鋼板樁施工技術(shù)

汪洋 中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司

1.工程概況

中交三航局阿爾及利亞貝賈亞港25#碼頭設(shè)計(jì)為6 萬(wàn)噸級(jí)集裝箱兼散貨碼頭，舊有灘涂改擴(kuò)建成鋼板樁結(jié)構(gòu)碼頭，呈L 型，順岸長(zhǎng)170m，寬78m，轉(zhuǎn)角長(zhǎng)30m，前沿設(shè)計(jì)泥面高程-12.5m，碼頭采用單錨鋼板樁結(jié)構(gòu)，前帷幕采用A Z20-700+HZ1180MA-12組合鋼板樁型式，后帷幕錨定系統(tǒng)采用AZ40-700型錨定鋼板樁，通過(guò)鋼拉桿與前帷幕鋼板樁連接；碼頭后方寬度35m及碼頭前沿15m處采用直徑φ800mm碎石樁地基加固處理，處理深度為25m和15m，其它陸域區(qū)域換填1m厚T VC大塊石，面層采用30cm厚混凝土結(jié)構(gòu)；碼頭前后軌道梁采用φ100cm旋挖灌注樁，樁長(zhǎng)40m，碼頭港池需進(jìn)行164萬(wàn)m的疏浚施工。鋼板樁碼頭斷面結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 鋼板樁碼頭斷面結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

2.地質(zhì)情況

貝賈亞25#碼頭鋼板樁施工區(qū)域土層地質(zhì)自上而下分別為：①既有土層：該層一般為礫石、碎石和塊石組成，較為密實(shí)，標(biāo)高約為+1～-3m；②黏質(zhì)海砂：該層為海砂，有時(shí)為灰褐色粘質(zhì)，粒徑均勻，密實(shí)度松散，標(biāo)高約為-3～-6m；③褐色砂質(zhì)低塑性黏土：該層為砂質(zhì)低塑性黏土，軟塑，標(biāo)高約為-6～-12m；④灰褐色粘質(zhì)細(xì)砂：該層為細(xì)砂，質(zhì)勻，飽和，松散，標(biāo)高約為-12～-17m；⑤灰黑色低塑性黏土：該層為灰黑色低塑性飽和黏土，含有殼狀碎屑，偶見(jiàn)砂質(zhì)黏土，一般為硬塑，標(biāo)高約為-17～-29m；⑥淡黃色小礫石的低塑性黏土：該層表現(xiàn)為低塑性黏土，有時(shí)含有砂質(zhì)小礫石，黃灰色，呈巖層狀，一般為硬塑-堅(jiān)硬-29～-45m。

本工程鋼板樁力學(xué)性能滿足表1要求，并符合NF A45-020規(guī)范的要求。

表1 鋼板樁主要力學(xué)性能指標(biāo)表

根據(jù)本工程地質(zhì)特點(diǎn)以及鋼板樁主要力學(xué)性能指標(biāo)，本工程采用AZ20-700+HZ1180MA-12組合鋼板樁作為碼頭擋土前沿能有效穩(wěn)固碼頭陸域區(qū)土體。

3.鋼板樁施工工藝

本工程鋼板樁采用AZ 20 -700+H Z1180M A-12 組合鋼板樁作為碼頭擋土前沿，前帷幕主樁HZ1180MA樁長(zhǎng)27.25m，合計(jì)95根，設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高-26.4 m，輔樁AZ20-700樁長(zhǎng)22.25m，合計(jì)94根，設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高-21.4m，主輔鋼板樁分別由RZD18、RZU18型鎖扣拼裝而成，形成組合鋼板樁；30m轉(zhuǎn)角護(hù)岸前墻結(jié)構(gòu)同碼頭前墻；后帷幕錨定系統(tǒng)采用AZ40-700N型錨碇鋼板樁，錨碇板樁長(zhǎng)15m，合計(jì)111根，設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高-14.4m；前、后帷幕鋼板樁采用M105×6（名義直徑90mm）鋼拉桿連接，前墻拉桿高程1.0m，錨碇點(diǎn)高程0.0m，拉桿凈長(zhǎng)44m，間距1.927m。鋼板樁總計(jì)1995t。HZ—AZ組合鋼板樁示意圖如圖2所示。

圖2 HZ-AZ型組合鋼板樁示意圖（單位：mm）

鋼板樁施工為關(guān)鍵工序及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)工程，采用陸上施打工藝，陸上施打包括170m前墻及30m轉(zhuǎn)角護(hù)岸、后方170m后帷幕錨碇墻。轉(zhuǎn)角護(hù)岸采用斜拉板樁結(jié)構(gòu)形式，前墻結(jié)構(gòu)同170m碼頭，斜拉樁采用HZ1180MA型鋼板樁，樁長(zhǎng)30m，樁傾角為20°，共6根。鋼板樁施工沿碼頭前沿線先開始施工HZ主樁及輔樁AZ樁，HZ鋼板樁施打采用高頻液壓振動(dòng)錘施打至導(dǎo)向架頂面，導(dǎo)向架一次可施工5片，AZ鋼板樁初打至HZ鋼板樁同一標(biāo)高，之后使用柴油錘復(fù)打跳打HZ鋼板樁、AZ鋼板樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

