黃河河漫灘拉森鋼板樁插打?qū)嵺`

梁建軍+李凱

摘 要：鋼板樁插打過程中，垂直度控制難度大、合龍困難。介紹國道108線禹門口黃河大橋主橋承臺基坑開挖采用SP-Ⅳw型鋼板樁圍護結構時，鋼板樁插打的機械選型、垂直度的保障措施、圍堰合龍的控制要點，以及施工過程中，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，以供今后類似工程參考。

關鍵詞：鋼板樁；機械選型；垂直度；圍堰合龍；引孔

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.19.106

1 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國基礎設施建設行業(yè)發(fā)展迅猛，有時需要在很多現(xiàn)狀河道上修筑跨河建筑物，在有條件限制時，需要對河道進行開挖施工。拉森鋼板樁作為一種綠色、環(huán)保，而且施工速度快、施工費用低、有效減少開挖范圍的臨時支護結構。禹門口黃河大橋主塔承臺基坑最大尺寸為54m×34m×11m，基坑范圍地質(zhì)均為粉細砂，本文將重點論述粉細砂中拉森鋼板的插打工藝。

2 工程概況

禹門口黃河大橋位于秦晉交界的黃河龍門峽谷出口處，橋位處為典型的河流堆積地貌，黃河在此處由峽谷區(qū)進入平原區(qū)，河槽驟然展開，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細砂，下部為14.2～77.4m厚卵石層。

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

3 機械選型

3.1 振動錘選型

鋼板樁圍堰施工采用履帶吊+振動沉樁錘插打。

11號索塔承臺圍堰鋼板樁總長為18m，河床標高（地面）+377.81m，鋼板樁底部標高+361.789m，頂部標高389.789m，鋼板樁圍堰最大入土深度為16.021m；12號索塔承臺圍堰鋼板樁總長為18m，先行開挖河床標高至+378m，鋼板樁底部標高+362.853m，鋼板樁圍堰最大入土深度為15.147m。根據(jù)設計圖紙?zhí)峁┑牡刭|(zhì)資料進行振動錘的選型，均為粉砂層，但施工過程中實際地質(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械設備能夠滿足要求，在鋼板樁正式插打前，在鋼板樁樁位處進行插打試驗。

振動錘的選型參考《橋梁施工工程師手冊》（人民交通出版社）第5.1.5條。應滿足振動錘的振動力P能克服插打鋼板樁過程中土的摩擦力R，即P>R。

土對樁的摩擦力：R=fuL

式中：f——土單位面積的動摩擦力（kPa），根據(jù)設計單位地質(zhì)勘察報告提供的標準貫入度取對應的f值，對于細砂層摩阻力為-10kPa，計算時取10kPa；

u——鋼板樁的周邊長度（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。

則細砂對鋼板樁的理論摩阻力R=402.61kN。

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

3.2 輔助設備

根據(jù)前期現(xiàn)場進場機械情況，初期采用50t履帶式高頻鋼板樁打樁機定位插打6-8m，然后采用50t履帶吊與DZ90型振動錘組合，將鋼板樁插打到設計標高，如圖1所示。

4 插打鋼板樁

4.1 插打順序

結合現(xiàn)場承臺實際施工進度，鋼板樁插打應從黃河上游中間開始，分兩個工作面同時作業(yè)。第一根鋼板樁位置應準確、垂直，然后以第一根鋼板樁為基準，再向兩邊對稱插打鋼板樁。合龍位置選擇在下游側的某個角點附近，以保證其垂直準確，其插打施工順序如圖2所示。

4.2 鋼板樁插打

開始使用50t履帶式高頻鋼板樁打樁機，將鋼板樁抓起，并放入導向架中，插打6-8m深，確保鋼板樁自身穩(wěn)定性滿足要求，然后使用履帶吊和DZ90型振動錘將鋼板樁插打到設計標高。在振動錘打設鋼板樁時，高頻鋼板樁打樁機從反方向繼續(xù)插打鋼板樁，如此交替插打，提高機械使用率和鋼板樁插打效率。

