鋼板樁在港口碼頭基礎(chǔ)工程中的應(yīng)用研究

沙飛斐 魏 鵬

（上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司長(zhǎng)興分公司 上海 201913）

自20世紀(jì)開始，發(fā)達(dá)國(guó)家就已在工程建設(shè)中使用鋼板樁，特別是是在港口碼頭的建設(shè)中，應(yīng)用非常廣泛且作用突出。在實(shí)際應(yīng)用中，鋼板樁表現(xiàn)出如下優(yōu)勢(shì)：節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠，已被大量的應(yīng)用于各類港口建設(shè)項(xiàng)目中。近年來，國(guó)內(nèi)對(duì)鋼板樁的廣泛應(yīng)用，不僅是為了促進(jìn)港口項(xiàng)目的建設(shè)發(fā)展，而且也是對(duì)綠色發(fā)展理念的踐行。因此，本文就鋼板樁在港口碼頭建設(shè)項(xiàng)目中的應(yīng)用情況進(jìn)行研究。

1 鋼板樁施工要點(diǎn)

1.1 質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于垂直度方面的具體要求是，偏差（相比于樁長(zhǎng)）不能超出2%；對(duì)于樁頂高程的要求是，偏差應(yīng)控制在5cm左右；對(duì)于彎曲度方面的具體要求是，應(yīng)低于樁長(zhǎng)的1%，對(duì)于翹曲度方面的要求則是，應(yīng)低于樁長(zhǎng)的2%。

1.2 施工難題處理

（1）在實(shí)際施工階段，如果遭遇大的漂石，且難以碎裂，應(yīng)選用轉(zhuǎn)角樁等來進(jìn)行作業(yè)，并選擇繞過，確保施工操作符合設(shè)計(jì)方面的要求。

（2）如果使用基礎(chǔ)的鋼板樁，沿軸線的傾斜過大，且難以完成修正，則選用上寬下窄的異形樁來操作。

2 整體建模分析

2.1 有限元計(jì)算模型

運(yùn)用ABAQUS軟件工具構(gòu)建模型，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)選擇要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況來定，碼頭的建設(shè)一般為狹長(zhǎng)體系，除了兩側(cè)，中段的受力情況比較接近，在分析過程中為了減少數(shù)據(jù)計(jì)算，取2m寬，也就是4根樁的寬度來分析。本次研究中，設(shè)計(jì)數(shù)值要按照施工項(xiàng)目的實(shí)際情況進(jìn)行分析，使用Q235級(jí)鋼材，土體則選用經(jīng)過修改的相關(guān)模型來分析。此外，還應(yīng)確保樁體沉放完成后的受力平衡，在開挖階段實(shí)現(xiàn)相應(yīng)力的釋放，最后在碼頭的一側(cè)增加負(fù)載，依據(jù)給出的方案及相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，其值確定為50kPa。

2.2 有限元結(jié)果分析

（1）銹蝕作用的影響。運(yùn)用數(shù)據(jù)模型對(duì)樁體未經(jīng)過銹蝕，以及銹蝕達(dá)到20%、40%時(shí)所受到的影響進(jìn)行具體分析，研究發(fā)現(xiàn)，受到侵蝕的樁體的強(qiáng)度有所減弱，使用效果明顯不如從前，發(fā)生的位移有所增加。對(duì)于所遭受的不同銹蝕程度，鋼板樁碼頭的位移是比較相近的，最大值均發(fā)生在池底上部，而池底下部則表現(xiàn)出的是逐步減小，到了樁底下面，又有一定程度的增加。

