硬塑土層中拉森鋼板樁導(dǎo)入式施工技術(shù)研究與應(yīng)用

(安徽水安建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601)

拉森鋼板樁的適應(yīng)性大，優(yōu)點(diǎn)明顯，在建橋圍堰、大型管道鋪設(shè)、臨時(shí)溝渠開(kāi)挖等工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。拉森鋼板樁在軟塑或可塑土層中的施工方法已經(jīng)比較成熟，市場(chǎng)上也開(kāi)始在河道拓寬，船閘新建、修建等方面開(kāi)始應(yīng)用。因水利建設(shè)項(xiàng)目的土層地質(zhì)條件復(fù)雜多變，故采用傳統(tǒng)拉森鋼板樁的施工方法將無(wú)法滿(mǎn)足土層地質(zhì)環(huán)境變化的要求。

本文擬以澮河固鎮(zhèn)復(fù)線(xiàn)船閘工程為背景，對(duì)硬塑土層中拉森鋼板樁施工進(jìn)行研究與應(yīng)用，為類(lèi)似地質(zhì)條件下拉森鋼板樁施工提供一種可靠的方法。

1 技術(shù)原理

硬塑土層中進(jìn)行拉森鋼板樁施工，由于鋼板樁底部承載力大，插打困難，采用大功率的振動(dòng)錘，易造成拉森鋼板樁鎖口的損壞、拉森鋼板樁彎曲變形。

通過(guò)在傳統(tǒng)拉森鋼板樁上稍加改動(dòng)，制成專(zhuān)門(mén)引孔工具——拉森鋼板樁水刀。拉森鋼板樁水刀是一種在傳統(tǒng)拉森鋼板樁上焊接無(wú)縫鋼管并與高壓水泵連接的裝置，在打入的同時(shí)開(kāi)動(dòng)高壓水泵，使鋼板樁底部形成高壓水幕，在高頻液壓振動(dòng)錘與高壓水雙重作用下切割土層，從而能有效地打入，完成傳統(tǒng)拉森鋼板樁的引孔。待拉森鋼板樁水刀打入到設(shè)計(jì)高程后，將其拔出，再用傳統(tǒng)拉森鋼板樁打入土層中，完成拉森鋼板樁的施工。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

澮河固鎮(zhèn)復(fù)線(xiàn)船閘按照1000t級(jí)Ⅲ級(jí)通航建筑物設(shè)計(jì)，主體工程標(biāo)準(zhǔn)為Ⅱ級(jí)建筑物，船閘設(shè)計(jì)年通過(guò)能力1332萬(wàn)t。船閘下游設(shè)公路橋一座，橋墩承臺(tái)最大埋深14m，現(xiàn)場(chǎng)不具備進(jìn)行大開(kāi)挖的條件，必須對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)處理，在各方案比較后選用拉森鋼板樁進(jìn)行支護(hù)。在承臺(tái)施工范圍內(nèi)土層主要有軟塑土、可塑土、硬塑土層。

2.2 施工工藝流程

硬塑土層中拉森鋼板樁導(dǎo)入式施工工藝流程如圖1所示。

圖1 硬塑土層中拉森鋼板樁導(dǎo)入式施工工藝流程

2.3 施工操作要點(diǎn)

2.3.1 施工準(zhǔn)備

編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案，并組織專(zhuān)家論證，按照審批后的施工方案進(jìn)行施工，進(jìn)場(chǎng)后根據(jù)已報(bào)批的施工方案對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底。

2.3.2 拉森鋼板樁檢查、矯正、吊運(yùn)、堆放

2.3.2.1 拉森鋼板樁的檢查

拉森鋼板樁施工時(shí)在鎖口插打過(guò)程中易摩擦發(fā)熱，相鄰兩根鋼板樁因鎖口溫度較高容易導(dǎo)致焊在一起，不容易進(jìn)行拆除，故用于基坑支護(hù)的拉森鋼板樁在選擇材料時(shí)宜選用冷軋鋼，冷軋鋼強(qiáng)度高、扭曲后不易變形、可焊性較熱軋鋼差的特點(diǎn)，均滿(mǎn)足拉森鋼板樁的使用要求。

