鋼板樁在濱海泵站圍堰中的應(yīng)用

馬 棟 梁, 李 強(qiáng)

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610036)

1 概 述

?？谑旋埨夏┒诵藿ǖ凝埨媳庇晁艥潮谜窘ㄖ镏械谋谜竞退l位于濱海防潮堤上,其外河出水口為龍珠灣,泵站流量為80 m3/s,安裝5臺、單機(jī)容量為16 m3/s的濕式全貫流潛水泵。該項(xiàng)目的主要建設(shè)內(nèi)容包括改線污水箱涵、重建龍昆溝排水閘、新建排水泵房和泵房進(jìn)出水池、引水箱涵、外河翼墻、管理用房以及泵站配套的電氣儀表設(shè)備等。

龍昆溝泵站和水閘外河側(cè)為龍珠灣海域,泵站和水閘新建時需要修筑圍堰,其外河側(cè)圍堰標(biāo)準(zhǔn)為4級水工建筑物,擋水標(biāo)準(zhǔn)采用龍珠灣20 a一遇高潮位2.8 m,其安全超高取0.5 m[1]。

在泵站外海側(cè)設(shè)置了長度為91.7 m的雙排鋼板樁圍堰;水閘分兩期施工,一期施工時設(shè)置了長度為35.5 m的雙排鋼板樁圍堰,二期施工設(shè)置了長度為38 m的雙排鋼板樁圍堰,臨時占用的海域面積為793 m2。

工程擋水用的雙排鋼板樁圍堰主要用于水閘和泵站外海側(cè)。由于其工況類似且施工時泵站開挖深度大于水閘,故以泵站外海側(cè)圍堰施工為例進(jìn)行了闡述。外海側(cè)圍堰平面情況見圖1。

圖1 外海側(cè)圍堰平面圖

2 鋼板樁圍堰方案的確定

考慮到施工時盡量少占用海域范圍,故對其外海側(cè)圍堰采用雙排AU25型、單根長度為15 m的拉森鋼板樁圍堰,圍堰高4.3 m、頂寬6 m。施工圍堰的頂層兼做施工便道,在雙排拉森鋼板樁中間采用黏土夯實(shí)回填,頂層鋪設(shè)袋裝土一層,其頂面鋪設(shè)200 mm厚的素混凝土路面作為臨時道路通行。雙排鋼板樁外側(cè)采用20號槽鋼和Φ50 mm@2 250 mm鋼拉桿進(jìn)行支護(hù)與拉結(jié)。外海側(cè)圍堰斷面情況見圖2。

圖2 外海側(cè)圍堰斷面圖

3 鋼板樁圍堰的計(jì)算

3.1 鋼板樁圍堰的整體穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50286-2013,對于4級堤防,在不利的條件下,其堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不能小于1.05[2]。在邊坡計(jì)算軟件中輸入圍堰斷面,計(jì)算方法采用簡化bishop法,其最危險的滑動面經(jīng)過鋼板樁底部,標(biāo)高約為-11.7 m。根據(jù)軟件計(jì)算成果:邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)為2.4,遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的安全系數(shù)1.05,故圍堰的整體穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

3.2 圍堰抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50286-2013,對于4級堤防,在不利的條件下,其堤防抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)不能小于1.35。計(jì)算時將內(nèi)河側(cè)鋼板樁的腳點(diǎn)作為抗傾覆計(jì)算的基準(zhǔn)點(diǎn)對圍堰抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)計(jì)算,該圍堰抗傾覆安全系數(shù)為1.35.滿足規(guī)范要求。

綜上所述,雙排鋼板樁圍堰整體穩(wěn)定安全系數(shù)為2.4,抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)為1.35,均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4 鋼板樁圍堰采用的施工方法

4.1 施工流程

施工準(zhǔn)備→定位測量→導(dǎo)向樁制作→打鋼板樁→安裝導(dǎo)梁、拉桿→分階段填筑→排水、堵漏、清淤→結(jié)構(gòu)施工→鋼板樁圍堰拆除[3]。

