拉森鋼板樁在防汛墻加固改造施工中的應(yīng)用

□顏 飛（河南省水利第一工程局）

拉森鋼板樁在防汛墻加固改造施工中的應(yīng)用

□顏 飛（河南省水利第一工程局）

蘇州河下段防汛墻加固改造，采用拉森鋼板樁加固基礎(chǔ)，并局部采用雙排拉森鋼板樁圍堰。文章從方案實(shí)施、控制要點(diǎn)等方面對施工工藝和施工過程進(jìn)行了論述。實(shí)踐證明，拉森鋼板樁在防汛墻加固改造中的應(yīng)用既安全合理又經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可供類似工程借鑒。

鋼板樁；防汛墻；施工；圍堰；導(dǎo)梁

鋼板樁由于其止水性能好，可以重復(fù)利用，施工方便，進(jìn)度快，不需龐大施工設(shè)備，有利于抗震設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，近年來在我國護(hù)岸工程、采掘工程和建筑的基礎(chǔ)工程中已經(jīng)有較為廣泛的應(yīng)用。王愛華重點(diǎn)敘述了日本鋼板樁的發(fā)展和應(yīng)用，從側(cè)面反映出鋼板柱在日本水利土木工程中的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟。侯永茂，王建華等對上海某大型船塢工程雙排鋼板樁圍堰進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，結(jié)合有限元計(jì)算分析了現(xiàn)場施工中加固圍堰內(nèi)側(cè)土體對控制圍堰變形的效果。賀煒，鄒建房等利用有限元計(jì)算了某橋梁的鋼圍堰設(shè)計(jì)，通過與簡化計(jì)算結(jié)果對比表明了，未考慮樁土共同作用的簡化計(jì)算方法使結(jié)構(gòu)偏于不安全。朱錫昶，葛燕等對海南八所港雜貨碼頭入海近60年鋼板樁進(jìn)行研究，通過儀器測量分析結(jié)果表明，鋼板樁厚度減薄較小，腐蝕較輕。卓全通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)指出鋼板樁的入土深度與土質(zhì)參數(shù)的取值和支撐的位置有關(guān)。支撐的設(shè)置應(yīng)結(jié)合土方開挖方法一起考慮，換撐及原支撐的拆除是施工過程中的一個關(guān)鍵點(diǎn)。我國的學(xué)者和工程師對鋼板樁應(yīng)用于實(shí)際工程中的受力計(jì)算、施工設(shè)計(jì)以及耐久性的研究等各個方面都有了不同程度的研究。

作為鋼板樁的一種應(yīng)用，拉森鋼板樁以其鋼板的特殊形狀和鎖扣連接形式，使得鋼板樁具有相對良好的剛度和穩(wěn)定性，并且施工方便快捷。Crawford R J曾在較早的時候研究了拉森鋼板樁彎矩計(jì)算的各種模型。陳文煒介紹了地下通道施工中選擇鋼板樁支護(hù)的合理性，并對其設(shè)計(jì)方法和施工措施進(jìn)行闡述。陳開橋結(jié)合工程實(shí)例簡述了拉森Ⅳ型鋼板樁在灄水特大橋水中主墩圍堰工程中的施工方案、施工方法及控制過程。然而，拉森鋼板樁在防汛墻加固改造施工中的應(yīng)用卻少有提及，本文將詳細(xì)闡述拉森鋼板樁在防汛墻工程的施工與應(yīng)用。

一、工程概況

位于上海清水灣①、②期段的原有防汛墻①級擋墻基礎(chǔ)為前板樁后拉錨結(jié)構(gòu)，板樁長度及拉錨結(jié)構(gòu)不能滿足河道疏浚后的穩(wěn)定，必須進(jìn)行加固改造。因該段防汛墻后為大華清水灣小區(qū)，①級防汛墻后6m范圍內(nèi)全部為高檔綠化和景觀，是小區(qū)居民休閑場所，若搬遷高檔綠化和景觀費(fèi)用很高，且影響小區(qū)居民生活。根據(jù)相關(guān)部門協(xié)調(diào)意見，①級擋墻加固改造施工時不占用小區(qū)道路，不損壞沿線綠化和景觀。為便于施工，設(shè)計(jì)將原鋼筋混凝土板樁灌注樁基礎(chǔ)變更為拉森鋼板樁基礎(chǔ)方案，全部加固改造工程均由水上施工，達(dá)到不影響小區(qū)綠化、景觀、休閑生活的要求。

