁正式插打前，在鋼板樁樁位處進(jìn)行插打試驗(yàn)。

振動(dòng)錘的選型參考《橋梁施工工程師手冊(cè)》（人民交通出版社）第5.1.5條。應(yīng)滿(mǎn)足振動(dòng)錘的振動(dòng)力P能克服插打鋼板樁過(guò)程中土的摩擦力R，即P>R。

土對(duì)樁的摩擦力：R=fuL

式中：f——土單位面積的動(dòng)摩擦力（kPa），根據(jù)設(shè)計(jì)單位地質(zhì)勘察報(bào)告提供的標(biāo)準(zhǔn)貫入度取對(duì)應(yīng)的f值，對(duì)于細(xì)砂層摩阻力為-10kPa，計(jì)算時(shí)取10kPa；

u——鋼板樁的周邊長(zhǎng)度（m），SP-Ⅳw型鋼板樁取2.513m；

L——鋼板樁的入土深度（m），本工程鋼板樁入土深度為16.021m。

則細(xì)砂對(duì)鋼板樁的理論摩阻力R=402.61kN。

根據(jù)計(jì)算的土的摩阻力R值，采用DZ90型振動(dòng)錘。DZ90型振動(dòng)錘主要技術(shù)性能：電機(jī)功率為90kW，激振力為677kN，振動(dòng)錘質(zhì)量為5864kg，允許拔樁力為400kN。DZ90型振動(dòng)錘可滿(mǎn)足施工要求，安全系數(shù)K=677/402.61=1.68。

3.2 輔助設(shè)備

根據(jù)前期現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)機(jī)械情況，初期采用50t履帶式高頻鋼板樁打樁機(jī)定位插打6-8m，然后采用50t履帶吊與DZ90型振動(dòng)錘組合，將鋼板樁插打到設(shè)計(jì)標(biāo)高，如圖1所示。

4 插打鋼板樁

4.1 插打順序

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)承臺(tái)實(shí)際施工進(jìn)度，鋼板樁插打應(yīng)從黃河上游中間開(kāi)始，分兩個(gè)工作面同時(shí)作業(yè)。第一根鋼板樁位置應(yīng)準(zhǔn)確、垂直，然后以第一根鋼板樁為基準(zhǔn)，再向兩邊對(duì)稱(chēng)插打鋼板樁。合龍位置選擇在下游側(cè)的某個(gè)角點(diǎn)附近，以保證其垂直準(zhǔn)確，其插打施工順序如圖2所示。

4.2 鋼板樁插打

開(kāi)始使用50t履帶式高頻鋼板樁打樁機(jī)，將鋼板樁抓起，并放入導(dǎo)向架中，插打6-8m深，確保鋼板樁自身穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求，然后使用履帶吊和DZ90型振動(dòng)錘將鋼板樁插打到設(shè)計(jì)標(biāo)高。在振動(dòng)錘打設(shè)鋼板樁時(shí)，高頻鋼板樁打樁機(jī)從反方向繼續(xù)插打鋼板樁，如此交替插打，提高機(jī)械使用率和鋼板樁插打效率。

插打鋼板樁前，采用5m長(zhǎng)的疏通鋼板樁，將需插打的鋼板樁疏通一遍，檢查鋼板是否存在局部變形情況，并將鎖口中的垃圾淤泥清理干凈，在每片鋼板樁兩側(cè)鎖口內(nèi)均涂填黃油，以減少鋼板樁插打或拔除時(shí)相互間的摩擦力，且提高了鋼板樁的抗?jié)B漏能力。

4.3 引孔

主橋12#墩鋼板樁插打至靠岸側(cè)1/3位置時(shí)，鋼板樁只能打入地層13m左右，不能打設(shè)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。經(jīng)進(jìn)一步探查，細(xì)砂層在此范圍內(nèi)厚度小于13m，其下地層為砂卵石層，導(dǎo)致鋼板樁難以插打到位。

為解決此問(wèn)題，研究提出兩個(gè)方案：一是增大振動(dòng)錘激振力，采用DZ120或DZ150振動(dòng)錘進(jìn)行鋼板樁插打，此方案將大大增加施工成本，經(jīng)濟(jì)投入過(guò)大，難以保證鋼板樁可穿過(guò)砂卵層，同時(shí)，過(guò)大的激振力有可能致使上部鋼板樁發(fā)生傾斜或變形。二是從減小施工過(guò)程中鋼板樁的樁端和樁側(cè)摩阻力入手，提出采用長(zhǎng)桿螺旋鉆引孔，將細(xì)砂層對(duì)鋼板樁的阻力通過(guò)引孔進(jìn)行消減，使鋼板樁所受激振力絕大部分去克服卵石層的阻力，從而達(dá)到鋼板樁設(shè)計(jì)標(biāo)高。

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，采用引孔工藝進(jìn)行鋼板插打施工。首先按設(shè)計(jì)位置放樣鋼板樁樁位，然后采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，孔徑為35cm，鉆孔深度為14m，穿越吸砂層，進(jìn)入卵石層，每完成一次引孔，安裝鋼板樁導(dǎo)向架，然后采用履帶吊和DZ90型振動(dòng)錘進(jìn)行插打，經(jīng)過(guò)引孔處理，鋼板樁均按要求插打至設(shè)計(jì)位置，鋼板樁在插打振動(dòng)過(guò)程中，將引孔形成的孔道又填充密實(shí)，保證了鋼板樁四周的密實(shí)。引孔如圖3所示。endprint