4.鋼板樁施工工藝流程圖

施工工藝流程圖如圖3所示。

圖3 鋼板樁施工工藝流程圖

5.鋼板樁主要施工方法

5.1 施工測(cè)量

施工測(cè)量利用全站儀等測(cè)量設(shè)備對(duì)鋼板樁的起始樁和終點(diǎn)樁坐標(biāo)進(jìn)行定位，并施打穩(wěn)固，以此作為整排鋼板樁動(dòng)態(tài)施工的參照，確保垂直度及偏移量滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 導(dǎo)向架的制作

在整個(gè)HZ-AZ型組合鋼板樁施工體系中，HZ型鋼板樁的施打是關(guān)鍵，其施工后的軸線、垂直度偏差直接影響整個(gè)鋼板樁體系的外觀質(zhì)量。因此，在施打HZ型鋼板樁之前，需要制作一個(gè)精度高的輔助導(dǎo)向裝置，即導(dǎo)向架，如圖4所示。導(dǎo)向架必須有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。施工過(guò)程中，樁的傾斜度和軸線偏差利用導(dǎo)向架的限位板控制。導(dǎo)向架為長(zhǎng)13.5m，寬1.2m，高3.5m的雙層桁架結(jié)構(gòu)，主要用HM600×300a鋼導(dǎo)梁和HW30×300a型桁架加工而成，一個(gè)導(dǎo)向架可以滿足插打5根HZ樁的需要。導(dǎo)向架制作加工好后，利用導(dǎo)向架對(duì)鋼板樁進(jìn)行試驗(yàn)樁施工，并須通過(guò)專職質(zhì)檢人員驗(yàn)收，以保證鋼板樁施工時(shí)的限位偏差在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)，當(dāng)試驗(yàn)樁驗(yàn)收通過(guò)后方能投入使用。

圖4 導(dǎo)向架制作圖

5.3 鋼板樁沉樁

（1）沉樁機(jī)械設(shè)備。HZ型鋼板樁先使用150t履帶吊機(jī)掛ICE84C型液壓振動(dòng)錘進(jìn)行插樁，然后使用80t履帶吊機(jī)掛D80柴油錘分段復(fù)打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

（2）鋼板樁試驗(yàn)及試驗(yàn)樁。鋼板樁進(jìn)場(chǎng)安排專職質(zhì)檢人員和監(jiān)理工程師檢查驗(yàn)收外觀質(zhì)量及質(zhì)量保證書，并見(jiàn)證取樣送試驗(yàn)室進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)，合格后，進(jìn)行鋼板樁試驗(yàn)樁施打，根據(jù)試驗(yàn)樁成果收集和調(diào)整施工參數(shù)。

（3）鋼板樁的施工。HZ-AZ組合鋼板樁體系施工的步驟如下：①根據(jù)起始鋼板樁和終點(diǎn)鋼板樁的坐標(biāo)限位安裝導(dǎo)向架；②先采用ICE84C液壓振動(dòng)錘跳格插打HZ型鋼板樁至樁頂標(biāo)高+5.5米，然后插打HZ型鋼板樁之間的AZ型鋼板樁，施工至樁頂標(biāo)高+5.5米；③拆除導(dǎo)向架，移至下一施打單元重復(fù)第①、②項(xiàng)步驟，直至前帷幕鋼板樁全部施工至高程約+5.5m；④最后采用D80柴油錘復(fù)打送樁，將HZ-AZ型組合鋼板樁送樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

5.4 鋼板樁施工注意事項(xiàng)

導(dǎo)向架的制作安裝：導(dǎo)向架制作安裝精度直接影響著HZ-AZ型組合鋼板樁施工精度（軸線偏位及傾斜度），安排專職測(cè)量人員使用DS3級(jí)水準(zhǔn)儀及DJ2經(jīng)緯儀對(duì)在導(dǎo)向架制作過(guò)程中進(jìn)行測(cè)量控制，保證導(dǎo)向架的制作精度。HZ-AZ型組合鋼板樁施工中，先用全站儀定位測(cè)量出起始樁的樁位坐標(biāo)并拉出軸線，然后根據(jù)起始樁坐標(biāo)安裝導(dǎo)向架，導(dǎo)向架安裝好以后，安排兩個(gè)測(cè)量員分別進(jìn)行換手復(fù)測(cè)工作。定位樁和導(dǎo)向架的平面位置偏差按照設(shè)計(jì)及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求控制在10mm以內(nèi)，垂直度偏差控制在0.5%以內(nèi)。安裝時(shí)，先將4根8m長(zhǎng)的HM600×300a型鋼插入土層固定，作為導(dǎo)向架的四個(gè)角，用DS3級(jí)水準(zhǔn)儀在H型鋼上測(cè)出標(biāo)高+0.5米和+5米并做標(biāo)記，再將H600×300a的H型鋼加工成橫梁安裝在已標(biāo)記+0.5米和+5米處的H型鋼上，最后在橫梁上焊接固定好限位鋼板。