二、加固改造施工方案

（一）拉森鋼板樁防汛墻加固方案

經(jīng)過工程設(shè)計(jì)，加固方案定為緊貼原有導(dǎo)梁，打入16m拉森鋼板樁，鋼板樁全部扣打連成一體。在鋼板樁上部新建600mm×615mm導(dǎo)梁，與原有的導(dǎo)梁連接。在原有的導(dǎo)梁外側(cè)種植Φ18@300長度為750mm的種植筋，與拉森鋼板樁焊接。選用鋼板樁為WRU26型，單根鋼板樁長16.0m。單根鋼板樁主要技術(shù)參數(shù)見表。

鋼板樁規(guī)格表

（二）拉森鋼板樁臨時圍堰施工方案

工程沿線有幾處景點(diǎn)，防汛墻加固施工時需拆除。由于景點(diǎn)底高程較低，拆除施工必須先圍堰。需要進(jìn)行圍堰的部分分別為：沿線31m長的灘涂，12m長的滑槽和11.6m寬的人行踏步。考慮工程的復(fù)雜性和特殊性，擬定臨時圍堰采用雙排拉森鋼板樁、樁間填粘土的結(jié)構(gòu)形式。

三、方案實(shí)施

（一）施工順序

1.采用臨時圍堰施工部分

沉樁施工→粘土回填→形成臨時封閉止水圍堰→排干圍堰內(nèi)積水→拆除影響加固的部分結(jié)構(gòu)→打鋼板樁進(jìn)行基礎(chǔ)加固→導(dǎo)梁澆注→臨時圍堰拆除→恢復(fù)原貌。

2.采用水上施工部分

圍護(hù)、拆除障礙→水下清障→水上打鋼板樁進(jìn)行基礎(chǔ)加固→水上打防撞樁→搭設(shè)水上平臺→水上導(dǎo)梁澆注→拆除水上平臺→拆除防撞樁→回復(fù)原貌。

基于對工程經(jīng)濟(jì)合理性的考慮，要求盡量減少需要圍堰施工部分。同時，打鋼板樁進(jìn)行基礎(chǔ)加固和導(dǎo)梁澆注工作需要不間斷進(jìn)行，盡可能減少中途停滯不前的情況發(fā)生。因此，在施工流程上需要統(tǒng)一安排，控制打鋼板樁的時間和順序。

3.圍堰施工

考慮到本工程比較復(fù)雜的特殊性，臨時圍堰采用雙排拉森鋼板樁、樁間填粘土的結(jié)構(gòu)型式。施工期間都在水上施工，施工時采用架高＞30m的打樁船，配置DZ60型振動錘一套。拉森鋼板樁的兩排樁間距2m。采用振動錘沉樁，沉樁完成后，其上采用Φ16的對拉螺桿對拉。然后，船運(yùn)粘土至現(xiàn)場回填，最終形成封閉止水圍堰。用水泵排干圍堰內(nèi)積水，即可形成干施工條件，拆除影響打鋼板樁的部分結(jié)構(gòu)。待鋼板樁及導(dǎo)梁施工完成后，再拆除臨時圍堰。