5 控制要點(diǎn)

5.1 垂直度的控制

鋼板樁是剛體，軸線(xiàn)方向鎖口將單根樁連接成整體，所以第一根鋼板樁的平面位置及垂直度直接影響后續(xù)鋼板樁的位置及垂直度。軸線(xiàn)方向垂直度要求控制在1.5%范圍內(nèi)，軸線(xiàn)方向垂直度是通過(guò)導(dǎo)向架實(shí)現(xiàn)的，本工程因鋼板樁無(wú)法直接插打到位，需進(jìn)行引孔處理，故導(dǎo)向架為活動(dòng)式架體，并設(shè)置為上下雙層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)向橫梁采用可調(diào)節(jié)式絲桿實(shí)現(xiàn)內(nèi)外擴(kuò)張，其固定樁位于引孔作業(yè)范圍之外，在完成引孔后，按控制點(diǎn)將導(dǎo)向橫梁調(diào)整到位，然后進(jìn)行插打鋼板樁，根據(jù)樁頂標(biāo)高控制鋼板樁底貫入度，然后將導(dǎo)向橫梁向外調(diào)整，引孔設(shè)備繼續(xù)引孔，調(diào)整導(dǎo)向橫梁插打鋼板樁，反復(fù)操作，實(shí)現(xiàn)鋼板樁的垂直度控制和插打。

鋼板樁施工過(guò)程中，采用雙層雙面形式，通常由導(dǎo)梁和圍檁樁等組成，雙面圍檁之間的距離不宜過(guò)大，一般比鋼板樁高度略大8～15mm，如圖4所示。

安裝導(dǎo)向架時(shí)主要控制點(diǎn)：

（1）采用全站儀控制和調(diào)整導(dǎo)向架的位置。

（2）導(dǎo)向架的高度要有利于控制鋼板樁的施工高度，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)鋼板樁最大提升高度。

（3）導(dǎo)向架不能隨著鋼板樁的插打而下沉、變形，需確保定位樁自身穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

（4）導(dǎo)向架橫梁采用絲桿實(shí)現(xiàn)內(nèi)外擴(kuò)張，其導(dǎo)向橫梁最大間距需滿(mǎn)足引孔設(shè)備的操作空間要求。

5.2 鋼板樁合龍

鋼板樁圍堰在合龍時(shí)，兩側(cè)鎖口很難保證在一條直線(xiàn)上。雖然使用導(dǎo)向架進(jìn)行平面位置和垂直度的控制，但是難免出現(xiàn)一定的誤差。因此，在鋼板樁插打至最后4-6片時(shí)，先將剩余鋼板樁打設(shè)至穩(wěn)定高度（保證鋼板樁自身穩(wěn)定即可），主要是利于鋼板樁的調(diào)整，并且合龍?zhí)幍膬善瑯稇?yīng)一高一低，便于插樁；若合龍有誤，可用手拉葫蘆等小型工具配合，對(duì)拉使之合龍，若偏差較大時(shí)，可采用將最后2片鋼板樁改為3片鋼板樁呈V字形打入，已調(diào)整其插打誤差導(dǎo)致的無(wú)法合攏的情況。如圖5所示。

鋼板樁圍堰轉(zhuǎn)角處使用異型角樁，可根據(jù)圍堰形狀將一片鋼板樁沿長(zhǎng)度方向剖開(kāi)焊接在另一根鋼板樁上，焊接成任意角度的異型樁。對(duì)于合龍?zhí)幍漠愋徒菢?，在切割和焊接時(shí)，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)角兩側(cè)鋼板樁的相對(duì)位置進(jìn)行測(cè)量，以保證加工的異型樁能與實(shí)際位置相吻合，異型角樁如圖6所示。

6 結(jié)語(yǔ)

國(guó)道108線(xiàn)禹門(mén)口黃河大橋項(xiàng)目主橋承臺(tái)基坑鋼板樁施工，對(duì)于其平面位置、垂直度要求較高，通過(guò)導(dǎo)向架等輔助措施可以確保施工滿(mǎn)足規(guī)范要求。但是對(duì)于地層變化的不確定性，導(dǎo)致部分區(qū)域鋼板樁打設(shè)時(shí)振動(dòng)錘激振力不足、樁身插打不到設(shè)計(jì)標(biāo)高，采用長(zhǎng)桿螺旋鉆引孔，減小樁身摩阻力確保鋼板樁打設(shè)至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

通過(guò)施工實(shí)踐，結(jié)合在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中遇到的具體問(wèn)題及解決辦法，總結(jié)積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)，為類(lèi)似工程提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]楊文淵、徐犇.橋梁施工工程師手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2]張琨，鐘啟凱，戴小松，劉中濤.超厚砂卵石層鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與施工[J].施工技術(shù)，2011，（02）：31-40.

[3]龔明，趙永杰.鋼板樁海上插打?qū)嵺`[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2005，（10）：54-55+64.

[4]土木工程施工工藝橋梁工程（第2版）[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2013.endprint