浅谈流沙地质条件下的钢板桩施工技术

浅谈流沙地质条件下的钢板桩施工技术

徐艳丽 高华

中国水利水电第五工程局有限公司 四川成都 610066

摘要：介绍了钢板桩围堰施工特点和主要技术性能指标，并对关键技术控制进行分析，有效解决了复杂地质条件下，钢板桩施工技术及存在问题的预防及解决措施，该技术的合理应运，降低了项目施工成本，社会和经济效益显著。

关键词：流沙地质 钢板桩 施工技术

随着我国人口数量的不断增长，人们对建筑物的需求量越来越大，社会的不断发展及人们需求的日益增加，跨河跨江建筑也逐渐进入了人们的生活。基坑施工已经成为十分重要的一项工作，但是随着地下水位的不断变化以及受到周边环境的制约，施工过程十分困难。本文典型案例为线索主要分析钢板桩支护施工技术，希望可以有效解决施工过程中的各项问题，确保工程施工的顺利实施，促进工程施工顺利开展。

1.工程概况

郑州市农业路西三环立交是西三环与农业路交叉而设置的互通式立交，是两条快速路之间的重要交通转换节点，是快速路网的重要组成部分。农业路主线Z24～Z28及西流湖加宽段桥梁下部结构位于郑州市化工路西流湖。采用打桩机对西流湖区域内承台打设拉森式钢板桩方式进行施工。钢板桩打设区域为承台边线外扩1m，主线24#、25#、26#、27#、28#各分南北两个承台，在钢板桩设置时需将南北两个承台一起支护。

技术难点：（1）湖底淤泥下实际为流砂地质，因西流湖区域兼有农业路主线高架、西流湖拼宽桥施工，现场空间狭窄。（2）围堰与主线高架桥梁边线间距十分紧凑，基坑开挖没法按照1：0.75坡降进行放坡。（3）正值汛期，西流湖上游随时放水，围堰上游水位陡升，水头增大后基坑内必定会出现渗水、泉涌等现象，安全性较差。（4）需先井点降水、清除淤泥，并用素土换填后，方才满足放坡开挖要求，无形增加施工成本及施工工期。无法采取传统放坡开挖方式进行施工会导致边坡。（5）利用钢板桩特别适用于砂层、淤泥层施工，抗侧压力强，隔水性良好，安全性高，且搭设钢板桩工期最短，工程施工成本较低。

2.钢板桩围堰设计原则

根据承台具体位置，24#、25#、26#承台钢板桩围护尺寸为24m*8.4m，27#、28#承台钢板桩围护尺寸为24.8m*8.4m。西流湖拼宽桥4根桩桥台钢板桩围护尺寸为10.4m*9.6m,2根桩的桩柱系梁钢板桩围护尺寸为10.4m*6m。即钢板桩在承台边线外扩1m处沿四周进行打设。

围檩采用500×200×10×16 H型钢，H型钢沿钢板桩周长方向设置双拼，围檩标高设在钢板桩桩顶下1.0米及2.0米处（上层）。

基坑支护设计深度12.0m。

3.施工工艺流程及操作要点

3.1施工工艺流程

施工流程如下图所示：

本工法的施工工艺流程见下图3.1。

钢板桩围护设计

施工准备

钢板桩进场、校正、检验

机械进场

钢板桩定位

插打钢板桩

合拢、钢板桩之间进行点焊连接

基坑开挖

内支撑焊接

循环

承台施工

拔出钢板桩

图3.1 流沙地质条件下钢板桩施工工法工艺流程

3.2钢板桩施工操作要点

3.2.1钢板桩比选

根据郑州农业路快速通道工程所在地场地特点，结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑，本项目选用拉森Ⅳ号钢板桩，拉森Ⅳ号钢板桩宽度适中，抗弯性能好，依地质资料及作业条件决定选用钢板桩长度12米长，要求钢板桩入土深度达到0.5倍以上。打拔钢板桩采用ZX-450H液压振动锤式打桩机工艺，钢板桩的结构采用单层结构，单层结构形式由定位桩、导梁及钢板桩组成。锁口形状为套型锁口，钢板桩两侧均为勾状形，防水防流沙性较好。

