浅谈巢湖地区老粘土地质钢板桩围堰施工

浅谈巢湖地区老粘土地质钢板桩围堰施工

杨 帆

(中铁十局集团第三建设有限公司 安徽省合肥市 230000)

[摘  要]本文主要阐述环巢湖旅游大道杭埠河大桥工程主墩水中墩钢板桩围堰插打困难的处理方法及措施，针对这一地区老粘土的特点，采取了如高压射水辅助引孔等方法，并总结出一些成果，供同类型地质施工提供了一定的实际参考价值。

[关键词]巢湖地区；粘土地质；钢板桩；围堰；射水引孔

1  钢板桩围堰技术发展与引进

钢板桩于20世纪初在欧洲开始生产，1908年，美国首次使用直线型钢板桩建设Black Rock港；1911年，卢森堡的阿尔贝德工厂轧制出世界上第一片类似的Z型钢板桩；1923年日本在关东大地震灾后修复工程中大量进口的U型钢板桩止水；1931年日本开始生产钢板桩；1933年卢森堡的阿尔贝德工厂首次轧制出Z型钢板桩；20世纪50年代后期，日本大量生产钢板桩用于战后经济恢复。国内钢板桩使用起步较晚，钢板桩在日本和欧洲应用已经非常广泛。

随着我国钢铁和建设事业的飞速发展，钢板桩呈现了方兴未艾的发展势头，在工程中的应用越来越广泛，钢板桩可用于临时结构和永久结构，是一种可重复利用的环保材料。

杭埠河大桥主桥主墩承台设计平面尺寸为长29.7m×宽18.7m，主墩范围河床地质主要为3.2m厚粘土（硬塑）+6.1m厚粘土（坚硬）+7.9m厚中砂，本工程具有工期紧、社会影响力大、施工难度高等特点，水中墩围堰初步选择了钢套箱围堰、钢板桩围堰以及筑岛围堰，考虑水中墩所在位置的水深、围堰对河道的通航影响、总体工期是否能够满足以及当地的水文地质情况等，由于钢板桩围堰具有承载力高、止水性能好、耐久性强、施工速度快、施工效率高、对环境破坏小、占地少等多种独特优势，经过综合比选最终确定采用拉森钢板桩围堰形式。

2  工程概况

环巢湖旅游大道杭埠河大桥位于肥西县三河镇滨光村与庐江县同大镇北闸村交界处，距杭埠河入巢湖口约650m处。主桥采用130m+130m预应力混凝土斜拉桥，主桥长260m，桥宽28m。主桥采用独塔结构，主梁采用等截面预应力混凝土单箱五室断面。主墩桩基共24根φ2.0m钻孔灌注桩，单桩桩长45m。主墩承台尺寸为29.7m×18.7m×4.5m，承台顶标高为1.722m，承台设计采用C35混凝土浇筑。11#主墩采用18米长拉森Ⅵ型钢板桩，共计190根（含4根角桩）。主墩位置水深4.5m～5m，钢板桩入土深度4m（粘土层9.3m，中砂层0.8m），外露常水位7.6m以上2.9m。支撑采用φ609×16mm螺旋钢管，围檩采用双拼400×400×13×21mmH型钢。

3  地质条件

根据《环巢湖旅游观光大道杭埠河大桥工程地质勘查报告》ZK9钻孔柱状图显示主墩位置地质情况为：3.2m厚粘土（硬塑）、6.1m厚粘土（坚硬）、7.9m厚中砂、2.1m厚粉质粘土、6.7m厚中砂、6.3m厚砾砂、7.8m厚全风化安山质凝灰岩、30.9m厚中风化安山质凝灰岩。

