海上插打超長(zhǎng)鋼板樁施工偏差糾偏技術(shù)

徐向明

（溫州市甌飛經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)投資有限公司，浙江 溫州 325000）

1 問(wèn)題的提出

鋼板樁圍堰[1]具有施工工期短、止水效果好、堰內(nèi)可提供施工面積大、材料可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于碼頭、港口、橋梁和圍墾等工程中。溫州市甌飛一期圍墾工程北1#、北2#水閘鋼板樁圍堰為國(guó)內(nèi)有史以來(lái)最大的雙排冷彎鋼板樁圍堰，鋼板樁圍堰施工受海上潮水、風(fēng)浪和插打設(shè)備等影響，施工質(zhì)量控制難度較大[2]。鋼板樁在施工過(guò)程中產(chǎn)生的偏差超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范的要求將給水閘后期的基礎(chǔ)施工帶來(lái)巨大的安全和質(zhì)量隱患，所以鋼板樁施工過(guò)程中的糾偏技術(shù)直接決定鋼板樁的施工質(zhì)量，其意義十分重大。本文就溫州市甌飛一期圍墾工程北1#、北2#水閘鋼板樁圍堰為例，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，介紹海上插打超長(zhǎng)鋼板樁施工中的偏差原因，針對(duì)各種偏差原因進(jìn)行研究，提出糾偏技術(shù)，為類似工程提供參考。

2 工程概況

溫州市甌飛一期圍墾工程位于溫州市江口、飛云江入?？谄街卑稙┕標(biāo)段中的北1#、北2#水閘鋼板樁圍堰地處甌江入海口西岸，為典型海上孤島施工。2座水閘共用1座圍堰，采用雙排“U”形冷彎鋼板樁結(jié)合土石方壓護(hù)結(jié)構(gòu)形式，圍區(qū)面積10萬(wàn)m2。圍堰建筑物級(jí)別為4級(jí)，其設(shè)計(jì)擋潮標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇設(shè)計(jì)高潮位，允許越浪；圍堰結(jié)構(gòu)按3級(jí)建筑物標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；圍堰總長(zhǎng)約1 533 m；圍堰主體采用雙排鋼板樁結(jié)構(gòu)，在與海堤結(jié)合部位采用土石圍堰結(jié)構(gòu)。

鋼板樁采用冷軋工藝制作，材料共需16 382.2 t U型冷彎鋼板樁以及613.9 t 配套拉桿，其中91.8%為27.0 m超長(zhǎng)樁，8.2%為18.0 m樁。其中27.0 m鋼板樁的截面尺寸為70.0 cm×29.0 cm，18.0 m鋼板樁的截面尺寸為65.0 cm×24.4 cm，底板與側(cè)翼板的夾角103°。溫州市甌飛一期圍墾工程圍堰雙排鋼板樁結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。

圖1 鋼板樁斷面結(jié)構(gòu)示意圖

工程所在區(qū)域多年平均降雨量1 725 mm，雨季主要分為4 — 7月梅汛期和7 — 10月臺(tái)汛期，甌飛一期圍墾工程北1#、北2#水閘區(qū)域設(shè)計(jì)20 a一遇高潮位為4.79 m，相應(yīng)低潮位為- 3.14 m（1985國(guó)家高程基準(zhǔn)），北1#、北2#水閘所在區(qū)域年平均風(fēng)速為2.0 m/s，最大風(fēng)速為34.0 m/s，風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)。北1#、北2#閘施工圍堰地質(zhì)各土層物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 北1#、北2#閘施工圍堰地質(zhì)各土層物理力學(xué)指標(biāo)表

3 施工方案

該工程的鋼板樁圍堰原施工工藝采用常規(guī)的海上平板駁載履帶吊配振動(dòng)錘插打施工，即船打法施工。由于本工程采用27.0 m超長(zhǎng)鋼板樁，鋼板樁在打設(shè)過(guò)程中同樣的垂直度偏差引起的樁底偏差較常規(guī)短鋼板樁打設(shè)要大很多。例如本工程垂直度出現(xiàn)偏差1°，底部偏差為27 m×sin1° = 0.47 m，會(huì)導(dǎo)致插打困難。工程所處施工環(huán)境受潮水、風(fēng)浪、臺(tái)風(fēng)等影響，船打法易受風(fēng)浪影響，垂直度偏差控制更為困難，即使采用有效的常規(guī)糾偏措施，垂直度和水平偏差也無(wú)法控制到設(shè)計(jì)要求。平臺(tái)插打法見(jiàn)圖2。