（2）改善土體性能法。如果想要對(duì)樁前的土體性能有所改善，并改進(jìn)錨固效果，可選用打樁或是拋石等手段；如果想要對(duì)樁后的土體性能有所改善，可選用CAM等方法，能夠有效的改進(jìn)樁后土層粘結(jié)參數(shù)等數(shù)據(jù)，使得相應(yīng)受力盡可能的釋放到下面的地基上，減輕樁體的受力，進(jìn)而改善整個(gè)構(gòu)件的擋土效能。應(yīng)用此方法對(duì)銹蝕程度達(dá)到40%的鋼板樁碼頭進(jìn)行處理，假定粘結(jié)參數(shù)等均為處理之前的1.5倍，改變的區(qū)域?yàn)榍啊⒑?0m左右，高度則達(dá)到樁底為止。結(jié)果表明，改善土體性能法的應(yīng)用效果顯著，有效的限制了鋼板樁的變形，提高了其使用質(zhì)量。

（3）樁后增建連續(xù)墻法。使用該方法，可有效的減輕樁體所受到的水平方向的壓力，進(jìn)而改進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)件的應(yīng)用效能。對(duì)于該方法的使用，經(jīng)過可行性分析后，對(duì)銹蝕程度達(dá)到40%的樁體進(jìn)行處理。增建連續(xù)墻后，鋼板樁碼頭的最大位移僅為7.2mm，且出現(xiàn)在了池底周邊的區(qū)域。此后，運(yùn)行情況良好，大部分的受力被連續(xù)墻所承受，傳送到了地下，通過對(duì)比增加連續(xù)墻前后的水平位移曲線可發(fā)現(xiàn)，鋼板樁下部的位移要更大一些，這是由于受到連續(xù)墻的阻滯，導(dǎo)致最大位移發(fā)生在了下端位置。

3 施工流程

3.1 施工前準(zhǔn)備

在當(dāng)前高度的基礎(chǔ)上剝除大約1.0m的浮土，明確打樁的方位；用專用測(cè)量器具測(cè)算出相應(yīng)標(biāo)高，得到具體的打設(shè)深度，從而為后續(xù)施工的開展做好準(zhǔn)備工作。

3.2 鋼板樁打設(shè)

3.2.1 鋼板樁檢查

（1）鋼板樁運(yùn)送到施工場(chǎng)地之內(nèi)后，要開展認(rèn)真仔細(xì)的檢查，包括類型、編碼等。

（2）如果長(zhǎng)度上不符合要求，則要選用相應(yīng)的材料進(jìn)行延長(zhǎng)；具體操作階段，要先對(duì)焊或者補(bǔ)焊，再進(jìn)行后續(xù)的焊接，尤其要注意錯(cuò)開相鄰板樁的縫隙連接。

（3）使用單樁插打，為了減輕鎖口間的摩擦作用，可在其兩端鎖口涂上黃油等潤(rùn)滑物質(zhì)，同時(shí)也能有效的避免滲漏的發(fā)生。

3.2.2 振動(dòng)錘檢查

對(duì)于振動(dòng)錘的選用，要結(jié)合樁體的類型、長(zhǎng)短、施工環(huán)境等來進(jìn)行合理的選擇。

其作為施工過程中的重要設(shè)備，必須要提前安排人員進(jìn)行性能方面的檢查，保證線路沒問題，可正常使用。使用過程的端電壓一般為380～420V，且不可以出現(xiàn)過多的磨損。

3.2.3 導(dǎo)向設(shè)備安裝

導(dǎo)架，主要是由導(dǎo)梁、導(dǎo)樁等構(gòu)成，其安放位置的選擇一定要避免碰撞的發(fā)生。導(dǎo)樁不可以隨打設(shè)而出現(xiàn)下沉。高度方面的設(shè)計(jì)，要能夠方便的進(jìn)行施工，并盡可能的提升效率，可用專業(yè)工具測(cè)量其高度。

3.2.4 插打鋼板樁

為了保證插打方位的無誤差，首次插打是最為關(guān)鍵的，對(duì)后續(xù)的操作會(huì)產(chǎn)生很大的影響，因此要盡量使其準(zhǔn)確無誤。在操作中，尤其要確保垂直度符合標(biāo)準(zhǔn)。為了避免鎖口發(fā)生平移，可在相應(yīng)的位置設(shè)置卡板，限制可能的移動(dòng)。同時(shí)，在圍檁上提前計(jì)算好所有需要的位置，以便能夠方便的予以糾正。接著以第一片鋼板樁為參照，依次插打。