地基设计参数：粘土层承载力320kPa，摩阻力75 kPa；中砂层承载力350～450kPa，摩阻力60 kPa。

4  遇到的问题、原因分析及处理措施

4.1  钢板桩插打困难、阻力大

原因分析：

（1）钢板桩连接锁口锈蚀、变形，钢板桩型号不一致，锁口之间摩阻力大，咬伤严重，连带相邻钢板桩下沉。

图4.1  锁口咬伤严重

（2）钢板桩桩底需要贯入9.3m（硬塑、坚硬）粘土以及0.8m的中砂（饱和、密实）地质，在高频振动情况下不液化，拉森Ⅵ型钢板桩尺寸宽、表面积大，端、侧阻力大。

（3）振动锤的选型与计算结果存在出入，需调整。

（4）履带吊吊钩中心线、振动锤中心线、钢板桩中心线三线不重合。

（5）引孔方式需调整，引孔的母桩插打的位置随意性大，不准确。

处理措施：

（1）打桩前对钢板桩逐根检查（挑桩非常关键），与母桩的标准节做锁口检测，剔除连接锁口锈蚀和严重变形的钢板桩，存在问题的钢板桩一律采用油漆进行标识，严禁使用；能够使用的钢板桩锁口一定要清理干净，可以用扁铲沿着锁口将里面的泥土、砂子清理干净，然后用废机油先临时涂刷一层。如遇连带相邻钢板桩下沉，可将连带下沉的钢板桩与其它一根或数根已打好的钢板桩，在顶口用型钢或钢板焊接在一起。

（2）由于拉森Ⅵ型钢板桩尺寸宽、表面积大，端、侧阻力大，硬塑、坚硬的粘土和饱和、密实的中砂在高频振动情况下不液化，因此在钢板桩插打时，每5～10根桩可以分几次插打，即屏风法。

（3）桩锤选型时根据计算选择DZJ90型（90Kw）振动锤激振力满足要求，但在实际施工中，由于各种阻力因素的共同影响，因此项目部先后进行了多种设备的选型（见以下组图）。

图4.2   90kw振动锤                          图4.3  130kw液压式振动锤

图4.4    150kw静压植桩机                       图

4.5   120kw型振动锤

经过比选：DZJ90型振动锤无法达到贯入深度；130kw液压式振动锤虽可以满足使用，效率较高，但粘土地质长时间插打易损坏，维修费用高；150kw静压植桩机穿粘土层较为轻松，但在桩底中砂层，几乎无贯入度，对周边的钢板桩扰动极大，效率低；120kw型振动锤满足使用效果，设备耐久性较好。

（4）履带吊司机首先要操作熟练，要有类似施工经验方能上岗，能够很好的把握尺度，配合指挥操作人员重点对钢丝绳的垂度进行控制。施工中在振动锤两侧各系一根麻绳，在振动锤夹头落入钢板桩槽口夹紧前人工辅助拉拽保证夹头尽量居中，以保证振动时受力均匀。

（5）本工程采用单管及双管两种高压射水引孔方式，两者均能达到引孔效果，但是施工中发现有些钢板桩经过引孔较容易贯入到位，但一些钢板桩几乎无法贯入，究其原因为操作过程中工人为了方便，引孔的母桩插打的位置随意性大，不准确，导致未起到应有的作用，因此后期对母桩插打位置进行严格控制，并在引孔过程中多贯入1～2m，上下打拔反复2～3次，效果较好。

4.2  钢板桩倾斜度大、扭曲严重

原因分析：

由于履带吊吊钩中心线、振动锤中心线、钢板桩中心线三线不重合，加之插打阻力大，定位限位装置不完善，履带吊司机对钢丝绳的松紧把握不准，钢板桩在左右摇晃过程中插打，且扭曲严重，极易导致钢板桩倾斜度大，并且存在前后、左右两个方向的同时倾斜，严重影响插打质量和贯入难易度。

处理措施：

（1）同4.1处理措施第（4）条。

（2）在打桩前进方向用自制卡板装置锁住钢板桩的前锁口，采用双导向进行定位导向。

（3）桩身扭曲严重时，可将该钢板桩拔出，应立即关闭振动锤电源，待钢板桩稳定后，调整履带吊吊点及钢丝绳的松紧度和垂度，配合人工两侧麻绳拉紧，重新打桩。

（4）发生倾斜可采用钢丝绳配合手拉葫芦拉住已插打到位的钢板桩桩身（一般相隔5根桩以上），纠偏时切忌猛纠，一定要逐步进行纠正，再边拉边打。

（5）由于是硬塑、坚硬性的粘土，桩身入土后发生倾斜，就会按照一定的斜率甚至是曲线入土，严重时进行连续拔除3～5根重新插打。一般情况下，钢板桩在桩面前后方向倾斜时可采用慢纠的方式逐渐纠正，左右方向可以按照钢板桩左右方向测得的斜率（倾斜度）制作异性桩进行纠正，效果明显。