為確保鋼板樁的施工質(zhì)量，有效減少海上潮水、風(fēng)浪、臺(tái)風(fēng)等因素的影響，提高工程控制精度，本工程利用設(shè)計(jì)的雙排鋼板樁之間的有效間距，參照海上橋梁施工時(shí)搭設(shè)的施工便橋的構(gòu)思，在本工程中首次采用了平臺(tái)法施工工藝[3]，即在2排鋼板樁中間搭設(shè)施工平臺(tái)，在該平臺(tái)上停放履帶吊等設(shè)備進(jìn)行施工的工藝。該平臺(tái)是采用將鋼管樁基打入泥面的穩(wěn)定土層中，在樁頂上架設(shè)縱橫向型鋼梁，再在梁上鋪設(shè)鋼板面層，同時(shí)安裝導(dǎo)向架，平臺(tái)上配備80 t履帶吊、DZJ60型振動(dòng)錘等設(shè)備進(jìn)行施工，利用導(dǎo)向架插入鋼板樁進(jìn)行插打。本工程首創(chuàng)的平臺(tái)插打法由于平臺(tái)頂高程遠(yuǎn)大于最高潮位，所以基本不受潮水影響；另外由于平臺(tái)的鋼管樁基入土深，具有很大的水平和豎向承載力，自身的穩(wěn)定性遠(yuǎn)大于船載履帶吊，故能有效地抵抗風(fēng)浪、臺(tái)風(fēng)等影響。該方法可有效控制雙排鋼板樁間距在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，高程偏差和垂直度偏差也比傳統(tǒng)船打法小。

圖2 平臺(tái)插打法圖

4 問(wèn)題及原因分析

4.1 存在的問(wèn)題

采用平臺(tái)法施工雖然較傳統(tǒng)的船打法有很多的優(yōu)點(diǎn)，但是該方法在施工過(guò)程中也難免會(huì)出現(xiàn)一些質(zhì)量偏差，這些偏差如超過(guò)一定數(shù)值，將會(huì)導(dǎo)致后續(xù)鋼板樁無(wú)法施工。

4.2 偏差原因分析

鋼板樁高程偏差是指施打過(guò)程中相鄰已施工完畢的鋼板樁被正在施工的鋼板樁順帶至設(shè)計(jì)高程以下，造成高程偏差，嚴(yán)重時(shí)將使圍堰的頂高程不滿足設(shè)計(jì)要求。

垂直偏差產(chǎn)生的原因：①施打過(guò)程中由于振動(dòng)錘壓力點(diǎn)位置的偏移；②下錘的速度過(guò)快使振動(dòng)錘的沖量全部壓在鋼板樁上使鋼板樁扭曲變形；③垂直度測(cè)量觀察不到位；④起重機(jī)吊架在受風(fēng)力及風(fēng)浪影響而形成左右搖擺偏離；⑤入土后由于土體的擠壓而使鋼板樁本身在入土前形成的垂直度的微偏差。垂直度偏差嚴(yán)重影響鋼板樁施工中質(zhì)量、進(jìn)度及效益。

5 糾偏方法

本工程鋼板樁打設(shè)采用焊接固定進(jìn)行鋼板樁高程糾偏，采用振動(dòng)錘夾點(diǎn)位置調(diào)整、鋼板樁入土前利用導(dǎo)向架支點(diǎn)扭曲糾偏和微型異形鋼板樁進(jìn)行垂直度糾偏。

5.1 焊接固定糾偏

將已打設(shè)的鋼板樁與剛打設(shè)完成的鋼板樁進(jìn)行臨時(shí)焊接并與平臺(tái)的導(dǎo)向架焊接成整體，由于導(dǎo)向架的穩(wěn)定性避免了后續(xù)鋼板樁在打設(shè)過(guò)程中被“帶打”的情況，保持了鋼板樁高程的一致性。