插打操作的步驟及施工要點(diǎn)：

（1）在鎖口內(nèi)涂上黃油，設(shè)置好相應(yīng)的吊點(diǎn)；

（2）將首次插打作為整個(gè)項(xiàng)目操作的基準(zhǔn)，要仔細(xì)測(cè)量、檢查，確保方向垂直、準(zhǔn)確，某些情況下可通過輔助裝置，對(duì)其位置進(jìn)行有效的控制。

3.2.5 鋼板樁合攏

（1）合攏前的準(zhǔn)備

首先，要檢測(cè)并運(yùn)算得到底部的相應(yīng)距離，再結(jié)合相應(yīng)的寬度，計(jì)算得到實(shí)際的使用數(shù)量，進(jìn)而明確后續(xù)如何操作（是否需要增加鋼板樁）。

（2）合攏時(shí)樁的調(diào)整處理

施工過程中，應(yīng)選擇在角樁周圍操作（多數(shù)情況下距離4～5對(duì)），如果存在較大的差距，可進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)控，向里（或是向外）減?。ɑ蚴窃黾樱╅g距。為了有效的避免樁體出現(xiàn)偏離，必須認(rèn)真控制角樁的方位，使其鎖口與對(duì)端盡可能的處在平行位置。在具體的施工階段，先是將每一片樁都順序的依次打入提前設(shè)定好的部位，到了最終的5片時(shí)，先要進(jìn)行拼插，如果出現(xiàn)了誤差，使用輔助裝置幫其實(shí)施合攏，合攏完成后，再逐一打入。

3.3 基坑開挖

（1）在設(shè)計(jì)好的區(qū)域進(jìn)行基坑的挖掘，對(duì)于降水的處理，一定要保證不會(huì)對(duì)施工造成不利的影響。

（2）挖掘過程中，對(duì)基坑進(jìn)行清理，并注意排水溝渠的設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)集水井以用于降水的處理。在相應(yīng)的范圍內(nèi)，做好墊層施工。

（3）樁頭、系梁以及承臺(tái)施工。

（4）依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，使用三套系梁基坑，以及兩套承臺(tái)基坑的鋼板樁進(jìn)行倒用（需要開挖的深度不同，鋼板樁的長(zhǎng)度也就不同）。

3.4 鋼板樁拔除

（1）相應(yīng)的施工完成后，就要進(jìn)行鋼板樁的拔除（在這里要注意，不要影響到墩柱等的施工操作）；

（2）開始前，要記得拆掉所有圍檁等；

（3）逐一操作，拔出的次序盡量與打入時(shí)的次序相反；

（4）開始時(shí)，略微松開吊鉤，之后，隨振幅的增加拉緊，并慢慢提升；

（5）到了能夠用吊車進(jìn)行操作時(shí)，停振，如果同時(shí)振起過多，要予以打散；

（6）拔出的鋼板樁要進(jìn)行清理，如果變形較大需盡快校正，方便以后的使用。

4 施工過程中的幾個(gè)問題

4.1 鋼板樁入巖深度

港口施工在進(jìn)行樁長(zhǎng)的測(cè)算時(shí)，是依據(jù)進(jìn)入巖體內(nèi)N=100處，再加上1m余量來設(shè)計(jì)的。操作中，要求使用MB-70錘進(jìn)行成組施打，再進(jìn)行單根復(fù)打，直貫入度低于1.0～1.5mm為止，樁尖要嵌入巖石內(nèi)。

若是施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境過于復(fù)雜，起伏程度較大，一些樁體不能進(jìn)入到巖內(nèi)，則要采用間隔補(bǔ)打長(zhǎng)樁的方法，以有效解決可能發(fā)生的不達(dá)標(biāo)的問題。