3.2.2钢板桩围堰的打设

（1）施工准备

①钢板桩原材料进场检验，需要对钢板桩进行严格的筛选，将运输过程中已经变形的钢板桩剔除出去，并将锁扣内的杂物清除干净，修整其缺陷位置，做好锁扣通过性检查工作，验收合格后允许使用。

②按设计轴线要求放出钢板桩咬口轴线灰线并在灰线上做好红色木桩标识。

③按灰线标识安装导向围檩夹木，并打导向围檩定位桩。

④将导向围檩吊到位，并与定位桩固定。检查安装尺寸，核准导向围檩中心线是否在钢板桩轴线灰线上。

（2）导向安装

准确测量后，打设两根钢板桩，并焊接钢牛腿,其上放置两根钢板桩并与牛腿焊接牢固，形成框架作为导向（此钢板桩在围堰一边打设完成后拔除，之后重新安装导向）

（3）钢板桩的定位

钢板桩采用单点起吊，吊点由钢丝绳长度确定，起吊垂直后进行喂桩。桩底轻轻落地，桩顶倒向振动锤咬口处，振动锤开口咬合，液压夹紧，起吊提升，吊至打桩位置的导向围檩处。施工人员护桩，插桩，桩翼板相互贴紧，然后开锤起打，控制调整垂直度向下送桩。

（4）插打钢板桩

①沉桩时吊机将振动箱送到钢板桩堆放处，将钢板桩套入夹桩器并夹紧，随

即吊至沉桩位置，垂直插入桩位，沉桩前检查桩是否平直、完好，检查正确后，再开动振动锤沉桩。

②在振动插入土层时，如遇有地下杂物及小石砂块，可将板桩振动起拔掉再插下，这样上下来回振动插入多次直至插进为止，沉桩过程中，吊钩下降速度应注意控制，维持沉桩悬吊状态下沉，以保证桩的垂直。

③钢板桩送到设计标高后，振动锤咬口松开，复位，再移动锁口卡板，继续重复下一根桩的施工。在拉森钢板桩围护施工过程中必须要对打桩平面位置及其垂直度进行严格控制，平面位置的偏差上下不可超过50mm，垂直度应该控制在0.5%范围内，从而保证前期制作完成的钢围檩和支撑构件可以被顺利放入。

④现场工作人员必须听从指挥，起吊12m钢板桩时，套绳必须挂在钢板桩1.8m～1m的牢固部位，以免失灵滑脱，操作控制箱人员应密切注意吊车的转动方向，逐根紧扣并经常检查套绳，防止损坏发生意外事故。

⑤钢板桩垂直度用二台经纬仪垂直控制，若出现偏差，通过吊机调正吊点方位随时修正。发现垂直度超标，必须拔出重新开打。

⑥钢板桩打入后，保证桩顶上口平直，达到设计标高。打完所有拉森钢钢板桩及锚定桩后，在钢板桩的上部焊接钢牛腿，搁置固定钢围檩、焊接横撑进行持力加固。

⑦钢板桩施工过程中，需要利用特制异形桩与角桩控制桩的倾斜度及拐角处理，确保可以有效合龙，使得四周围护连续封闭完好。

图3.2-1 钢板桩原材料 图3.2-2 钢板桩采用锤式打桩机打入

4.基坑开挖回填、钢板桩围檩及支撑安装

4.1基坑开挖、围檩及支撑安装

4.1.1基坑开挖

钢板桩施工完成后，进行基坑开挖工作。基坑开挖采用长臂反铲进行开挖、人工配合施工，挖土要遵循“竖向分层、纵向分段、先支后挖”的施工原则，保证每次施工横撑有足够的空间。

