鋼板樁在掘石港航道整治工程中的應(yīng)用

沈 詠

[1.上海城投航道建設(shè)有限公司，上海市 200441；2.上海城投公路投資（集團(tuán)）有限公司第四事業(yè)部，上海市 200441]

0 引 言

為了實(shí)現(xiàn)上?！耙画h(huán)十射”主干航道為骨架，著力發(fā)展內(nèi)河集裝箱運(yùn)輸，打造高等級內(nèi)河航道網(wǎng)的內(nèi)河航運(yùn)發(fā)展規(guī)劃，航道整治工程數(shù)量日益增多。鋼板樁因施工便捷、質(zhì)量可控、占地少、影響小等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用在航道整治工程中，發(fā)揮著經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，應(yīng)得到大力的推廣和應(yīng)用[1]。

1 工程概況

平申線航道上海段作為長江三角洲航道網(wǎng)的重要組成部分，是上海市“一環(huán)十射”高等級航道之一，也是平湖、嘉興、海寧、海鹽等地與上海間大宗物資的重要運(yùn)輸線。掘石港航道屬于平申線航道一段，全長3.50 km。整治完成后，由原來Ⅳ級航道提升到Ⅲ級航道，將對進(jìn)一步優(yōu)化上海港集疏運(yùn)體系、改善兩岸交通條件和環(huán)境質(zhì)量、提高防洪除澇能力具有重要作用。

2 鋼板樁在本工程的應(yīng)用

2.1 永久工程

鋼板樁在永久工程中的應(yīng)用主要為鋼板樁護(hù)岸。以本工程為例，護(hù)岸主要分為高樁承臺擋墻結(jié)構(gòu)、低樁承臺擋墻結(jié)構(gòu)和特殊段護(hù)岸結(jié)構(gòu)。由于本工程地處鎮(zhèn)區(qū)段，航道兩岸緊鄰企業(yè)和居民，動拆遷工作繁重和艱巨，從規(guī)劃藍(lán)線到陸域控制線僅僅為8 m的征地范圍，個別企業(yè)如電力公司、自來水公司的征地范圍僅僅為4 m，此時(shí)鋼板樁占用空間小、施工簡便快捷、周邊影響小、無須圍堰施工等優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。整個掘石港航道沿線大多為工況條件差、需要加快施工的整治岸段，因此大多采用以鋼板樁為樁基的高樁承臺擋墻結(jié)構(gòu)。

本工程高樁承臺擋墻結(jié)構(gòu)前方為鋼板樁樁基，后方為預(yù)制方樁或者灌注樁樁基，前后方樁基用底板相連，底板與其上方防汛墻連為一體，增加其整體性。防汛墻根據(jù)防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)50 a重現(xiàn)期，頂標(biāo)高為+5.14 m。鋼板樁長度根據(jù)不同岸段位置略有不同，長度為13 m和16 m兩種。圖1為典型高樁承臺擋墻結(jié)構(gòu)斷面圖。

圖1 典型高樁（13 m樁長）承臺擋墻結(jié)構(gòu)斷面圖

此結(jié)構(gòu)形式用于相鄰建筑物離開征地線大于6 m的岸段。由于周邊工況較好，護(hù)岸樁基施工對相鄰建筑物基本沒有影響，是本項(xiàng)目主推的結(jié)構(gòu)形式（見圖2）。

圖2 典型高樁承臺擋墻結(jié)構(gòu)與相鄰建筑物關(guān)系

除了典型高樁承臺擋墻結(jié)構(gòu)，對于特殊段護(hù)岸，鋼板樁護(hù)岸也發(fā)揮著作用。本工程存在3戶居民，其住所為磚砌房屋，緊貼著陸域控制線，其房屋基礎(chǔ)已在征地范圍線內(nèi)?？紤]到這3戶居民不愿意被征收房屋，且一直對施工加以阻撓，出于對其房屋的保護(hù)和滿足汛期防汛要求，確保工程推進(jìn)，經(jīng)過各方商議決定，采用水上施工的方式，在原來的護(hù)岸護(hù)坡外貼壁加固。這類鋼板樁施工的優(yōu)點(diǎn)在于施工周期短；對周邊影響范圍小，避免居民的施工阻撓；對緊貼陸域控制線的房屋幾乎沒有影響。

