拉森钢板桩施工工艺及质量控制要点

拉森钢板桩施工工艺及质量控制要点厦门工程有限公司黄树榕徐创才摘要本文通过施工实践与摸索并结合了施工过程中遇到的具体问题及解决问题的方法，较为详细地阐述了18米拉森钢板桩的施工工艺和质量控制要点。关键词拉森钢板桩施工工艺质量控制要点1.项目概况甬江特大桥是浙江省宁波市绕城高速公路东段的一座特大型桥梁，大桥跨越宁波市镇海和北仑两个辖区，建成后为宁波市标志性工程。经变更后：全长1.478km，桥的主桥跨径组成为（54+166+468+166+54）m，双菱形连体桥塔斜拉桥。索塔承台为62×33×5.5m的矩形整体式钢筋混凝土结构。D2索塔位置现地面标高为＋2.45m，承台基坑开挖平面尺寸为65×36m，开挖深度为6.45m，开挖面积2340m2左右，开挖方量约14976m3。2.土层技术参数在D2索塔承台基坑支护设计深度内的地基土，由浅至深主要有以下几层：2.1I1填土：层厚0.7～1.7m。2.2I2亚粘土灰黄色、灰褐色，软塑～硬塑，含少量铁锰质斑块，层厚0.0～1.0m。层底深度1.4～3.6m。地基土容许承载力[σ0]=70kpa。2.3II1淤泥质亚粘土灰色、流塑、饱和，多呈薄层状，局部相变为淤泥质粘土。顶板埋深1.4～3.6m。层底深度10.50～18.00。地基土容许承载力[σ0]=50kpa。天然孔隙比1.394,饱和度97.6％，液性指数1.99，塑性指数13.5，粘聚力5.0kPa，内摩擦角8.1°。高含水量、高压缩性，物理力性质差，为本工程主要地基压缩层，易变形和失稳。2.4II2淤泥淤泥，灰色，流塑，厚层状，土质不均一，局部为淤泥质粘土，含少量贝壳碎片。顶板埋深2.00m。层底深度11.00m。厚度9.00m。地基土容许承载力[σ0]=50kpa。天然孔隙比1.631，饱和度96.6％，液性指数1.52，塑性指数27.0，粘聚力6.0kPa，内摩擦角0.9°。高含水量、高压缩性，物理力学性质差，为本工程主要地基压缩层，易变形和失稳。2.5III1淤泥质粘土灰色、饱和、流塑，薄层状～鳞片状结构。顶板埋深10.50～17.30m，层厚18.80～33.50m。地基土容许承载力[σ0]=58kpa。天然孔隙比1.407，饱和度97.8，液性指数1.37，塑性指数17.4，粘聚力8.0kPa，内摩擦角6.8°。高含水量、高压缩性，物理力学性质差，为本工程主要地基压缩层，易变形和失稳。2.6III2亚粘土灰色，流塑～软塑，薄层，夹亚砂土薄层。顶板埋深20.5～35.5m，层厚30.00～43.8m。厚度3.0～19.1。地基土容许承载力[σ0]=90kpa。天然孔隙比0.937，饱和度100.0，液性指数0.79，塑性指数15.1，粘聚力30.0Pa，内摩擦角17.3°。本工程地下土层没有承压水。图1钻探孔平面位置图图2工程地质断面图3.不利因素3.1宁波地区的软土力学性质差，对变形比较敏感；土层为鳞片状，排水性能很差；天然孔隙比、饱和度高。3.2承台边线距离水渠最近约为7.0m左右，距离甬江大堤最近20.39m，东侧边线距离便道最近9.5m左右；承台南侧边线距离便道最近约为12.5m左右；承台西侧边线距离施工道路最近为7.6m左右；承台北侧边线距离热力管道最近为4.3m左右，重力式大堤高出基坑底近5m，要考虑大堤和水渠的整体稳定性。3.3基坑开挖时间为2008年10月份，这个季节处于高潮位期、台风期，百年一遇水位为＋3.72m，此时水压高度7.72m。3.4受水渠、热力管道、防汛大堤、水平支撑的影响，出土方向只能在南边，挖土比较慢。工程桩净间距约为3.4m，导致局部修土困难。4.围堰设计形式D2索塔承台根据基坑工程上述特点及施工条件并结合以往工程实践经验和项目自身的条件（镇海侧采用钢管桩施工，采用的钢管桩材料将用在全桥支架上，如果北仑侧也采用钢管桩施工，将产生多余的支撑材料且北仑侧土质较镇海侧差，水位较高，土体稳定性受渗水影响较大），经过多个方案的分析计算比较，决定选用以下支护结构形式：基坑东侧、南侧、西侧三侧采用ⅣW型（600mm×210mm×18mm）钢板桩围护，靠近水渠一侧（北侧）采用φ610δ8螺旋电焊钢管桩，根据不同地段土层情况，桩长24.00m～27.00m。