鋼板樁在水利工程中的應(yīng)用

魯楊明

【摘要】鋼板樁近幾年在我國水利工程中應(yīng)用逐漸增多，在修筑圍堰、基坑支護(hù)、堤防護(hù)岸等工程上發(fā)揮重要作用，不僅綠色、環(huán)保而且施工速度快、施工費(fèi)用低，具有很好的承載、擋土、擋水、防水功能。本人根據(jù)上海蘇州河治理工程、龍華港泵閘外移工程、蘆潮港河道治理等工程中涉及到鋼板樁應(yīng)用案例和對(duì)鋼板樁生產(chǎn)、施工及施工設(shè)備行業(yè)的了解，重點(diǎn)對(duì)鋼板樁在水利工程中作為圍堰、基坑支護(hù)、樁基的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】鋼板樁；圍堰；基坑支護(hù)；樁基

1、鋼板樁簡(jiǎn)介

1.1鋼板樁型號(hào)及作用

鋼板樁根據(jù)其加工制作工藝的不同可以分為熱軋鋼板樁和冷彎鋼板樁，是一種帶鎖口的熱軋或冷彎型鋼，主要有U型、Z型鋼板樁，靠鎖口相互咬合，形成連續(xù)的鋼板樁墻，用來擋土、擋水或承重。

1.2熱軋鋼板樁

熱軋鋼板樁生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，價(jià)格較高，目前市場(chǎng)上應(yīng)用較少。我國所用的熱軋鋼板樁大部分來自國外。常見的熱軋鋼板樁生產(chǎn)廠家有韓國現(xiàn)代鋼廠、日本新日鐵鋼廠、日本住友鋼廠、日本JFE鋼廠，以及歐美的部分廠家。熱軋鋼板樁在滿足基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)功能、安全可靠、高效環(huán)保等方面特色鮮明，主要用于水比較深的圍堰以及特殊的永久工程，具有（1）承載力強(qiáng)，鋼板樁構(gòu)成的連續(xù)墻具有很高的強(qiáng)度和剛性。（2）水密性好，鋼板樁連接處鎖扣結(jié)合緊密，可自然防滲。

1.3冷彎鋼板樁

冷彎鋼板樁生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格低，目前市場(chǎng)上應(yīng)用較多。冷彎樁的生產(chǎn)技術(shù)和工藝要求相對(duì)容易達(dá)到，國內(nèi)目前以冷彎為主，國內(nèi)冷彎鋼板樁標(biāo)準(zhǔn)《冷彎鋼板樁（GB/T29654-2013）》于2014年5月1日正式實(shí)施。

1.4熱軋和冷彎鋼板樁的主要區(qū)別

（1）冷彎鋼板樁生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，長(zhǎng)度、截面尺寸可以根據(jù)項(xiàng)目需求定制，規(guī)格比較多；熱軋鋼板樁生產(chǎn)工藝復(fù)雜，規(guī)格比較少。

（2）達(dá)到相同規(guī)格參數(shù)的冷彎的重量較熱軋輕，但技術(shù)參數(shù)也相應(yīng)的減低。（3）相同規(guī)格的冷彎鋼板樁承載力和水密性沒有熱軋鋼板樁好。

（4）熱軋的鋼板樁價(jià)格高于冷彎的鋼板樁價(jià)格。

（5）冷彎鋼板樁使用的循環(huán)次數(shù)（10次左右）少于熱軋鋼板樁（大于30次）。

1.5鋼板樁防腐

作為永久結(jié)構(gòu)使用的鋼板樁腐蝕部位應(yīng)做防腐處理，而打入原狀土的鋼板樁部分不需要采取防腐保護(hù)措施。海水水下區(qū)通常情況下鋼板樁腐蝕率較低，可以在設(shè)計(jì)時(shí)將其厚度損失也一并考慮在內(nèi)，因此，可以在海水水下區(qū)使用裸鋼。此外也可以采用防腐涂層或陰極保護(hù)來達(dá)到其設(shè)計(jì)壽命。淡水水下區(qū)這種情形同海水水下區(qū)實(shí)際上是一樣的，腐蝕率也很低，因而也可以使用裸鋼。淡水水下區(qū)可以使用有機(jī)防腐涂層來延長(zhǎng)鋼板樁的壽命。 淡水水面附近沒有潮水時(shí)，板樁河堤在水面附近會(huì)發(fā)生腐蝕，特別是在運(yùn)河等水位保持不變的水域。小型運(yùn)河通常采用槽型板，大型運(yùn)河中鋼板樁使用較多。建議在臨水側(cè)水面上下lm范圍內(nèi)使用300m的干膜有機(jī)防腐涂層，其他部位不需要采取保護(hù)措施。如果水面上方的鋼板樁出于審美要求需要上色時(shí)，就要在高出水面以上的部分也使用防腐涂層。