結(jié)構(gòu)形式為單排鋼板樁樁基，鋼板樁長度為13 m，上方與防汛墻連為一體。防汛墻標(biāo)高+5.14 m。樁基背水面與老護(hù)岸之間用碎石、回填土填充壓實(shí)，保留老護(hù)岸。此結(jié)構(gòu)形式范圍長度為50 m。圖3為特殊段護(hù)岸結(jié)構(gòu)斷面形式一。

圖3 特殊段護(hù)岸結(jié)構(gòu)斷面形式一

本工程還涉及已建跨航道橋梁下方護(hù)岸整治范圍。由于橋梁最低處凈空僅為8m，受限于其凈空高度，橋下樁基無法施打，新建后方有現(xiàn)狀橋墩，無法進(jìn)行較深的基坑開挖。借鑒該段對岸橋下采用6 m+6 m=12 m無錨鋼板樁接樁的成功施工經(jīng)驗(yàn)，本次采用6 m+6 m=12 m的鋼板樁接樁無錨板樁結(jié)構(gòu)形式，利用鋼板樁能焊接的特性，先對6 m長的鋼板樁進(jìn)行施打，入土后對露出地面的樁采用H型鋼樁前后錯位焊接的方式對另一半6 m樁長的鋼板樁作接樁處理，繼續(xù)施打。最終保證了鋼板樁的入土深度，確保了護(hù)岸結(jié)構(gòu)的安全。

結(jié)構(gòu)形式為上下各一根6 m鋼板樁焊接為12 m整體長度的單排鋼板樁樁基，上方與防汛墻連為一體。防汛墻標(biāo)高+5.14 m。此結(jié)構(gòu)形式范圍長度為30 m。圖4為特殊段護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式二。

圖4 特殊段護(hù)岸結(jié)構(gòu)斷面形式二

2.2 臨時(shí)工程

鋼板樁在臨時(shí)工程中多用于鋼板樁圍堰和基坑維護(hù)。本工程大量采用了鋼板樁圍堰作為臨時(shí)工程，以便利于樁承臺擋墻結(jié)構(gòu)施工。鋼板樁圍堰與傳統(tǒng)填土圍堰相比,具有重量輕、強(qiáng)度高、鎖口緊密、施工方便、施工進(jìn)度快、更安全、占地空間小等優(yōu)點(diǎn),在城市內(nèi)的窄河涌堤岸整治工程、水深較大、流急、淤泥或粉細(xì)砂等軟基上使用較為有利。

由于圍堰屬于臨時(shí)工程，一般由施工單位考慮其布置形式，因此以往的航道整治工程，施工單位都會采用圓木樁、槽鋼及管樁作為支撐，并在回填土方前用竹籬笆及土工布作為內(nèi)襯完全阻隔外水的圍堰形式。此類圍堰形式雖然施工方便、材料容易獲得，但是具有以下缺陷：

（1）圍堰施工完成后，在使用過程中可能因船行波沖刷、水流及水下暗流等因素影響，圍堰內(nèi)土體流失，造成圍堰整體受力不均衡。因圍堰內(nèi)外水位高差較大，堰體內(nèi)產(chǎn)生管涌時(shí)，泥水瞬間沖進(jìn)圍堰內(nèi)，造成人員和財(cái)產(chǎn)損失。

（2）圍堰施工完畢后，無法確保完全清理竹籬笆格柵及土工布，部分流入航道水域中，籬笆格柵會造成水域污染，而土工布柔性半漂浮物的狀態(tài)殘留在河道航道。若過往船舶動力推進(jìn)器螺旋槳絞入土工布，勢必會造成船只突然失去動力，對自身和過往船舶的航行安全均造成影響。