5.2 振動(dòng)錘夾點(diǎn)位置的調(diào)整

鋼板樁在施打過(guò)程中垂直度傾斜的調(diào)整。在鋼板樁施打前，利用設(shè)置在平臺(tái)或船體二邊的垂直吊線進(jìn)行交叉目測(cè)控制垂直度，確保入土前鋼板樁的垂直度。由于鋼板樁與鋼板樁鎖扣之間的間隙有1 ～ 2 cm，振動(dòng)錘的夾點(diǎn)位置的確定比較重要。夾點(diǎn)偏前則施打時(shí)會(huì)產(chǎn)生鋼板樁上口的鎖扣未鎖緊下口的情況，在入土前鎖扣咬合的9.0 m左右處鋼板樁的垂直度會(huì)產(chǎn)生上下2 cm的偏差，再加上偏心壓力使U型鋼板樁的側(cè)翼板與底板之間的夾角擴(kuò)大，使截面尺寸模數(shù)變大造成鋼板樁上下的偏差值拉伸擴(kuò)大甚至超出設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，振動(dòng)錘夾點(diǎn)偏后則反之。入土前必須將振動(dòng)錘的夾點(diǎn)控制在鋼板樁的中心位置，在下樁的過(guò)程中保持了鋼板樁的垂直度，基本消除因鎖扣間隙及偏心壓力引起的垂直偏差。

5.3 鋼板樁入土前利用導(dǎo)向架支點(diǎn)扭曲調(diào)整

由于其他各種因素導(dǎo)致已經(jīng)打設(shè)的鋼板樁產(chǎn)生了垂直偏差，如果不調(diào)整則下一根鋼板樁有可能無(wú)法正常打設(shè)，僥幸打下也可能導(dǎo)致鋼板樁垂直度偏差的進(jìn)一步擴(kuò)大，甚至超出設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，所以必須進(jìn)行調(diào)整。鋼板樁入土前利用導(dǎo)向架和已經(jīng)打設(shè)的鋼板樁作為支點(diǎn)進(jìn)行前后左右的扭曲調(diào)整，使鋼板樁的另一邊（鎖扣未咬合邊）邊線垂直度調(diào)整到理想的垂直位置后下樁，保持現(xiàn)狀打設(shè)到設(shè)計(jì)高程，效果比較理想（見(jiàn)圖3）。

圖3 導(dǎo)向架圖

5.4 微型異形鋼板樁糾偏

在鋼板樁弧線區(qū)域，鋼板樁需進(jìn)行一定的扭曲插設(shè)，已經(jīng)打設(shè)的鋼板樁垂直度偏差稍大，扭曲調(diào)整的幅度已不能滿足的情況下，可以采用經(jīng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算的小型異形鋼板樁糾偏（見(jiàn)圖4）。具體的操作方法是采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的偏差數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算利用千斤頂頂?shù)轿患雍竷?nèi)支撐固定，使鋼板樁的2條邊線偏差度符合計(jì)算所要求的偏差補(bǔ)差數(shù)據(jù)，加焊支撐后進(jìn)行打設(shè)。但是此種方法局限于鋼板樁的垂直度偏差較大的情況，并相鄰的鋼板樁不能有內(nèi)部鋼支撐的焊接（因?yàn)殇摪鍢秲?nèi)部的鋼支撐會(huì)減小鋼板樁本身的柔性微調(diào)）。

圖4 微型異形鋼板樁調(diào)整圖

6 結(jié) 語(yǔ)

鋼板樁施工過(guò)程中的糾偏工作非常重要，不及時(shí)糾偏容易引起各種偏差模數(shù)的積累，增加后續(xù)鋼板樁插打的難度，嚴(yán)重時(shí)偏差模數(shù)累積值超出設(shè)計(jì)規(guī)范的要求而造成返工。這不僅影響工程施工的進(jìn)度也增加了工程施工的成本而降低經(jīng)濟(jì)效益，因此施工過(guò)程中的過(guò)程糾偏極其重要。

鋼板樁的施工過(guò)程中，探索出了許多糾偏方法，操作上簡(jiǎn)易可行，經(jīng)濟(jì)上基本無(wú)需再投入，在施工過(guò)程中可以直接進(jìn)行糾偏調(diào)整，不影響施工進(jìn)度且能滿足質(zhì)量要求。上述多種糾偏措施的應(yīng)用有效保證進(jìn)度、質(zhì)量、效益，奠定甌飛一期圍墾工程鋼板樁圍堰施工的按期保質(zhì)保量完成任務(wù)的基礎(chǔ)。

[1] 符銀昌，皇甫海軍.海河特大橋鋼板樁圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)公路，2015(z1)：165 - 170.

[2] 龔明，趙永杰.鋼板樁海上施打?qū)嵺`[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2015(5)：55 - 56.

[3] 勵(lì)正豐，田繼榮.外海無(wú)掩護(hù)周轉(zhuǎn)平臺(tái)插打鋼板樁工藝[J].港工技術(shù)與管理，2015(4)：16 - 20.