考虑到北面靠近河渠，为了防止渗水，在钢管桩外侧施打一排长12m，型号为（400mm×170mm×15.5mm）的钢板桩。钢板桩中心离承台边距离≥1.5m。围堰支护桩与围檩需尽量紧靠，在牛腿位置两者需采用焊接连接，其中空隙采用素混凝土充实，在其间放置一定数量的φ10钢筋防止混凝土受力后开裂后掉落。φ10钢筋必要时与围檩、支护桩焊接固定。具体分布如下图：桥墩承台边线图3图4基坑支撑示意图5.钢板桩围堰施工结构的设计计算5.1计算方式计算工具采用理正基坑支护软件，结合部分手工复核计算。5.2计算思路（1）采用钢板（管）桩加设钢支撑的支护形式，单元计算采用m法，结合经验系数进行调整；（2）地面超载按不同的周边环境及施工围堰的结构形式进行设置；（3）截面设计按以下工况计算的最大弯矩进行设计：工况一：自然地坪放坡开挖至钢支撑围檩底-0.300，安装围檩及一道钢支撑；工况二：第二次开挖至开挖标高－4.00；工况三：钢支撑安装完毕后后，土体开挖到基坑底部并及时施工500厚钢筋混凝土垫层；（因设计按最不利因素考虑该工况视同工况二处理下列计算就不予列出）工况四：桥墩承台分层浇捣，第一层2500厚混凝土施工完毕（至-1.000），承台周围和围护桩之间浇捣混凝土换撑带强度达到80%后，拆除钢支撑；工况五：承台全部施工完毕，承台周围土体回填后拔除钢管桩。5.3支护计算各工况：5.4支护桩单元计算结果汇总表：基坑等级：Ⅱ级重要性系数：1.00计算区域挖土深度（m）支护桩型桩长（m）单桩最大弯矩(kN.m)支撑力（kN/0.71m）桩身最大位移（mm）整体稳定系数抗隆起系数抗倾覆系数挖至坑底TerzaghiⅠ区6.500φ610钢管桩24.00275.15122.9946.421.3733.1971.380Ⅱ区6.500ⅣW型18.00275.60131.4648.791.3616.8391.365Ⅲ区6.500ⅣW型18.00267.89139.5949.611.3237.8401.3755.5支护桩单元计算结论从以上一系列的计算及分析中可看出采用设计的钢板桩及钢管桩作为围堰施工是能够满足施工要求的也是合理的。6.拉森钢板桩施工工艺流程：现场三通一平施打设备进场夹桩及就位试桩插桩捶击沉桩垂直度控制拔桩试验停锤桩机移动定位确定施打机械与方式桩位放样设备调试定位桩位底部障物清除钢板桩预购钢板桩进场检测钢板桩吊装运输钢板桩储存吊送钢板桩平面位置控制桩顶标高控制7.施工准备：7.1试桩钢板桩沉桩施工前先试桩，试桩位置选择在离施工现场不远处与施工现场地质条件相似位置或在钢板桩施工位置选取具有代表性区域，试桩数量不小于10根。试桩的各项试验数据经分析后确定现场施工所采用的钢板桩类型及施打机械型号。7.2钢板桩的检验对钢板桩，一般有材质检验和外观检验，以便对不合要求的钢板桩进行矫正，以减少打桩过程中的困难。7.2.1外观检验：包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形比、平直度和锁口形状等项内容。检查中要注意：a）对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除；b）割孔、断面缺损的应予以补强；c）若钢板桩有严重锈蚀，应测量其实际断面厚度。原则上要对全部钢板桩进行外观检查。7.2.2材质检验：对钢板桩母材的化学成分及机械性能进行全面试验。包括钢材的化学成分分析，构件的拉伸、弯曲试验，锁口强度试验和延伸率试验等项内容。每一种规格的钢板桩至少进行一个拉伸、弯曲试验。每20-50t重的钢板桩应进行两个试件试验。7.3钢板桩吊运装卸钢板桩宜采用两点吊。吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁口免受损伤。吊运方式有成捆起吊和单根起吊。成捆起吊通常采用钢索捆扎，而单根吊运常用专用的吊具。7.4钢板桩堆放钢板桩堆放的地点，要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上，并便于运往打桩施工现场。