6-2-7 支护结构施工

6-2-7支护结构施工6-2-7-1钢板桩施工1．常用钢板桩及质量标准钢板桩支护由于其施工速度快，可重复使用，因此在一定条件下使用会取得较好的效益。常用的钢板桩有U型和Z型，其他还有直腹板式、H型和组合式钢板桩。国产的钢板桩只有鞍W型和包W型拉森式（U型）钢板桩，如表6-74所示。其他还有一些国产宽翼缘热轧槽钢用于不太深的基坑作为支护应用。国产拉森式（U型）钢板桩表6-74日本是生产钢板桩较多的国家之一，拉森式、Z型、直腹板式、H型、组合式钢板桩皆生产，现只举其中一部分如表6-75所示。美国亦生产较多的钢板桩。除日、美外，德、法、卢森堡等国家亦生产钢板桩。钢板桩的质量标准如表6-76所示。重复使用的钢板桩检验标准如表6-77所示。日本生产的钢板桩表6-75钢板桩质量标准表6-76重复使用的钢板桩检验标准表6-77序号检查项目允许偏差检查方法单位数值1桩垂直度%＜1钢尺量2桩身弯曲度＜2%ll为桩长，钢尺量3齿槽平直度及光滑度无电焊渣或毛刺1m长桩段作通过试验4桩长度不小于设计长度钢尺量2．钢板桩施工前准备工作（1）钢板桩检验钢板桩材质检验和外观检验，对焊接钢板桩，尚需进行焊接部位的检验。对用于基坑临时支护结构的钢板桩，主要进行外观检验，并对不符合形状要求的钢板桩进行矫正，以减少打桩过程中的困难。1）外观检验包括表面缺陷、长度、宽度、高度、厚度、端头矩形比、平直度和锁口形状等项内容。检查中要注意：①对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除；②有割孔、断面缺损的应予以补强；③若钢板桩有严重锈蚀，应测量其实际断面厚度，以便决定在计算时是否需要折减。原则上要对全部钢板桩进行外观检查。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。它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25~50t的钢板桩应进行两个试件试验。（2）钢板桩的矫正钢板桩为多次周转使用的材料，在使用过程中会发生板桩的变形、损伤，偏差超过表6-77中数值者，使用前应进行矫正与修补。其矫正与修补方法如下：1）表面缺陷修补通常先清洗缺陷附近表面的锈蚀和油污，然后用焊接修补的方法补平，再用砂轮磨平。2）端部平面矫正一般用氧乙炔切割部分桩端，使端部平面与轴线垂直，然后再用砂轮对切割面进行磨平修整。当修整量不大时，也可直接采用砂轮进行修理。3）桩体挠曲矫正腹向弯曲矫正时两端固定在支承点上，用设置在龙门式顶梁架上的千斤顶顶在钢板桩凸处进行冷弯矫正；侧向弯曲矫正通常在专门的矫正平台上进行。4）桩体扭曲矫正这种矫正较复杂。可视扭曲情况采用上述3中的方法矫正。5）桩体局部变形矫正。对局部变形处用氧乙炔热烘与千斤顶顶压、大锤敲击相结合的方法进行矫正。6）锁口变形矫正用标准钢板桩作为锁口整形胎具，采用慢速卷扬机牵拉调整处理，或采用氧乙炔热烘和大锤敲击胎具推进的方法进行调直处理。（3）打桩机选择打设钢板桩，自由落锤、汽动锤、柴油锤、振动锤等皆可，但使用较多的为振动锤。如使用柴油锤时，为保护桩顶因受冲击而损伤和控制打入方向，在桩锤和钢板桩之间需设置桩帽。部分国产及国外振动锤的技术参数如表6-78和表6-79所示。国产振动锤技术性能表6-78日本部分振动锤技术性能表6-79振动打桩机是将机器产生的垂直振动传给桩体，使桩周围的土体因振动产生结构变化，降低了强度或产生液化，板桩周围的阻力减少，利于桩的贯入。振动打桩机打设钢板桩施工速度快，更有利于拔钢板桩，不易损坏桩顶，操作简单。但其对硬土层（砂质土N＞50；粘性土N＞30）贯入性能较差，桩体周围土层要产生振动；耗电较多。选择振动锤时，可根据需要的振幅As和偏心力矩M0来进行选择。需要的振幅As，按下列公式计算：对砂土：LNAs8.0（mm）（6-105）对粘性土、粉土：LNAs6.1As＝（mm）（6-106）式中N——桩尖所在土层的标准贯入值；L——钢板桩长度（m）。