（3）圍堰屬臨時(shí)工程，一般沒有統(tǒng)一施工圖。如果一個航道整治工程有多個標(biāo)段，就會造成每個標(biāo)段的圍堰五花八門、千姿百態(tài)。由于沒有圍堰施工圖，施工單位對于航道深度估計(jì)不足，又屬于臨時(shí)工程，可能施工圍堰時(shí)存在偷工減料現(xiàn)象，圍堰尚未投入使用就已傾斜甚至坍塌，造成時(shí)間的浪費(fèi)和財(cái)產(chǎn)的損失。

本工程由于掘石港鎮(zhèn)區(qū)邊緣段毗鄰一條公路，其距離現(xiàn)狀護(hù)岸最近僅為5 m。因此，考慮到公路對新建護(hù)岸結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定產(chǎn)生影響，采用了低樁承臺結(jié)構(gòu)形式的護(hù)岸。其樁基和底板全部沉入土中，其受力性能好，能承受公路車輛行駛所帶來的水平外力。由于低樁承臺需要在干地施工開挖，因此需臨水側(cè)采用拉森型鋼板樁形式的臨時(shí)圍堰。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)、勘察資料及防汛標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算得出：對于現(xiàn)狀泥面標(biāo)高于0 m和-2.0 m需要圍堰施工的范圍分別采用樁長為12 m和16 m的雙排鋼板樁圍堰結(jié)構(gòu)形式（見圖5和圖6）。鋼管樁與鋼板樁之間固定牢靠，防止發(fā)生錯位。槽鋼作為橫向圍檁，并用鋼拉桿連接加固，以增加雙排鋼板樁圍堰的整體強(qiáng)度。黏土填芯高度接近鋼板樁頂標(biāo)高，最后頂部采用袋裝土壓頂，達(dá)到+4.5 m標(biāo)高，確保汛期施工安全。

圖5 適用于現(xiàn)狀泥面標(biāo)高于0 m的圍堰斷面形式

圖6 適用于現(xiàn)狀泥面標(biāo)高于-2.0 m的圍堰斷面形式

本工程通過施工圖形式確定圍堰工程，也是對之前航道整治過程中傳統(tǒng)圍堰施工的一次探索和嘗試。圍堰施工作為臨時(shí)工程往往被大家所忽視，認(rèn)為這只是施工單位的措施而已。然而在實(shí)際航道整治過程中，由于航道岸線長，現(xiàn)狀護(hù)岸復(fù)雜，需要圍堰施工不在少數(shù)，傳統(tǒng)的圍堰形式在施工過程中及拆除后都存在各種各樣的問題，且始終不能得到很好解決。因此，鋼板樁臨時(shí)圍堰在施工圖中的體現(xiàn)有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）招投標(biāo)階段，施工單位直接根據(jù)圖紙清單進(jìn)行報(bào)價(jià)，而不是以措施費(fèi)用報(bào)價(jià)，能更準(zhǔn)確地測算費(fèi)用，用到實(shí)處。

（2）由于圍堰都按施工圖統(tǒng)一布置，完成的圍堰整齊統(tǒng)一，并兼顧汛期防汛作用。

（3）嚴(yán)格按圖施工不會因?yàn)閲邇A斜倒塌而造成返工。此外，監(jiān)理單位對照施工圖紙便于對圍堰施工進(jìn)行監(jiān)督管理，防止偷工減料現(xiàn)象的發(fā)生。

鋼板樁圍堰因水密性好、穩(wěn)定性強(qiáng)、施工方便、重復(fù)利用，且拆除后不影響船舶航行安全的優(yōu)勢，逐漸成為航道整治工程主流的圍堰形式。鋼板樁圍堰體現(xiàn)在施工圖上，以統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)保證了圍堰能一次成型，避免圍堰傾斜甚至坍塌，應(yīng)該在往后的航道整治工程中大力推廣。