2、鋼板樁在水利工程中的應(yīng)用

2.1圍堰

鋼板樁作為圍堰使用比較多，具有強(qiáng)度高、隔水效果好，施工方便，循環(huán)使用。鋼板樁可以根據(jù)圍堰使用時(shí)間長(zhǎng)短及成本分析比較結(jié)果采用自購或租賃。圍堰斷面根據(jù)鋼板樁懸臂高度和圍堰重要程度分別采用單排鋼板樁或雙排鋼板樁，鋼板樁圍堰的整體穩(wěn)定性通過鎖扣、圍檁、對(duì)拉筋實(shí)現(xiàn)。一般水深或擋土2m以內(nèi)的鋼板樁圍堰可采用單排6m長(zhǎng)的鋼板樁；水深或擋土超過2m的鋼板樁圍堰可采用雙排鋼板樁，雙排鋼板樁的間距2～3m，兩排鋼板樁之間填土防滲加固；特別重要的堆土圍堰在堰芯采用單排鋼板樁防滲。

2.2基坑支護(hù)

鋼板樁支護(hù)是基坑支護(hù)的一種常用型式，多應(yīng)用于工期短、空間要求高的軟土區(qū)基坑，一般呈四周或?qū)蔚男问匠霈F(xiàn)。鋼板樁基坑支護(hù)施工方便，止水效果好，可以循環(huán)利用有利于環(huán)保節(jié)能施工。比較重要的基坑支護(hù)要經(jīng)過基坑設(shè)計(jì)及評(píng)審后才能實(shí)施。

2.3樁基

鋼板樁作為樁基應(yīng)用近年來越來越多，鋼板樁通過靜壓植樁或免共振高頻液壓錘沉樁，對(duì)地基變形影響很小，特別適合于臨近建筑物的地段作為永久樁基使用，解決了樁基施工擾民和對(duì)臨近建筑物的沉降及裂縫影響。鋼板樁作為樁基在蘇州河、京杭運(yùn)河、蘆潮港等河道護(hù)岸工程中得到了成功的應(yīng)用，解決了施工擾民和對(duì)臨近建筑物的影響問題。

3、常用鋼板樁的施工設(shè)備

3.1挖掘機(jī)液壓機(jī)械手

挖掘機(jī)液壓機(jī)械手可與各類型號(hào)的挖掘機(jī)匹配使用，通過機(jī)械手高頻振動(dòng)和挖掘機(jī)臂施加外力實(shí)現(xiàn)打拔樁，是一種常用的打拔樁設(shè)備，規(guī)格型號(hào)有250、300、350、400、450型等。優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，效率高，利用和挖掘機(jī)的結(jié)合，方便靈活，實(shí)現(xiàn)夾樁、喂樁、沉樁一體化；缺點(diǎn)是噪音大，振動(dòng)影響大，周圍20～30m都受其影響，地基及周圍建筑物容易沉降裂縫等，沉樁的質(zhì)量不易控制。

3.2靜壓植樁機(jī)

靜壓植樁是利用靜壓植樁機(jī)抓住數(shù)支已壓入地基中的鋼板樁作為反力樁，利用其拔出阻力作為反力，用液壓進(jìn)行下一只樁的壓入作業(yè)。開始的幾根反力樁可以利用壓樁架堆載的方法壓入鋼板樁，壓入3～5根鋼板樁后就可以利用靜壓植樁機(jī)自行抓住反力樁進(jìn)行后續(xù)鋼板樁的壓入。靜壓植樁機(jī)單獨(dú)配有動(dòng)力單元，喂樁需要配備一臺(tái)吊車或浮吊，可以自行夾著已壓入的鋼板樁移動(dòng)行走，具有體積小，重量輕，壓樁無振動(dòng)、無噪音、無擾民、無地基沉降變形的特征，廣泛應(yīng)用在狹小空間和離建筑物較近的地段。靜壓植樁機(jī)以日本的SW100和SW150型號(hào)植樁機(jī)為主，最大壓入力可達(dá)100～150T左右，距建筑物最近0.8m可實(shí)現(xiàn)壓樁，水上、橋下均可以實(shí)現(xiàn)壓樁，堅(jiān)硬地基可以利用水力沖挖或螺旋鉆開孔輔助壓樁。缺點(diǎn)是成本較高、效率低。