4.2 施工準(zhǔn)備

(1)鋼板樁的選用及檢驗(yàn)。該工程選用拉森AU25型止水鋼板樁。該鋼板樁為小鎖口,其止水能力強(qiáng)。外觀檢驗(yàn)主要檢查其表面缺陷、寬度、長度、厚度、高度、平直度、端頭矩形比和鎖口形狀等內(nèi)容。

(2)鋼板樁的吊運(yùn)及堆放。鋼板樁的吊運(yùn)方式包括單根起吊和成捆起吊。單根吊運(yùn)采用專用的吊具,對于成捆起吊通常采用鋼索捆扎。鋼板樁堆放的地點(diǎn)選擇在平坦、堅(jiān)固、不會因壓重而發(fā)生較大沉陷變形的場地上,且該場地便于運(yùn)往打樁施工現(xiàn)場。

4.3 定位測量

測量人員根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖計(jì)算出放樣的坐標(biāo)、高程,待計(jì)算校核無誤后,采用經(jīng)鑒定合格的GPS進(jìn)行放樣并用鋼筋樁標(biāo)定放樣點(diǎn)位,用以指導(dǎo)開挖及鋼板樁施工,應(yīng)將放樣點(diǎn)位的誤差控制在相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求的允許范圍內(nèi)。將施工區(qū)域的控制點(diǎn)標(biāo)明并經(jīng)復(fù)核無誤后加以有效保護(hù)。打鋼板樁時,使用鋼筋樁標(biāo)定的定位兩端將其拉線作為導(dǎo)向位置及高程控制的標(biāo)志。

4.4 鋼板樁的插打

4.4.1 鋼板樁插打的施工順序

從圍堰設(shè)計(jì)中線開始打入第一片鋼板樁,然后逐步向兩邊插打,先插打外側(cè),待其完成后再插打內(nèi)側(cè)。最初的一、二塊鋼板樁的打設(shè)位置和方向要確保其精度以起到樣板的作用。當(dāng)雙排鋼板樁施打完畢、通過鋼板樁上預(yù)留的孔洞安裝槽鋼導(dǎo)梁和鋼拉桿。

4.4.2 鋼板樁插打采用的施工工藝

由于鋼板樁圍堰設(shè)置在海灣中,其距離海岸線8～10 m,故先采用PC300反鏟挖掘機(jī)拋填塊石進(jìn)行填筑,填筑寬度為3～5 m,并需保證CAT349D鋼板樁打樁機(jī)在最大打樁范圍5 m內(nèi)。將CAT349D鋼板樁打樁機(jī)停在距打樁點(diǎn)約5 m左右的地點(diǎn)側(cè)向施工,以便于測量人員觀察。

(1)錘下降,開液壓口,拉一根樁至打樁錘下,在鎖口處涂抹潤滑油,起錘。

(2)錘下降,將樁移至夾口中,開動液壓機(jī)夾緊樁。上升錘與樁至打樁地點(diǎn)。

(3)對準(zhǔn)樁與定位樁的鎖口,錘下降,靠錘與樁的自重壓樁至地面以下一定深度至其不能下降為止。

(4)試打樁錘30 s左右、停止振動,利用錘的慣性打樁至堅(jiān)實(shí)土層,開動振動錘打樁使其下降,控制樁錘下降的速度并保持樁豎直,以保證其鎖口順利咬合,提高其止水能力。

(5)在板樁至設(shè)計(jì)高度前40 cm時停止振動,振動錘因慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動一定時間,打樁至設(shè)計(jì)高度。

(6)松開液壓夾口,錘上升,打第二根樁,以此類推至打完所有樁。打樁前應(yīng)在鎖口內(nèi)涂抹黃油。施打完鋼板樁后,開始進(jìn)行鋼板樁系統(tǒng)內(nèi)的止水處理。