4.2 清淤的質(zhì)量標(biāo)堆

打樁完成后，在后續(xù)的拋填操作過程中，又會(huì)有淤泥進(jìn)入，有的部位還會(huì)很多?？墒褂脟娚涫酵谀啻冗M(jìn)行仔細(xì)的清理，對(duì)于相應(yīng)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的控制非常關(guān)鍵，一般來說：使用抓斗清淤，當(dāng)再抓不出淤泥時(shí)，并經(jīng)過進(jìn)一步的檢查確認(rèn)，就可以實(shí)施拋石作業(yè)了，其他浮泥可用小型工具慢慢清理。

4.3 棱體拋填程序與樁的傾斜

操作過程中，要依據(jù)以下流程進(jìn)行作業(yè)，可有效的防止出現(xiàn)過大的傾斜：

（1）拋填作業(yè)，開槽后裝設(shè)錨旋板；

（2）開始穿拉桿前，對(duì)于板樁墻后船，選擇拋至大約-0.6m，對(duì)于后排管樁船，選擇拋至（或選擇陸拋）大約-0.2m；

（3）前沿線10m以后，選擇拋至大約-0.5m，錨旋板后，選擇拋至大約+1.0m；

（4）可采取船拋、陸拋兩種方法同時(shí)進(jìn)行，將板樁墻后全部拋到大約0～-0.5m。

穿拉桿前，樁頂因?yàn)閽伿饔脮?huì)形成偏位情況（可達(dá)到20cm），在穿拉桿完成后，可進(jìn)行相應(yīng)的操作，以調(diào)整到設(shè)計(jì)區(qū)域。

4.4 施工水位要求

（1）對(duì)于施工水位的要求，尤其要考慮到要有充足的作業(yè)時(shí)間。

（2）要求的水位一般為-0.5m，高程一般為-1.0m。

（3）通過對(duì)施工情況的研究分析，可得到低于-0.50m的時(shí)間大約為342h，低于-1.00m的時(shí)間大約為97h，發(fā)生低于該水位的次數(shù)為30，且更多的發(fā)生于每月的月初以及月末。

（4）受到風(fēng)浪等的影響，以及具體的施工要求，應(yīng)在低于-1.30～1.40m時(shí)，才方便后續(xù)的作業(yè)，而低于該潮位的時(shí)間非常短，發(fā)生的次數(shù)就更少了。

（5）研究發(fā)現(xiàn)，水位設(shè)定為-0.50m，高程設(shè)定為-1.00m，是不合理的。

4.5 拉桿、防壓罩設(shè)計(jì)

對(duì)于拉桿的防蝕作用，多采用涂抹紅丹及防銹漆各兩道，并在外層纏繞纖維布及熱瀝青各三道。對(duì)于腐蝕的發(fā)生，上述操作更多的是起到某種程度上的延緩，在具體操作中受到意外的損傷時(shí)，或是出現(xiàn)漏檢等情況，就有可能造成嚴(yán)重的銹蝕，影響到后續(xù)的穩(wěn)定運(yùn)行。磚砌的（之后改為安裝預(yù)制塊）防壓罩，在采取機(jī)械操作時(shí)很容易受到損傷；當(dāng)?shù)鼗霈F(xiàn)下降時(shí)（施工期大約為10cm），防壓罩會(huì)受到很大的影響，因此是否能夠起到相應(yīng)的防護(hù)作用是值得進(jìn)一步研究的。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著港口碼頭建設(shè)的深入發(fā)展，鋼板樁的應(yīng)用越來越廣泛，實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出節(jié)能、環(huán)保等方面的優(yōu)勢(shì)，已被大量應(yīng)用于港口項(xiàng)目施工中。而鋼板樁的應(yīng)用，不僅是為了促進(jìn)港口施工的建設(shè)發(fā)展，而且也是對(duì)綠色環(huán)保理念的踐行。但在具體的使用中也發(fā)現(xiàn)了多方面的不足與問題，比如銹蝕問題，輥軋工藝粗糙問題等。隨著建筑工程技術(shù)的不斷進(jìn)步，港口泊位的進(jìn)一步擴(kuò)大，研究人員應(yīng)探索新的施工材料及工藝技術(shù)，以不斷完善港口碼頭的建設(shè)發(fā)展。

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