堆放时应注意：7.4.1堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便；7.4.2钢板桩要按型号、规格、长度分别堆放，并在堆放处设置标牌说明；7.4.3钢板桩应分层堆放，每层堆放数量一般不超过5根，各层间要垫枕木，垫木间距一般为3-4米，且上、下层垫木应在同一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2米。7.5机械设备配置在较深水中打桩时，要根据工地使用机械及水上作业的设备要求安排；在岸边或浅水处，可采用用简易脚手架或直接用打桩机或吊机、扒杆等机械打桩。打钢板桩时选用较轻型桩架，一般锤重宜大于桩重、锤击能要适当。本项目18米拉森钢板桩及钢管桩采用50t履带吊及DZ90型液压振动锤配合沉桩；12米拉森钢板桩采用专业50t履带式高频钢板桩打桩机。7－150t履带吊及DZ90型液压振动锤配合沉桩7－2专业50t履带式高频钢板桩打桩机7.6导架的安装在钢板桩施工中，为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，一般都需要设置一定刚度的、坚固的导架，亦称“施工围檩”。导架采用单层双面形式，通常由导梁和围檩桩等组成，围檩桩的间距一般为2．5～3．5米，双面围擦之间的间距不宜过大，一般略比板桩墙厚度大8～15mm。导架的安装，一般是先打定位桩或作临时施工平台。导架采用在工厂或现场分段制作，在平台上组装，固定在定位桩上。当未设定位桩时，直接放置在施工平台上，待插打入少量钢板桩后，逐渐将导框固定到钢板桩上。安装导架时应注意以下几点：（1）采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。（2）导梁的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效。（3）导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形。（4）导梁的位置应尽量垂直，并不能与钢板桩碰撞。7－3钢板桩施工导架8.钢板桩施打拉森钢板桩施工质量直接关系到施工止水、挡土和基坑安全，是本工程施工最关键的工序之一。8.1钢板桩施打方法的区分及各法优缺点的比较8.1.1根据钢板桩打入方法不同可采用“单独打入法”和“屏风打入法”施工。两种方法的优缺点及适用条件见表2。单独打入法和屏风打入法优缺点比较表2比较内容施工方法优点缺点适用条件单独打入法打入方法简便迅速不需辅助支架易使钢板桩向一侧倾斜，误差积累后不易纠正板桩墙要求不高，板桩长度较小的情况屏风式打入法可减少倾斜误差积累，阻止大的倾斜，易于实现封闭合拢，保证施工质量插桩的自立高度较大，必须注意插桩稳定和施工安全，施工速度较慢除个别情况外均适用8.1.2根据钢板桩之间的锁扣方式，还可采取大锁扣扣打施工法及小锁扣扣打施工法施工。如图8－2所示。两种方法的优缺点及适用条件见表3。图8－2钢板桩打入方式示意图(a)大锁扣扣打施工法；(b)小锁扣扣打施工法大锁扣和小锁扣扣打施工法优缺点比较表3比较内容施工方法优点缺点适用条件大锁扣扣打施工法打入方法简便迅速钢板桩有一定倾斜度不止水,整体性较差,板桩用量较大仅适用于强度较高透水性差，对围护系统要求精度低的工程小锁扣扣打施工法能保证施工质量,且止水效果、支护效果均较好，板桩用量较少打法较复杂适用范围广，大都采用此种方法8.2钢板桩施打方式方法的确定8.2.1试桩施工过程及出现的问题试桩位置选择在承台东侧，由东北角开始进行，试桩共安排了11根钢板桩做为试桩；首先由测量队准确放出围堰在东侧的施打位置，根据围堰尺寸及现场情况制作导架，采用50t履带吊及DZ60型液压振动锤配合按小锁扣扣打施工法和单独打入法沉桩。在试桩施打过程中1、4、6号桩在施打过程中的前6米左右下沉速度较快，待下沉6米左右后下沉速度逐渐缓慢，钢板桩下沉的前6米平均下沉速度为5～15s/m，待下沉6米左右后下沉速度仅为180～360s/m，6号桩甚至在沉桩10米后不再下沉，且有出现倾斜现象，需不时调整振动锤方向来调整斜率，但最后还是只能重新拔起进行二次施打。由于1号桩施打过程