先利用反铲开挖至第一层围檩支护（高程以下1m位置），然后进行第一层围檩及支撑安装，再开挖至第二层围檩支护（高程以下2m位置），然后进行第二层围檩及支撑安装，接着利用长臂反铲由北向南进行水平开挖，当开挖至离承台底300mm时，停止机械开挖改用人工开挖至底高程。

基坑开挖至底部高程后，进行截水沟及集水井施工，坑内四周设置截水沟，截水沟尺寸为50cm×50cm，并在坑内设置集水井，基坑每角设置1个，每个基坑共计4个，根据现场施工情况，集水井位置可以适当进行调整，集水井尺寸为80cm×80cm×100cm，每个基坑配备4台4寸潜水泵进行抽水，防止地面水对基坑开挖造成影响。排水设施施工完成后，开始进行承台垫层及承台施工。

若基坑底部出现较大管涌、渗水等现象，将采取C30水下混凝土进行基坑底部全范围封底，防止渗漏现象。

4.1.2围檩及支撑安装方法

①本工程钢板桩围檩设置2道，拟采用H型钢双拼标高在底标高以上钢板桩桩顶下1.0m及2.0m位置处；测绘放线、标出支撑水平标高→按实际尺寸拼装H型钢支撑→吊装H钢支撑→拼装活络接头→施加预应力→焊接钢支撑节点→第一根支撑安装完毕，接连安装下一根支撑→每根支撑方法类同。

②测绘放线、根据桩位开挖沟槽、标出角撑水平标高→按实际尺寸拼装角撑→吊装角撑→焊接角撑复板节点→第一根角撑安装完毕，接连安装下一根角撑→每根角撑方法类同。围檩采用H型钢双拼，直撑采用H型钢双拼。围檩设置2道，纵桥向每开挖10米左右把垫层浇好垫层浇紧帖钢板桩，以防土壤窿起。

图4.1-1 围檩安装 图4.1-2 钢板桩内土方开挖

4.2 基坑回填

承台浇筑完毕后（钢板桩拔除前）要对承台基坑回填，回填基坑前要清理干净基坑坑壁松动土体和坑底部杂物，并进行平整。

（2）为保证后续箱梁支架施工安全，对钢板桩围护范围内基坑全部采取中粗砂进行回填。西流湖底浆砌片石护砌底部高程101.45m，需预留20cm支架混凝土垫层厚度，故中粗砂回填至高程101.25m。

（3）基坑回填必须分层施工，基坑回填每层回填压实后不得大于20cm，回填一层夯实一层，采用HZD90激振式电动平板夯夯实，承台顶面以下由于工作面太小，无法施工机械夯实，采用小型气夯夯实，每层夯实3遍，每层夯实后压实度检测达到95%以上。

（4）第一次回填至承台顶面，然后搭设脚手架进行墩身施工，待墩身施工完成后进行第二次墩身承台衔接处回填，回填至101.25m，距墩柱边缘1m再浇筑20cm厚C20混凝土作为箱梁支架垫层，最后搭设满堂脚手架进行桥梁施工。二次回填分层厚度、压实度一致。

5.钢板桩围堰的拆除

钢板桩围堰拆除与围堰施工顺序相反进行，首先回填土至第二道围檩标高处，拆除第二道钢围檩，继续回填至第一道围檩标高处，拆除第一道钢围檩。

拔桩方法如下：

（1）采用振动锤进行振动拔桩，振动拔桩是利用振动锤对桩板施加振动力，扰动土体，破坏其与桩板间摩阻力和吸附力并施加吊升力将桩拔出。这种方法效率高、操作简便。

（2）拔桩顺序，拔桩的开始点由桩围堰的端部开始，必要时还可间隔拔除，拔桩顺序一般与打桩顺序相反。

（3）拔桩时可先用振动锤将板桩锁口振活以减少土的阻力，然后边振边拔，对较难拔出的桩板可先用振动锤将桩振打下100-300mm，再与振动锤交替振打、振拔。有时，为及时回填拔桩后的土孔，在把桩板拔至此基础底板略高时（如500mm）暂停引拔，用振动锤振动几分钟，尽量让土孔填实一部分。