5.5 沉樁過(guò)程質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）導(dǎo)向架安裝：導(dǎo)向架制安除了滿足強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求外，還需滿足精度要求，垂直于板樁墻縱軸線方向和沿板樁墻縱軸線方向的垂直度均必須控制在0.5%以內(nèi)。

（2）插樁：插樁施工順序由一端向另一端隔樁跳打的方式進(jìn)行。當(dāng)一個(gè)單元的樁均插打至約+5.5米標(biāo)高后，移開導(dǎo)向架，在HZ型鋼板樁無(wú)導(dǎo)向架約束狀態(tài)下逐根查驗(yàn)沉樁偏差并做記錄，與設(shè)計(jì)和規(guī)范值做對(duì)比，若不符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，則拔出重新插打。

（3）復(fù)打時(shí)，為了防止錘擊過(guò)程中對(duì)樁頂?shù)钠茐?，在樁錘和鋼板樁之間制作安裝專用樁帽替打并采用重錘低落距的方式進(jìn)行。

（4）在沉樁前對(duì)樁位及導(dǎo)向架安放位置進(jìn)行測(cè)量和復(fù)核，沉樁過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量、密切監(jiān)視鋼板樁、樁帽、樁錘位于同一垂直軸線上，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題動(dòng)態(tài)糾偏，以防止出現(xiàn)偏心沉樁情況。

（5）沉樁過(guò)程中，為減少沉樁阻力，導(dǎo)向架限位鋼板鎖口處應(yīng)均勻涂抹專用潤(rùn)滑劑或機(jī)油。沉樁后在距離樁位1米位置拉隔離彩旗、貼反光標(biāo)識(shí)、設(shè)立警示標(biāo)志，防止碰撞。

（6）在用樁機(jī)送打鋼板樁時(shí)，應(yīng)先跳隔將AZ型鋼板樁兩側(cè)的HZ型鋼板樁送打到設(shè)計(jì)標(biāo)高，再將AZ型鋼板樁送打到設(shè)計(jì)標(biāo)高，以防帶樁。

（7）拉桿收緊施初始應(yīng)力應(yīng)在胸墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之后進(jìn)行，拉桿安裝收緊時(shí)，要對(duì)胸墻位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以防前沿線偏移。

5.6 鋼拉桿安裝

當(dāng)HZ型鋼板樁和AZ型鋼板沉樁到設(shè)計(jì)標(biāo)高，且后帷幕成型后，及時(shí)開展鋼拉桿安裝施工，鋼拉桿安裝的順序依次為：土方開挖→碎石墊層鋪設(shè)→按圖進(jìn)行拉桿組裝→拉桿調(diào)平張緊→包裹瀝青玻璃布→拉桿驗(yàn)收→場(chǎng)地回填。

鋼拉桿安裝要求如下：

（1）拉桿連接鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線位于同一橫向水平面上。

（2）只有在前帷幕鋼板樁樁頂?shù)默F(xiàn)澆胸墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%及后帷幕鋼板樁回填完成后，方可張緊拉桿。

（3）張緊拉桿施工時(shí)，先給拉桿墊砂袋保持拉桿平直，再用千斤頂給拉桿施加2t的起始應(yīng)力，使每節(jié)段拉桿受力均勻。

（4）拉桿的螺母全部旋進(jìn)，并有2～3個(gè)絲扣外露。

（5）拉桿安裝完成后，安排專職質(zhì)檢人員對(duì)防護(hù)層進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)防護(hù)涂料缺漏和磨損之處，立即人工修補(bǔ)。

（6）拉桿安裝允許偏差：拉桿間距偏差≤+100mm；標(biāo)高偏差≤+50mm。

（7）拉桿安裝完成后，張拉完畢及時(shí)回填GNT，施工下一道工序。

6.結(jié)語(yǔ)

在阿爾及利亞貝賈亞25#碼頭工程鋼板樁施工中，采用導(dǎo)向架定位對(duì)HZ-AZ型組合鋼板樁的施工技術(shù)，不僅施工順利實(shí)施，而且一次性通過(guò)了國(guó)際監(jiān)理的驗(yàn)收，以高質(zhì)量高精度完成本次施工，同時(shí)，本項(xiàng)目工程被評(píng)為中交三航局局優(yōu)質(zhì)工程，表明了該技術(shù)具有施工速度快、施工安全可靠、質(zhì)量容易控制等優(yōu)點(diǎn)，適合于板樁碼頭的建設(shè)施工。