3.3高頻液壓振動(dòng)錘

高頻液壓振動(dòng)錘是一種發(fā)展于二十世紀(jì)八十年代、成熟于九十年代的新型液壓樁工機(jī)械，它依靠柴油機(jī)提供強(qiáng)大動(dòng)力，采用高頻振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)沉樁和拔樁作業(yè)，現(xiàn)階段已經(jīng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)建設(shè)的諸多領(lǐng)域，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。六大特點(diǎn)：（1）是一種環(huán)保型的樁工機(jī)械。高頻液壓振動(dòng)錘與電動(dòng)錘、柴油錘相比，它施工時(shí)振感小、噪音小，不擾民，如果配備降噪動(dòng)力箱，工作時(shí)幾乎無噪音，非常適合市區(qū)、人群較集中的地方和對(duì)周圍有較嚴(yán)格限制的地方施工。（2）是一種非常高效的樁工機(jī)械。一般來說，高頻液壓振動(dòng)錘的施工效率是普通樁工機(jī)械的十倍，振動(dòng)沉樁速度一般在4—7米/分種，在非於泥地質(zhì)最快速度達(dá)到12米/分鐘，若與振動(dòng)專用樁架配套使用，則可縮短對(duì)樁時(shí)間，提高工作效率。（3）是一種比較輕便的樁工機(jī)械。與靜壓樁機(jī)相比，在相同工況條件下，高頻液壓振動(dòng)錘全部工作質(zhì)量只有靜力壓樁機(jī)的二十分之一，整套設(shè)備運(yùn)輸只需2輛中型卡車，施工時(shí)轉(zhuǎn)場(chǎng)非常方便。（4）是一種相對(duì)比較價(jià)廉的樁工機(jī)械。相對(duì)于靜壓樁機(jī)，在完成相當(dāng)工作的前提下，高頻液壓振動(dòng)錘價(jià)格更便宜。（5）是一種適用地質(zhì)范圍廣的樁工機(jī)械。高頻液壓振動(dòng)錘分常規(guī)型、高頻型、無共振型三大系列，根據(jù)地質(zhì)情況和工程需要可選用不同系列、不同激振力的高頻液壓振動(dòng)錘作為施工機(jī)械，高頻液壓振動(dòng)錘穿透卵石層、沙層、建筑垃圾等地質(zhì)層的能力很強(qiáng)，除了不能入巖，其它任何地質(zhì)條件它都能適應(yīng)。（6）是一種多功能的樁工機(jī)械。高頻液壓振動(dòng)錘不僅可以沉拔混凝土預(yù)制管樁（PHC樁）、各類型鋼板樁和鋼護(hù)筒，還可作振動(dòng)沉管灌注樁、薄壁防滲墻、地表壓實(shí)和深層壓實(shí)工程的施工，筒樁是目前在樁基礎(chǔ)領(lǐng)域中，非常具有應(yīng)用和推廣前景的一種新型成樁工藝，用高頻液壓振動(dòng)錘作筒樁施工，是當(dāng)前一種經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的成樁工藝，它比當(dāng)前旋挖鉆機(jī)成孔的灌注樁更高效、更環(huán)保、更節(jié)能。

特別是ICE公司的免共振高頻液壓振動(dòng)錘，規(guī)格多，性能好，振動(dòng)頻率有效避開了土壤和鋼板樁的共振頻點(diǎn)，使沉樁作業(yè)不會(huì)引起周圍土壤和地基的變形，保證了基坑的穩(wěn)定和周圍建筑物的安全，可以貼近建筑物進(jìn)行沉樁，有效解決了沉樁擾民和臨近建筑物沉降、位移、開裂等糾紛問題。

4、結(jié)束語

本文涉及的鋼板樁、鋼板樁圍堰、鋼板樁基坑支護(hù)、鋼板樁樁基以及沉樁設(shè)備在蘇州河河道治理工程、龍華港泵閘外移工程、蘆潮港河道治理工程中得到了充分的成功應(yīng)用，均是本人親歷親為，總結(jié)感受如下：（1）熱軋鋼板樁生產(chǎn)工藝復(fù)雜、價(jià)格高、承載及止水效果好。適用比較重要的工程和部位。（2）冷彎鋼板樁生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低、承載及止水效果差。適用一般的工程和部位。（3）鋼板樁圍堰及基坑支護(hù)施工簡(jiǎn)單，效率高，可重復(fù)循環(huán)利用。（4）鋼板樁樁基適合在臨近建筑物地段使用，可以作為樁基承載，有效解決了砼板樁沉樁困難和對(duì)環(huán)境的影響。（5）挖掘機(jī)液壓機(jī)械手施工操作簡(jiǎn)單，效率高，利用和挖掘機(jī)的結(jié)合，方便靈活，實(shí)現(xiàn)夾樁、喂樁、沉樁一體化，成本低。缺點(diǎn)是噪音大，振動(dòng)影響大。（6）靜壓植樁機(jī)體積小，壓力大，噪音小，非常環(huán)保，適合場(chǎng)地狹窄和臨近建筑物地段施工。缺點(diǎn)是效率低、成本高。

參考文獻(xiàn)：

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