（4）拆除过程必须时刻注意施工安全。

图4.2-1钢板桩内承台中粗砂回填 图4.2-2 钢板桩采用锤式打桩机拔出

6.存在的问题及预防控制措施

6.1存在问题及预防措施

（1）打桩过程中有时遇上大的块石或其它不明障碍物，导致钢板桩打入深度不够，则采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。

（2）钢板桩在淤泥质地段挤进过程中受到淤泥中块石或其它不明障碍物等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，采取以下措施进行纠偏：在发生偏斜位置将钢板桩往上拔l.0m～2.0m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石等障碍物被振碎或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜度。

（3）由于淤泥质基础较软，有时施工发生将邻桩带入现象，采用的措施是把相邻的数根桩焊接在一起，并且在施打当桩的连接锁口上涂以黄油等润滑济减少阻力。

（4）基坑开挖时，派专人指挥机械设备，严禁碰触支撑结构。

（5）基坑开挖遇降雨时，停止开挖工作，待降雨结束后，及时排除基坑内雨水，保证做到干槽施工。

（6）基坑开挖过程中，要保证降水井管的高度不能低于承台顶面，待承台施工结束后，进行封井。

（7）基坑周边2m范围内严禁堆土，并随时对基坑进行安全监测，以反馈信息指导施工。

（8）基坑开挖严格按照开挖顺序进行分层分块开挖，以免围护结构受力不均匀，影响支护稳定性。

6.2 控制措施

（1）钢板桩打入底标高，入土深度必须达到4米以上，紧密咬口式呈长方形，弯曲的钢板桩（桩身弯曲矢度大于1‰桩长）不得使用。

（2）围护钢板桩打好后，首先检查钢板桩的咬口，如发现有脱缝时在开口处补插钢板桩，以减少缝隙中漏水、漏泥现象。其次检查水平联系围檩和支撑的安装情况是否符合设计要求，待全部检查及准备工作完成之后，对堰身进行全面检查后方可进行围堰内沟槽开挖。

（3）在拆除围檩前，必须回沙及回土使围檩内相平后方可拆除围檩。

（4）钢板桩施打过程中有时遇上大的块石或其它不明障碍物，导致钢板桩打入深度不够，采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。

（5）钢板桩挤进过程中受到石块等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，采取以下措施进行纠偏：在发生偏斜位置将钢板桩往上拔l.0m～2.0m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石被振碎或使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜度。

（6）钢板桩沿轴线倾斜度较大时，采用异形桩来纠正，异形桩一般为上宽下窄和宽度大于或小于标准宽度的板桩，异形桩可根据实际倾斜度进行焊接加工；倾斜度较小时也可以用卷扬机或葫芦和钢索将桩反向拉住再锤击。

（7）在基础较软处，有时发生施工当时将邻桩带入现象，采用的措施是把相邻的数根桩焊接在一起，并且在施打当桩的连接锁口上涂以黄油等润滑济减少阻力。

7.结束语

在市政工程流沙地质中桩基、承台施工前对地基进行开挖、防护是较为困难和缓慢的一项施工操作，它需要我们注意的事项有很多，如何在施工区地下流沙地质较多的情况下加快工程的施工进度、确保各种施工进度，仍然需要我们进一步的研究和实践。

流沙地质条件下钢板桩施工技术的成功应用，既加快了桩基、承台的施工效率，推进了工程进度，又缩短了工期，节约了施工成本，经济和社会效益显著。并取得了良好的效果。为以后类似的工程项目提供了借鉴意义。

14