需要的偏心力矩M0，按下式计算：220]56.156.1225)56.1(22515[spsssssAQAAAAAM（N·cm）（6-107）式中Qp——钢板桩自重（N）；As——板桩需要的振幅（mm）。（4）导架安装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”。导架通常由导梁和导桩等组成，它的形式，在平面上有单面和双面之分，在高度上有单层和双层之分。一般常用的是单层双面导架（图6-102）。导桩的间距一般为2.5~3.5m，双面导梁之间的间距一般比板桩墙高度大8~15mm。图6-102导架1-导梁；2-导桩导架的位置不能与钢板桩相碰。导桩不能随着钢板桩的打设而下沉或变形。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工效，要用经纬仪和水平仪控制导梁的位置和标高。3．钢板桩打设和拔除（1）打入方式选择1）单独打入法：这种方法是从板桩墙的一角开始，逐块（或两块为一组）打设，直至工程结束。这种打入方法简便、迅速，不需要其他辅助支架。但是易使板桩向一侧倾斜，且误差积累后不易纠正。为此，这种方法只适用于板桩墙要求不高、且板桩长度较小（如小于10m）的情况。2）屏风式打入法：这种方法是将10~20根钢板桩成排插入导架内，呈屏风状，然后再分批施打。施打时先将屏风墙两端的钢板桩打至设计标高或一定深度，成为定位板桩，然后在中间按顺序分1/3，1/2板桩高度呈阶梯状打入（图6-103）。图6-103导架及屏风式打入法1-导桩；2-导梁；3-两端先打入的定位钢板桩这种打桩方法的优点是可以减少倾斜误差积累，防止过大的倾斜，而且易于实现封闭合拢，能保证板桩墙的施工质量。其缺点是插桩的自立高度较大，要注意插桩的稳定和施工安全。一般情况下多用这种方法打设板桩墙，它耗费的辅助材料不多，但能保证质量。屏风式打入法按屏风组立的排数，分为单屏风、双屏风和全屏风。单屏风应用最普遍；双屏风多用于轴线转角处施工；全屏风只用于要求较高的轴线闭合施工。按屏风式打入法施打时，一排钢板桩的施打顺序有多种，视施工时具体情况选择。施打顺序影响钢板桩的垂直度、位移、板桩墙的凹凸和打设效率。我国规定的钢板桩打设允许误差：桩顶标高±100mm；板桩轴线偏差±100mm；板桩垂直度1%。（2）钢板桩的打设先用吊车将钢板桩吊至插桩点处进行插桩，插桩时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽轻轻加以锤击。在打桩过程中，为保证钢板桩的垂直度，用两台经纬仪在两个方向加以控制。为防止锁口中心线平面位移，可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。同时在围檩上预先算出每块板块的位置，以便随时检查校正。钢板桩分几次打入，如第一次由20m高打至15m，第二次则打至10m，第三次打至导梁高度，待导架拆除后第四次才打至设计标高。打桩时，开始打设的第一、二块钢板桩的打入位置和方向要确保精度，它可以起样板导向作用，一般每打入1m应测量一次。1）钢板桩的转角和封闭钢板桩墙的设计长度有时不是钢板桩标准宽度的整倍数，或者板桩墙的轴线较复杂，钢板桩的制作和打设也有误差，这些都会给钢板桩墙的最终封闭合拢带来困难。钢板桩墙的转角和封闭合拢施工，可采用下述方法：①采用异形板桩：异形板桩的加工质量较难保证，而且打入和拔出也较困难，特别是用于封闭合拢的异形板桩，一般是在封闭合拢前根据需要进行加工，往往影响施工进度，所以应尽量避免采用异形板桩。②连接件法：此法是用特制的“ω”（Omega）和“δ”（Delta）型连接件来调整钢板桩的根数和方向，实现板桩墙的封闭合拢。钢板桩打设时，预先测定实际的板桩墙的有效宽度，并根据钢板桩和连接件的有效宽度确定板桩墙的合拢位置。③骑缝搭接法：利用选用的钢板桩或宽度较大的其他型号的钢板桩作闭合板桩，打设于板桩墙闭合处。闭合板桩应打设于挡土的一侧。此法用于板桩墙要求较低的工程。