拉森鋼板樁陸運(yùn)進(jìn)場(chǎng)前必須按照標(biāo)準(zhǔn)鋼板樁對(duì)其進(jìn)行逐根檢查，以保證鋼板樁平整度和鎖口完好性。同時(shí)要清除鎖口內(nèi)雜物(如電焊瘤渣、廢填充物等)，對(duì)缺陷部位加以整修。樁身殘缺、殘跡、不整潔、銹皮、卷曲等有缺陷的鋼板樁不得使用。每根鋼板樁鎖口須均勻涂以混合油，以保證鋼板樁在施工過(guò)程中能順利插拔，增加鋼板樁的防滲性能。

新鋼板樁必須符合同廠(chǎng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，重復(fù)使用的鋼板樁應(yīng)符合下表的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，否則在打設(shè)前應(yīng)予以矯正。

2.3.2.2 鋼板樁的矯正

a.表面缺陷矯正。先清洗缺陷附近表面的銹蝕和油污，然后用焊接修補(bǔ)的方法補(bǔ)平，再用砂輪磨平。

b.鋼板樁端頭矯正。一般用氧乙炔切割樁端，使其與軸線(xiàn)保持垂直，然后再用砂輪對(duì)切割面進(jìn)行磨平修整。當(dāng)修整量不大時(shí)，也可直接采用砂輪進(jìn)行修理。

c.樁體撓曲矯正。腹向彎曲矯正是在鋼板樁變曲段的兩端固定的支承點(diǎn)上，用設(shè)置在龍門(mén)式頂梁架上的千斤頂頂在鋼板樁凹凸處進(jìn)行冷彎矯正；側(cè)向彎曲矯正通常在專(zhuān)門(mén)的矯正平臺(tái)上進(jìn)行，將鋼板樁彎曲段的兩端固定在矯正平臺(tái)的支座上，用設(shè)置在鋼板樁的彎曲段側(cè)面矯正平臺(tái)上的千斤頂頂壓鋼板樁彎凸處，進(jìn)行冷彎矯正。

d.樁體截面局部變形矯正。對(duì)局部變形處用千斤頂頂壓、大錘敲擊與氧乙炔焰熱烘相結(jié)合的方法進(jìn)行矯正。

e.鎖口變形矯正。用標(biāo)準(zhǔn)鋼板作為鎖口整形胎具，采用慢速卷?yè)P(yáng)機(jī)牽拉調(diào)整處理，或采用氧乙炔熱烘和大錘敲擊胎具推進(jìn)的方法進(jìn)行調(diào)直處理。

2.3.2.3 吊運(yùn)

裝卸鋼板樁采用兩點(diǎn)吊。吊運(yùn)時(shí)，每次起吊的鋼板樁根數(shù)不宜超過(guò)2根，吊運(yùn)拉森鋼板樁時(shí)應(yīng)注意保護(hù)鎖口免受損傷。

2.3.2.4 鋼板樁堆放

鋼板樁堆放的地點(diǎn)，要選擇在不會(huì)因壓重而發(fā)生較大沉陷變形的平坦而堅(jiān)固的場(chǎng)地上，并便于運(yùn)往打樁施工現(xiàn)場(chǎng)。

堆放時(shí)應(yīng)注意：

a.堆放的順序、位置、方向和平面布置等應(yīng)考慮到以后的施工方便。

b.鋼板樁要按型號(hào)、規(guī)格、長(zhǎng)度分別堆放，并設(shè)置標(biāo)牌說(shuō)明。

c.鋼板樁應(yīng)分層堆放，每層堆放數(shù)量一般不超過(guò)5根，各層間要墊枕木，墊木間距一般為3～4m，且上、下層墊木應(yīng)在同一垂直線(xiàn)上，堆放的總高度不宜超過(guò)2m。

2.3.3 場(chǎng)地整平及測(cè)量放線(xiàn)