4.4.3 打樁時特殊問題的處理

(1)阻力過大、不易貫入。其原因主要有兩方面:一是鋼板樁連接鎖口銹蝕、變形、入土阻力大;二是在堅(jiān)實(shí)的砂層、砂礫層中沉樁的阻力過大。對于第一種情況,宜采用除銹、矯正的措施,在鎖口內(nèi)涂抹油脂以減少阻力;對于第二種情況,可采用高壓沖水或改為振動法沉樁,不能采用錘硬打。

(2)打設(shè)時將相鄰板樁帶入。在軟土中打設(shè)鋼板樁時,如遇到不明障礙物或板樁傾斜而導(dǎo)致板樁阻力增大時會將相鄰的板樁帶入。其處理方法是采用屏風(fēng)法打設(shè),將相鄰的板樁焊在導(dǎo)梁上,在鎖口處涂抹黃油以減少阻力。

(3)鋼板樁向打設(shè)的前進(jìn)方向傾斜。在軟土中打樁,由于其鎖口處的阻力大于板樁與土體間的阻力,易使板樁向前進(jìn)方向傾斜。其糾正的方法是使用卷揚(yáng)機(jī)和鋼絲繩將板樁反向拉住后再捶擊,或采用特制的楔形板樁進(jìn)行糾正。

4.4.4 鋼板樁施工的注意事項(xiàng)

(1)導(dǎo)向樁打好后用槽鋼焊接牢固以確保導(dǎo)向樁不晃動,進(jìn)而提高打樁的精確度。

(2)線樁的插打。鋼板樁起吊后采用人力將樁插入鎖口,其動作需緩慢,以防止損壞鎖口,插入后可稍松吊繩使樁憑自重滑入。

(3)當(dāng)鋼板樁振動插打到小于設(shè)計(jì)標(biāo)高40 cm 時,一定要小心施工,以防止超深情況的發(fā)生。

(4)封口時,必須精確計(jì)算異形鋼板樁的尺寸,確保止水質(zhì)量。

4.5 回填及安裝導(dǎo)梁與拉桿

鋼板樁插打完并實(shí)施系統(tǒng)封閉后立即進(jìn)行排水。在雙排鋼板樁內(nèi)鋪設(shè)單層500 g/m2的土工膜并進(jìn)行土方分層均衡回填。當(dāng)回填至底層拉桿高程時進(jìn)行槽鋼導(dǎo)梁和鋼拉桿的安裝并加固牢靠,外側(cè)槽鋼導(dǎo)梁的安裝由30 t吊車吊裝,焊工站在船只上進(jìn)行焊接;當(dāng)土方回填至上層拉桿高程時進(jìn)行導(dǎo)梁及上層拉桿的安裝,回填至設(shè)計(jì)高程時鋪設(shè)一層袋裝土,最后進(jìn)行頂層混凝土路面的施工。

4.6 鋼板樁的拔除

4.6.1 鋼板樁的拔除

待圍堰內(nèi)結(jié)構(gòu)物施工完成后即可拆除鋼板樁圍堰。鋼板樁拔除前,先用液壓破碎錘破除圍堰頂?shù)幕炷谅访婧笤俨鸪垆搶?dǎo)梁和拉桿,挖除回填土,最后拔除鋼板樁。

槽鋼導(dǎo)梁和拉桿的拆除采用30 t汽車吊、用2根鋼絲繩對槽鋼導(dǎo)梁兜底(防止切割拉桿后導(dǎo)梁墜落),再用氣焊將槽鋼導(dǎo)梁與鋼板樁焊接部位割開,使用吊車緩慢吊離槽鋼導(dǎo)梁至指定的地方整齊堆放、待后續(xù)施工繼續(xù)使用。

鋼板樁拔除作業(yè)前,對每個板樁的打入情況應(yīng)作詳細(xì)調(diào)查并以此判斷拔樁作業(yè)的難易程度。拔樁時,采用振動錘拔除,拔一根,清理一根并及時運(yùn)走,以保證場地的清潔。