4.施工準(zhǔn)備

除了需要圍堰施工的部分需提前準(zhǔn)備，其它部分的圍護(hù)、障礙拆除、水下清障、鋼板樁防腐和運(yùn)輸?shù)裙ぷ鞫夹枰y(tǒng)籌安排。

（1）水下清障

加固施工方案中要求拆除原防汛墻墻身，改建成標(biāo)高3.2m導(dǎo)梁及景觀段（如游艇滑槽、濕地灘涂）。經(jīng)沿線探摸發(fā)現(xiàn)有大量的障礙物在老防汛墻旁，障礙物埋深在1.0m以上，必需清除底下障礙物，才能施打鋼板樁。擬打鋼板樁區(qū)域位于蘇州河的直角拐彎處。經(jīng)過長期堆積，此段的淤泥標(biāo)高在+2.2～+1.6m，低潮位時滿足不了打樁船吃水深度要求。故此，打鋼板樁宜在低潮位期施工，且在船舶進(jìn)場前需清挖工作面。根據(jù)實(shí)際情況確定按設(shè)計(jì)清淤開挖，即靠岸邊底高程0.0m，按1:4邊坡向外側(cè)開挖。

開挖施工采用一艘水上抓斗挖泥船（斗容1m3）、配備3條200t運(yùn)輸駁船。挖出的障礙物及淤泥裝上運(yùn)輸駁船，運(yùn)至棄料場卸船?？紤]到原防汛墻樁基入土較淺，挖泥過程中嚴(yán)格控制開挖的高程，不得超深。為了確保施工期岸坡安全，采用開挖一段（約50m長）、打一段鋼板樁，再開挖下一段的方法施工。

（2）鋼板樁預(yù)處理

鋼板樁在運(yùn)輸過程中，鎖扣可能局部變形，打樁時阻礙相鄰樁的順利下沉，因此遇有鋼板樁兩邊鎖扣局部變形時，采取糾正變形、打磨等方法處理，并將兩側(cè)鎖扣內(nèi)灌注滿瀝青。

由于鋼板樁用于防汛墻的基礎(chǔ)加固為永久性結(jié)構(gòu)，必須對鋼材進(jìn)行防腐防銹處理。首先，對鋼板樁表層噴丸除銹，顯露金屬本身；然后涂2道紅丹過氯乙烯防銹漆，2道灰色環(huán)氧脂水線漆，每道干膜30；最后在鋼板樁頂部5m段根據(jù)設(shè)計(jì)要求噴鋁處理。噴涂結(jié)束后的鋼板樁于陰涼處堆存，兩周后投入使用。

鋼板樁采用3條平板駁船運(yùn)輸，運(yùn)至現(xiàn)場后，直接靠泊于打樁船旁起吊沉樁。

5.沉樁施工

（1）導(dǎo)向架制作與安裝

為保證沉樁軸線位置正確和樁的豎直，控制打入精度，防止產(chǎn)生屈曲變形，提高樁的貫入能力，需要配置導(dǎo)向架。導(dǎo)向架要求具有一定的剛度，采用160槽鋼和50角鋼格構(gòu)組合，導(dǎo)向架長6m，高度0.5m，寬1.5m。

（2）打樁方法

采用先插樁，2次間隔復(fù)打的方法施工。此方法的優(yōu)點(diǎn)是鋼板樁在下沉過程中向待打側(cè)傾斜較小，便于控制工程質(zhì)量。

插樁：在測量放線之后，確定好第一根樁的平面位置。50t起重船起吊第一根樁，在人工的配合下，準(zhǔn)確定位，緊貼導(dǎo)向架下沉。在自重的作用下，鋼板樁緩慢沉入泥中。下沉過程中，配合人員利用導(dǎo)向架作為施工平臺，掌控好鋼板樁的平面位置及垂直度。當(dāng)樁自重下沉停止后，鋼板樁已能自行站穩(wěn)，可以松開吊鉤。若此時樁頂較高，為防止插入第2根樁時施工人員不方便操作對插鎖口，可采用DZ60型振動錘夾樁振動下沉。起吊第2根鋼板樁時，需在人工的配合下，對準(zhǔn)鎖扣緩慢下沉。

二次復(fù)打：插樁完成一段后，采振動錘夾樁二次復(fù)打。二次復(fù)打時，先將兩端鋼板樁打到位，然后采用跳打的方式（即打入1根后，間隔1根再打），將中間的鋼板樁打到位。二次復(fù)打宜選低潮位時施工，便于準(zhǔn)確控制樁頂標(biāo)高。