4.3  高压射水引孔引起侧压力改变

原因分析：

由于φ89mm单管引孔装置引孔管径大、射水冲击力大，老粘土可塑性非常强，因此其引孔过后相当于制造了一个围绕钢板桩的椭圆形孔洞，在钢板桩的前后两侧会留下水路，从而改变了侧压力，对于基坑支护来说是一种不可预见的危害。

处理措施：

由于主墩开挖后出现了河床至承台底范围内钢板桩均渗水、漏水的现象，在过渡墩施工时采用了φ25mm双管引孔装置，该装置射水冲击力小，对周围的土体扰动小。对于φ89mm单管引孔装置相比φ25mm双管引孔装置来说，虽然引孔后对钢板桩的插打要顺利的多，但在开挖后，整个围堰的整体性后者要有明显的优势，且顺直度好，河床以下无渗水、漏水的现象，结构受力与计算相符，围堰整体性好。

图4.6    φ89mm单管引孔装置                       图4.7   φ25mm双管引孔装置

4.4  围檩整体性差，传力不均匀

原因分析：

（1）围檩材料多为4m、6m的短节，接头多。

（2）接头焊接质量以及焊接的方式不合理。

（3）围檩与钢板桩之间采用型钢支撑传力，支撑件下料长度偏差大，焊接位置随意，传力不均匀。

处理措施：

（1）除了已安装的第一层围檩材料以外，4m的短节不允许使用在本过程中，剩余的围檩材料一律采用9m的标准节，并对第一层围檩进行接头焊接补强。

（2）对接头焊接质量进行了系统的检查，重点检查项目有焊缝质量、焊接连接板质量、骑缝板等，经检查和现场实际情况分析，围檩集中受到破坏的部位基本都是接头位置，由于接头位置受剪切破坏，因此围檩H型钢腹板上的骑缝板尤为重要、不可缺少，骑缝板可以是钢板或槽钢等。

（3）由于围檩与钢板桩之间采用型钢支撑传力，传力不均匀，导致围檩整体受力不均匀，容易产生应力集中，经过讨论和分析，对原型钢支撑进行了逐段更换，将围檩与钢板桩之间采用吊模进行C20砼进行填充，之后在抽水开挖过程中，效果明显。    图4.8   骑缝板安装示意图

图4.9    普通槽钢支撑                         图4.10   C20砼满灌填充

5  几点体会

1.对于新进场的钢板桩一定要进行严格的挑桩，锁口变形的、不匹配的钢板桩必须剔除、严禁使用，尤其是老粘土地质中，侧摩阻力大，尽量减少钢板桩插打过程中的阻力是关键。

2.充分了解地质情况，做好计算结合现场地质情况确定桩锤选择。

3.插打过程履带吊司机以及操作人员之间的配合很关键，对夹头位置进行严格控制，保证履带吊吊钩中心线、振动锤中心线、钢板桩中心线三线重合，钢板桩插打质量才能更好的得到控制。

4.对于类似硬塑、坚硬性等粘土地质，如发生倾斜，钢板桩在桩面前后方向倾斜可采用慢纠的方式逐渐纠正，左右方向可以按照钢板桩左右方向测得的斜率（倾斜度）制作异性桩进行纠正，配合手拉葫芦辅助方式，效果明显。

5.宜采用小管径双管引孔装置，射水冲击力小，对周围的土体扰动小，并在施工过程中严格控制母桩插打位置，做好导向定位，可以根据现场情况多贯入1～2m，上下打拔反复2～3次，效果较好。

6.对于基坑围檩支撑体系来说，在总体方案设计计算合理的情况下，控制围堰整体稳定关键在于每个节段材料连接质量等细节处理，控制住局部方可控制住整体，本文中重点介绍了围檩接头处理方法。

主要参考文献

1、《钢板桩工程手册》欧领特（中国）编 人民教育出版社

2、环巢湖旅游大道杭埠河大桥两阶段施工图设计文件第一册主桥（2012年7月)；

3、环巢湖旅游大道详细工程地质勘察报告杭埠河大桥（全一册）

4、《特殊地质条件下超长钢板桩插打施工技术》作者：汤劲松1，朱延翰2

5、《涡河三桥钢板桩围堰的施工与控制》作者：王建伟

6、《论钢板桩施工中的问题与处理措施》作者：袁伟凡

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