4.6.2 拔樁的注意事項(xiàng)

(1)先割除鋼板樁的支撐,然后拔起鋼板樁。

(2)為防止將鄰近的板樁同時拔出,宜將鋼板樁和加固的槽鋼逐根割斷。

(3)對拔出的鋼板樁應(yīng)及時清除附著在其上的土砂,涂抹油脂。對變形較大的鋼板樁需進(jìn)行調(diào)直。對于完整的鋼板樁要及時將其運(yùn)出工地、堆置在平整的場地上。

(4)按與打板樁順序相反的次序拔樁。

5 圍堰變形的監(jiān)測

5.1 測點(diǎn)的布置

(1)平面控制點(diǎn)的設(shè)置。將基坑周邊建筑物沉降監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置在建筑物的結(jié)構(gòu)墻與柱上,并分別沿平行、垂直于坑邊的方向布設(shè)[4]。該項(xiàng)目在已有建筑物泵站和水閘處分別設(shè)置了一個平面控制網(wǎng)。

(2)水準(zhǔn)基點(diǎn)的設(shè)置。水準(zhǔn)基點(diǎn)即高程起算點(diǎn),埋設(shè)于基坑影響范圍之外。將水準(zhǔn)基點(diǎn)選在基坑影響范圍外已有建筑物或構(gòu)筑物基礎(chǔ)上,泵站與水閘分別設(shè)置一個獨(dú)立的高程網(wǎng)。

5.2 觀測頻率

各監(jiān)測項(xiàng)目在基坑開挖前應(yīng)測得穩(wěn)定初始值且不應(yīng)少于 2次;基坑開挖期間,每天觀測1次,待其穩(wěn)定后每 5～7 d觀測1次。當(dāng)大暴雨、結(jié)構(gòu)變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場地條件變化較大時應(yīng)加密觀測;當(dāng)有危險事故征兆時則需進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。監(jiān)測工作以儀器測量為主,并與日常巡視工作相結(jié)合。施工期間,必須做好現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)的保護(hù)工作。每次監(jiān)測前,對所使用的控制點(diǎn)進(jìn)行校核,發(fā)現(xiàn)監(jiān)測控制有位移時應(yīng)及時按布網(wǎng)時的測量精度恢復(fù)。施工中一定要及時觀測和反饋信息,定期分析監(jiān)測報(bào)告,及時發(fā)現(xiàn)報(bào)告中存在的問題并予以解決。

5.3 基坑報(bào)警值

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB 50497-2009中基坑級別的定義,該工程基坑為二級基坑。不同等級基坑的設(shè)計(jì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂位移預(yù)警值、圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體最大位移報(bào)警值[5]、地面最大沉降預(yù)警值列于表1中?；幼冃伪O(jiān)測報(bào)警值的規(guī)定見表1。

表1 基坑變形監(jiān)測報(bào)警值規(guī)定表 /cm

施工過程中若發(fā)現(xiàn)異常情況、監(jiān)測到超報(bào)警值時應(yīng)立即停止施工,將機(jī)械設(shè)備及人員全部撤離施工現(xiàn)場,及時采取有效的加固措施待觀測值趨于穩(wěn)定后方能繼續(xù)施工。

6 結(jié) 語

采用雙排拉森鋼板樁并在其中間使用黏土夯實(shí)回填的圍堰其設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的好壞決定著基坑滲水量的大小、泵站主體是否順利施工并且影響到泵站主體工程的施工質(zhì)量。此次施工的鋼板樁在考慮最不利的施工條件下進(jìn)行的穩(wěn)定計(jì)算和抗傾覆計(jì)算結(jié)果均滿足相關(guān)規(guī)范要求,施工過程中達(dá)到了減少所占海域面積、減少對海洋資源的污染、加快施工進(jìn)度、節(jié)約成本、提高經(jīng)濟(jì)和社會效益的目的。