施工前對(duì)需打設(shè)鋼板樁的部位及堆放場(chǎng)地進(jìn)行平整，清除施工部位表面樹(shù)根及大塊石等障礙物。測(cè)量前應(yīng)做好測(cè)量控制網(wǎng)和水準(zhǔn)基點(diǎn)，根據(jù)復(fù)測(cè)報(bào)批的測(cè)量成果，嚴(yán)格按照坐標(biāo)法施測(cè)基坑平面位置和尺寸，并在插打鋼板樁的過(guò)程中控制測(cè)量垂直度及時(shí)進(jìn)行糾偏。

2.3.4 導(dǎo)向架安裝

為保證鋼板樁沉樁的垂直度及施打板樁墻墻面的平整度，在鋼板樁打入時(shí)應(yīng)設(shè)置導(dǎo)向架。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線(xiàn)結(jié)果，在鋼板樁基坑的邊線(xiàn)兩邊，開(kāi)挖寬1.0m，深度約0.8m的導(dǎo)向槽。根據(jù)施工圖紙，安裝導(dǎo)向架，導(dǎo)向架是由雙拼40b工字鋼拼焊接而成，且與導(dǎo)向連接桿(L10×10角鋼)組成的框架式導(dǎo)向裝置(見(jiàn)圖2)。為了確保插打位置準(zhǔn)確，采用交會(huì)測(cè)量的方法控制其平面坐標(biāo)和垂直度。

圖2 導(dǎo)向架示意圖

2.3.5 水刀拉森鋼板樁制作、加工

水刀拉森鋼板樁主要設(shè)備及材料：電焊機(jī)、磨光機(jī)、高壓水泵、無(wú)縫鋼管、定位卡、高壓水管、傳統(tǒng)拉森鋼板樁等。

a.準(zhǔn)備一根長(zhǎng)度與傳統(tǒng)拉森鋼板樁一致，直徑2.5cm的無(wú)縫鋼管。

b.在傳統(tǒng)拉森鋼板樁凹側(cè)居中放線(xiàn)，確保該線(xiàn)與拉森鋼板樁邊線(xiàn)平行。

c.在放好的線(xiàn)上，擺放無(wú)縫鋼管，并通過(guò)固定卡把無(wú)縫鋼管牢固地焊接在拉森樁上。

d.距離拉森樁的底部約20cm處，在無(wú)縫鋼管端部焊接兩個(gè)噴嘴，噴嘴口呈尖形，且嘴口直徑大小為1cm。

e.通過(guò)高壓水管將傳統(tǒng)拉森樁的另一頭與高壓水泵連接成型。

到此“水刀”拉森鋼板樁制作完成，具體形式如圖3～圖4所示。

圖3 “水刀”拉森鋼板樁剖面

圖4 “水刀”拉森鋼板樁立面圖

2.3.6 水刀拉森鋼板樁引孔施工

a.將“水刀”拉森鋼板樁與高壓水泵連接好并試運(yùn)行調(diào)試，檢查高壓水泵壓力表讀數(shù)是否正常、高壓水管接頭處是否漏水、無(wú)縫鋼管是否有因焊接造成破裂等現(xiàn)象，若有上述現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)處理。處理完成繼續(xù)運(yùn)行整個(gè)裝置，運(yùn)行正常后進(jìn)行下一步施工。

b.檢查整個(gè)裝置運(yùn)行無(wú)問(wèn)題后，關(guān)閉高壓水泵；用起重機(jī)把“水刀”拉森鋼板樁吊裝到施打位置。

c.用振動(dòng)錘把水刀拉森鋼板樁打入土層1～2m，然后打開(kāi)高壓水泵，高壓水泵壓力控制在5～10MPa。繼續(xù)往下施工水刀拉森鋼板樁，直到打至設(shè)計(jì)高程，并在設(shè)計(jì)高程處停放5～10s。

d.引孔成功后，即可拔出水刀拉森鋼板樁，拔出時(shí)應(yīng)根據(jù)地層情況控制拔出速度，在地層堅(jiān)硬處速度應(yīng)適度放慢。利用泥漿充分潤(rùn)滑孔壁，確保傳統(tǒng)拉森鋼板樁能夠順利施工。

e.拔出水刀拉森鋼板樁后，應(yīng)將其放置于不影響下一步施工的位置。

2.3.7 傳統(tǒng)拉森鋼板樁施工

將傳統(tǒng)拉森鋼板樁放置在水刀拉森鋼板樁引孔位置，將相鄰的鎖口咬合，為防止鎖口中心線(xiàn)平面位移，在打樁進(jìn)行方向的鋼板樁鎖口處設(shè)卡板，阻止板樁位移。開(kāi)動(dòng)高頻液壓振動(dòng)錘，振動(dòng)錘施打過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制測(cè)量鋼板樁垂直度,及時(shí)進(jìn)行糾偏。