插打鋼板樁前，采用5m長的疏通鋼板樁，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，在每片鋼板樁兩側鎖口內(nèi)均涂填黃油，以減少鋼板樁插打或拔除時相互間的摩擦力，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1/3位置時，鋼板樁只能打入地層13m左右，不能打設至設計標高。經(jīng)進一步探查，細砂層在此范圍內(nèi)厚度小于13m，其下地層為砂卵石層，導致鋼板樁難以插打到位。

為解決此問題，研究提出兩個方案：一是增大振動錘激振力，采用DZ120或DZ150振動錘進行鋼板樁插打，此方案將大大增加施工成本，經(jīng)濟投入過大，難以保證鋼板樁可穿過砂卵層，同時，過大的激振力有可能致使上部鋼板樁發(fā)生傾斜或變形。二是從減小施工過程中鋼板樁的樁端和樁側摩阻力入手，提出采用長桿螺旋鉆引孔，將細砂層對鋼板樁的阻力通過引孔進行消減，使鋼板樁所受激振力絕大部分去克服卵石層的阻力，從而達到鋼板樁設計標高。

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

5 控制要點

5.1 垂直度的控制

鋼板樁是剛體，軸線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。軸線方向垂直度要求控制在1.5%范圍內(nèi)，軸線方向垂直度是通過導向架實現(xiàn)的，本工程因鋼板樁無法直接插打到位，需進行引孔處理，故導向架為活動式架體，并設置為上下雙層結構，導向橫梁采用可調(diào)節(jié)式絲桿實現(xiàn)內(nèi)外擴張，其固定樁位于引孔作業(yè)范圍之外，在完成引孔后，按控制點將導向橫梁調(diào)整到位，然后進行插打鋼板樁，根據(jù)樁頂標高控制鋼板樁底貫入度，然后將導向橫梁向外調(diào)整，引孔設備繼續(xù)引孔，調(diào)整導向橫梁插打鋼板樁，反復操作，實現(xiàn)鋼板樁的垂直度控制和插打。

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

安裝導向架時主要控制點：

（1）采用全站儀控制和調(diào)整導向架的位置。

（2）導向架的高度要有利于控制鋼板樁的施工高度，滿足現(xiàn)場鋼板樁最大提升高度。

（3）導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)定性滿足要求。

（4）導向架橫梁采用絲桿實現(xiàn)內(nèi)外擴張，其導向橫梁最大間距需滿足引孔設備的操作空間要求。

5.2 鋼板樁合龍

鋼板樁圍堰在合龍時，兩側鎖口很難保證在一條直線上。雖然使用導向架進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，先將剩余鋼板樁打設至穩(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桓咭坏?，便于插樁；若合龍有誤，可用手拉葫蘆等小型工具配合，對拉使之合龍，若偏差較大時，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)整其插打誤差導致的無法合攏的情況。如圖5所示。

鋼板樁圍堰轉角處使用異型角樁，可根據(jù)圍堰形狀將一片鋼板樁沿長度方向剖開焊接在另一根鋼板樁上，焊接成任意角度的異型樁。對于合龍?zhí)幍漠愋徒菢?，在切割和焊接時，應對轉角兩側鋼板樁的相對位置進行測量，以保證加工的異型樁能與實際位置相吻合，異型角樁如圖6所示。

6 結語

國道108線禹門口黃河大橋項目主橋承臺基坑鋼板樁施工，對于其平面位置、垂直度要求較高，通過導向架等輔助措施可以確保施工滿足規(guī)范要求。但是對于地層變化的不確定性，導致部分區(qū)域鋼板樁打設時振動錘激振力不足、樁身插打不到設計標高，采用長桿螺旋鉆引孔，減小樁身摩阻力確保鋼板樁打設至設計標高。

通過施工實踐，結合在現(xiàn)場施工過程中遇到的具體問題及解決辦法，總結積累了寶貴的施工經(jīng)驗，為類似工程提供參考。

參考文獻

[1]楊文淵、徐犇.橋梁施工工程師手冊[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計與施工[J].施工技術，2011，（02）：31-40.

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

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