3 鋼板樁在施工過程中常見問題及解決方法

3.1 防腐處理

鋼板樁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是以最少的鋼量提供最佳的強(qiáng)度和耐久性，其最大的問題是如何做好防腐處理。在本工程中，鋼板樁護(hù)岸作為永久結(jié)構(gòu)，水位變動區(qū)是最容易腐蝕的，因此該區(qū)域防腐處理就尤為重要。一般在鋼板樁打入前，進(jìn)行除銹和防腐處理。就本工程而言，防腐范圍為自樁頂向下0.3 m到允許沖刷泥面以下2 m，并且雙面防腐，其防腐涂層采用環(huán)氧重防腐涂料（一道成膜），干膜厚度為500 μm，涂層性能應(yīng)滿足設(shè)計(jì)使用年限20 a以上的防腐蝕涂層性能要求，并能提供有資質(zhì)檢測機(jī)構(gòu)的質(zhì)量檢測報(bào)告和涂層質(zhì)保書。

3.2 沉樁傾斜

在航道整治施工過程中，由于各種因素的影響，鋼板樁沉樁的過程中經(jīng)常出現(xiàn)傾斜的問題。如鋼板樁運(yùn)輸和存放不當(dāng)，容易出現(xiàn)變形的問題，致使鋼板樁的垂直度出現(xiàn)偏差。另外，在打樁的過程中，施工人員的操作失誤、憑經(jīng)驗(yàn)或目測放樁，導(dǎo)致還未施打就已經(jīng)傾斜；又或者鋼板樁因捶打力度過大而出現(xiàn)傾斜。因此，為了控制鋼板樁垂直度，在施工前要嚴(yán)格檢查鋼板樁是否存在變形的現(xiàn)象。同時(shí)在沉樁的過程中應(yīng)采用導(dǎo)向架作為輔助，確保鋼板樁、振動錘和樁位控制同一直線上，并控制施打速度和力度。施打完成之后，用測量儀器對垂直軸向方向進(jìn)行復(fù)核。若偏差超出規(guī)范要求，則拔起重新調(diào)整施打[2]。

3.2 共連樁問題

施工過程中有時(shí)會出現(xiàn)后施打的樁會連同相鄰已施打完成的樁一起下沉的現(xiàn)象。這是因?yàn)樵诖蜾摪鍢杜c相鄰鋼板樁咬合面摩擦力大于已打鋼板樁承載力，或者已施打鋼板樁發(fā)生的傾斜和扭曲幅度較大，從而容易產(chǎn)生已打鋼板樁會被拖著下沉。處理方法為：

（1）經(jīng)常檢查并及時(shí)糾正已傾斜鋼板樁。

（2）在軟土施工中，前一根樁預(yù)留一定高度用來消除被動下沉量，結(jié)束時(shí)再將鋼板樁打到設(shè)計(jì)高程。

（3）嚴(yán)格按照規(guī)定將前后下沉的鋼板樁底部的鎖口對接好，以免出現(xiàn)連樁現(xiàn)象[3]。

4 結(jié)語

板樁結(jié)構(gòu)目前在臨時(shí)性工程中應(yīng)用較多，在水運(yùn)工程的永久結(jié)構(gòu)建設(shè)中，鋼板樁的使用量與我國水運(yùn)建設(shè)發(fā)展的規(guī)模和速度相比，普及率仍然不算很高。因此，在鋼板樁施工技術(shù)領(lǐng)域存在很多值得探索和改進(jìn)的空間。

隨著上海及長江三角洲內(nèi)河集裝箱運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，更多的航道會得到整治升級。鋼板樁將在航道整治工程中得到廣泛應(yīng)用，尤其是在工期緊、征地拆遷困難、對施工環(huán)境影響要求高、周圍建筑物密集的情況下，更能體現(xiàn)出其優(yōu)勢所在[4]。因此，在航道整治工程中推廣應(yīng)用鋼板樁是大勢所趨。