打樁過(guò)程中在導(dǎo)向架上預(yù)先算出每塊板樁的位置，以便隨時(shí)檢查校正。開(kāi)始打設(shè)的一、二塊鋼板樁的位置和方向應(yīng)確保精確，以便起到樣板導(dǎo)向作用，故每打入1m應(yīng)測(cè)量一次，打至預(yù)定深度后應(yīng)立即用鋼筋或鋼板與圍檁支架焊接固定。

施打方法采用單樁打入法，從基坑一角開(kāi)始逐塊插打，直至基坑支護(hù)合攏。

2.3.8 基坑內(nèi)土方開(kāi)挖及圍檁安裝

基坑土方開(kāi)挖采用沖挖方法進(jìn)行施工，在基坑內(nèi)開(kāi)挖集水坑，并安裝泥漿泵一臺(tái)，人工持高壓水槍將土體沖散，沖成泥漿，并用泥漿泵抽出基坑，如此反復(fù)循環(huán)直至沖挖達(dá)到圍檁安裝高程。

按照設(shè)計(jì)要求程序進(jìn)行安裝內(nèi)支撐，基坑圍檁及支撐采用雙拼40b工字鋼，角鋼短牛腿作為圍檁安裝的臨時(shí)托架。施工步驟為：安裝焊接臨時(shí)托架(牛腿)→安裝圍檁、支撐→焊設(shè)上限位鋼板→支撐與圍檁加焊。支撐安裝完成后用硬木楔塞緊板樁與圍檁之間的間隙。

2.3.9 基坑內(nèi)結(jié)構(gòu)物施工及基坑回填

按照?qǐng)D紙要求對(duì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行施工，待結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度達(dá)到要求后，進(jìn)行基坑回填?；靥钚枧c拆除圍檁交互進(jìn)行。需確保拉森鋼板樁與結(jié)構(gòu)物間回填密實(shí)且回填處基坑內(nèi)外壓力基本相同，再進(jìn)行圍檁拆除，循環(huán)往復(fù)直至回填至基坑頂。

2.3.10 鋼板樁基坑拆除

結(jié)構(gòu)物基坑回填土至樁頂后，即可進(jìn)行拉森鋼板樁的拔除工作，對(duì)于封閉式鋼板樁墻，拔樁的開(kāi)始點(diǎn)離開(kāi)樁角5根以上，必要時(shí)還可間隔拔除。拔樁順序一般與打樁順序相反。拔除時(shí)應(yīng)注意吊車(chē)位置離基坑外1.5m，并在吊車(chē)底部鋪設(shè)鋼板，防止拔除拉森鋼板樁后，便道發(fā)生不均勻沉降，造成吊車(chē)偏移和安全隱患。

鋼板樁拔除后留下的土孔應(yīng)及時(shí)回填處理，特別是周?chē)薪ㄖ?、?gòu)筑物或地下管線(xiàn)的場(chǎng)合，尤其應(yīng)注意及時(shí)回填，否則往往會(huì)引起周?chē)馏w位移及沉降，并由此造成鄰近建筑物等的破壞。

3 結(jié)論及建議

硬塑土層中拉森鋼板樁導(dǎo)入式施工技術(shù)成功解決了在特殊地質(zhì)情況下傳統(tǒng)拉森鋼板樁插打困難、易造成拉森鋼板樁鎖口的損壞、拉森鋼板樁彎曲變形的難題，具有較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，且采用該技術(shù)施工，有效地減少了拉森鋼板樁鎖口的損壞，增加了拉森鋼板樁周轉(zhuǎn)次數(shù)，降低了施工成本，具有廣闊的市場(chǎng)前景。