④轴线调整法：此法是通过钢板桩墙闭合轴线设计长度和位置的调整实现封闭合拢。封闭合拢处最好选在短边的角部。轴线修正的具体作法如下（图6-104）：图6-104轴线修正a．沿长边方向打至离转角桩约尚有8块钢板桩时暂时停止，量出至转角桩的总长度和增加的长度；b．在短边方向也照上述办法进行；c．根据长、短两边水平方向增加的长度和转角桩的尺寸，将短边方向的导梁与围檩桩分开，用千斤顶向外顶出，进行轴线外移，经核对无误后再将导梁和围擦桩重新焊接固定；d．在长边方向的导梁内插桩，继续打设，插打到转角桩后，再转过来接着沿短边方向插打两块钢板桩；e．根据修正后的轴线沿短边方向继续向前插打，最后一块封闭合拢的钢板桩，设在短边方向从端部算起的第三块板桩的位置处。2）打桩时问题的处理①阻力过大不易贯入：原因主要有两方面，一是在坚实的砂层、砂砾层中沉桩，桩的阻力过大；二是钢板桩连接锁口锈蚀、变形，入土阻力大。对第一种情况，可伴以高压冲水或改以振动法沉桩，不要用锤硬打；对第二种情况，宜加以除锈、矫正，在锁口内涂油脂，以减少阻力。②钢板桩向打设前进方向倾斜：在软土中打桩，由于锁口处的阻力大于板桩与土体间的阻力，使板桩易向前进方向倾斜。纠正方法是用卷扬机和钢丝绳将板桩反向拉住后再锤击，或用特制的楔形板桩进行纠正。③打设时将相邻板桩带入：在软土中打设钢板桩，如遇到不明障碍物或板桩倾斜时，板桩阻力增大，会把相邻板桩带入。处理方法是：用屏风法打设；把相邻板桩焊在导梁上；在锁口处涂以黄油减少阻力。（3）钢板桩拔除在进行基坑回填土时，要拔除钢板桩，以便修整后重复使用。拔除前要研究钢板桩拔除顺序、拔除时间及桩孔处理方法。1）钢板桩拔除阻力计算拔除阻力由下式计算：F＝Fe＋Fs（6-108）式中Fe——钢板桩与土的吸附力；Fe＝ULτ（6-109）U——钢板桩周长；L——钢板桩在不同土中的长度；Lτ——钢板桩在不同土层中的静吸附力或动吸附力（用于静力拔桩和振动拔桩），表6-80；Fs——钢板桩的断面阻力；Fs＝1.2EaBHμ（6-110）Ea——作用在钢板桩上的主动土压力强度；B——钢板桩宽度；H——钢板桩在土中的深度；μ——钢板桩与土体之间的摩擦系数（0.35~0.40）。钢板桩在不同土质中的吸附力表6-80土质静吸附力τd（kN/m2）动吸附力τv（kN/m2）动吸附力τv（含水量很少时）（kN/m2）粗砂砾34.02.55.0中砂（含水）36.03.04.0细砂（含水）39.03.54.5粉土（含水）24.04.06.5砂质粉土（含水）29.03.55.5粘质粉土（含水）47.05.5粉质粘土30.04.0粘土50.07.5硬粘土75.013.0非常硬的粘土130.025.02）钢板桩拔出方法钢板桩的拔出，从克服板桩的阻力着眼，根据所用拔桩机械，拔桩方法有静力拔桩、振动拔桩和冲击拔桩。静力拔桩主要用卷扬机或液压千斤顶，但该法效率低，有时难以顺利拔出，较少应用。振动拔桩是利用机械的振动激起钢板桩振动，以克服和削弱板桩拔出阻力，将板桩拔出。此法效率高，用大功率的振动拔桩机，可将多根板桩一起拔出。目前该法应用较多。冲击拔桩是以高压空气、蒸汽为动力，利用打桩机给予钢板桩以向上的冲击力，同时利用卷扬机将板桩拔出。下面介绍振动拔桩法：①与土质有关的振动拔桩参数：振动拔桩机的适用范围表6-81拔桩机功率（kW）钢板桩型号和长度（m）砂质土粘性土3.7~7.5轻型8轻型611~15II型12II型922~30III型16III型1255~60IV型24IV型18120~150V型36V型36a．振动频率：在某一振动频率下，土与板桩间的阻力才会破坏，板桩容易拔出。该频率与土质有关：粗砂在频率50Hz时产生液化；坚硬粘土在50Hz下才出现松动现象。工程中为各类土分层构成，实用的振动频率为8.3~25Hz。b．振幅：在频率为16.7Hz时，使砂土产生液化的最小振幅约为3mm以上，使粘性土、粉土减少其粘着力的最小振幅约为4mm以上。c．激振力：强制振动的激振力，亦必须达到一定的数值（kN），才能减弱土对板桩的阻力。②振