鋼板樁糾偏：鋼板樁鎖扣之間有一定的間隙，當(dāng)鋼板樁打入一定數(shù)量后，往往出現(xiàn)鋼板樁向待打的一側(cè)傾斜的現(xiàn)象。該種情況出現(xiàn)后，樁下沉的垂直度是難以糾偏的。實(shí)際的施工過程中，可以采取加工若干異形樁的方法。異形樁仍為兩片樁組合，割開加固焊接的對拉鋼板，采用對拉器縮小其上部寬度，縮小值約2～4cm，但是必須保持鋼板樁邊線為直線，然后焊好對拉鋼板即可。每隔一段距離打入1～2根異形樁，便可以很方便地應(yīng)對該種情況的發(fā)生。

遇障礙物的處理：鋼板樁下沉過程中，遇障礙物時，不可繼續(xù)加力，否則極易導(dǎo)致鋼板樁變形，鎖扣無法連接而報廢。正確的處理方法為，將鋼板樁拔起，探摸障礙物情況，采用潛水員或挖泥船清障后再繼續(xù)下沉。

6.導(dǎo)梁施工

（1）水上施工平臺的搭建

考慮工程特殊性，為進(jìn)行導(dǎo)梁澆注施工，需要搭設(shè)簡易水上施工平臺。水上施工平臺采用Ⅰ40a工字鋼基礎(chǔ)，樁基上鋪設(shè)Ⅰ20a工字鋼縱梁、20cm方木橫梁，上層鋪木板形成平臺。

由于河道有船舶通航，為了確保施工平臺的安全，在施工平臺外側(cè)50cm打1排40工字鋼（樁長12m）防撞樁，防撞樁間距3m，防撞樁上面用1根40工字鋼把每1根樁都連接起來。采用起重船配振動錘施打平臺樁及防撞樁。

（2）導(dǎo)梁模板支設(shè)

為便于根據(jù)鋼板樁的形狀鋪裝，導(dǎo)梁底模采用木模。將平臺的橫梁伸入靠近鋼板樁，擱置于焊接在鋼板樁的牛腿上。橫梁與牛腿之間可設(shè)置三角木塊做為支墊，便于澆注完混凝土后拆除底模。平臺橫梁上鋪設(shè)木方做為底模支撐。側(cè)?？刹捎媒M合鋼?；蚰灸?，利用施工平臺設(shè)立支撐加固。

（3）導(dǎo)梁澆注

混凝土裝船后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，通過浮吊把料斗內(nèi)混凝土吊起直接入模。采用插入式振搗器將混凝土振搗密實(shí)?；炷翝沧⑼瓿?d后拆除側(cè)模，根據(jù)試塊強(qiáng)度確定拆除底模時間。導(dǎo)梁混凝土需潮濕養(yǎng)護(hù)兩周時間。

（4）水上平臺拆除

水上平臺及導(dǎo)梁的模板材料用量大，可根據(jù)現(xiàn)場施工情況，分段施工導(dǎo)梁。水上平臺可在一段施工結(jié)束后拆除周轉(zhuǎn)至下一段施工。全部導(dǎo)梁施工結(jié)束后，及時拆除河道中的平臺及防撞樁。搭建平臺的Ⅰ40a工字鋼及防撞樁可以采用浮吊拔出。

四、結(jié)語

蘇州河下游段防汛墻加固改造采用拉森鋼板樁加固防汛墻基礎(chǔ)，同時局部采用雙排拉森鋼板樁構(gòu)筑臨時圍堰結(jié)構(gòu)。加固改造設(shè)計(jì)與施工設(shè)計(jì)得當(dāng)，施工時間歷時6個月，確保了施工安全和工期，降低了施工成本，為類似工程積累了施工經(jīng)驗(yàn)，為拉森鋼板樁的廣泛應(yīng)用提供了案例和研究平臺。

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[2]賀煒,鄒建房,王泓華.考慮樁土共同作用的鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算研究[J].山西建筑,2008，34（34）：97～98.

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2010-04-27