黃河河漫灘拉森鋼板樁插打實踐

梁建軍+李凱

摘 要：鋼板樁插打過程中，垂直度控制難度大、合龍困難。介紹國道108線禹門口黃河大橋主橋承臺基坑開挖采用SP-Ⅳw型鋼板樁圍護結構時，鋼板樁插打的機械選型、垂直度的保障措施、圍堰合龍的控制要點，以及施工過程中，采用引孔措施解決鋼板樁難以穿越大厚度砂卵石層的困難，以供今后類似工程參考。

關鍵詞：鋼板樁；機械選型；垂直度；圍堰合龍；引孔

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.19.106

1 引言

隨著經濟的快速發展，中國基礎設施建設行業發展迅猛，有時需要在很多現狀河道上修筑跨河建筑物，在有條件限制時，需要對河道進行開挖施工。拉森鋼板樁作為一種綠色、環保，而且施工速度快、施工費用低、有效減少開挖范圍的臨時支護結構。禹門口黃河大橋主塔承臺基坑最大尺寸為54m×34m×11m，基坑范圍地質均為粉細砂，本文將重點論述粉細砂中拉森鋼板的插打工藝。

2 工程概況

禹門口黃河大橋位于秦晉交界的黃河龍門峽谷出口處，橋位處為典型的河流堆積地貌，黃河在此處由峽谷區進入平原區，河槽驟然展開，河谷急劇變寬，形成寬淺性河床，地形略有起伏。此處河床河漫灘地帶，上部為厚越14.7～29.6m細砂，下部為14.2～77.4m厚卵石層。

主橋承臺結構尺寸為：11#索塔承臺結構尺寸為49×29×6m、12#索塔承臺結構尺寸為49×24×6m（橫橋向×順橋向×高）。拉森六型（SP-Ⅳw）鋼板樁結構尺寸如表1所示。11#承臺共用鋼板樁284根（含4根異形樁），12#承臺共用鋼板樁264根（含4根異形樁），鋼板樁入土深度為16.021m。

3 機械選型

3.1 振動錘選型

鋼板樁圍堰施工采用履帶吊+振動沉樁錘插打。

11號索塔承臺圍堰鋼板樁總長為18m，河床標高（地面）+377.81m，鋼板樁底部標高+361.789m，頂部標高389.789m，鋼板樁圍堰最大入土深度為16.021m；12號索塔承臺圍堰鋼板樁總長為18m，先行開挖河床標高至+378m，鋼板樁底部標高+362.853m，鋼板樁圍堰最大入土深度為15.147m。根據設計圖紙提供的地質資料進行振動錘的選型，均為粉砂層，但施工過程中實際地質資料與地勘資料不完全一致，為確保鋼板樁插打施工的機械設備能夠滿足要求，在鋼板樁正式插打前，在鋼板樁樁位處進行插打試驗。

振動錘的選型參考《橋梁施工工程師手冊》（人民交通出版社）第5.1.5條。應滿足振動錘的振動力P能克服插打鋼板樁過程中土的摩擦力R，即P>R。

土對樁的摩擦力：R=fuL

式中：f——土單位面積的動摩擦力（kPa），根據設計單位地質勘察報告提供的標準貫入度取對應的f值，對于細砂層摩阻力為-10kPa，計算時取10kPa；

u——鋼板樁的周邊長度（m），SP-Ⅳw型鋼板樁取2.513m；

L——鋼板樁的入土深度（m），本工程鋼板樁入土深度為16.021m。

則細砂對鋼板樁的理論摩阻力R=402.61kN。

根據計算的土的摩阻力R值，采用DZ90型振動錘。DZ90型振動錘主要技術性能：電機功率為90kW，激振力為677kN，振動錘質量為5864kg，允許拔樁力為400kN。DZ90型振動錘可滿足施工要求，安全系數K=677/402.61=1.68。

3.2 輔助設備

根據前期現場進場機械情況，初期采用50t履帶式高頻鋼板樁打樁機定位插打6-8m，然后采用50t履帶吊與DZ90型振動錘組合，將鋼板樁插打到設計標高，如圖1所示。

4 插打鋼板樁

4.1 插打順序

結合現場承臺實際施工進度，鋼板樁插打應從黃河上游中間開始，分兩個工作面同時作業。第一根鋼板樁位置應準確、垂直，然后以第一根鋼板樁為基準，再向兩邊對稱插打鋼板樁。合龍位置選擇在下游側的某個角點附近，以保證其垂直準確，其插打施工順序如圖2所示。

4.2 鋼板樁插打

開始使用50t履帶式高頻鋼板樁打樁機，將鋼板樁抓起，并放入導向架中，插打6-8m深，確保鋼板樁自身穩定性滿足要求，然后使用履帶吊和DZ90型振動錘將鋼板樁插打到設計標高。在振動錘打設鋼板樁時，高頻鋼板樁打樁機從反方向繼續插打鋼板樁，如此交替插打，提高機械使用率和鋼板樁插打效率。

插打鋼板樁前，采用5m長的疏通鋼板樁，將需插打的鋼板樁疏通一遍，檢查鋼板是否存在局部變形情況，并將鎖口中的垃圾淤泥清理干凈，在每片鋼板樁兩側鎖口內均涂填黃油，以減少鋼板樁插打或拔除時相互間的摩擦力，且提高了鋼板樁的抗滲漏能力。

4.3 引孔

主橋12#墩鋼板樁插打至靠岸側1/3位置時，鋼板樁只能打入地層13m左右，不能打設至設計標高。經進一步探查，細砂層在此范圍內厚度小于13m，其下地層為砂卵石層，導致鋼板樁難以插打到位。

為解決此問題，研究提出兩個方案：一是增大振動錘激振力，采用DZ120或DZ150振動錘進行鋼板樁插打，此方案將大大增加施工成本，經濟投入過大，難以保證鋼板樁可穿過砂卵層，同時，過大的激振力有可能致使上部鋼板樁發生傾斜或變形。二是從減小施工過程中鋼板樁的樁端和樁側摩阻力入手，提出采用長桿螺旋鉆引孔，將細砂層對鋼板樁的阻力通過引孔進行消減，使鋼板樁所受激振力絕大部分去克服卵石層的阻力，從而達到鋼板樁設計標高。

經過對比分析，采用引孔工藝進行鋼板插打施工。首先按設計位置放樣鋼板樁樁位，然后采用長螺旋鉆機進行鉆孔，孔徑為35cm，鉆孔深度為14m，穿越吸砂層，進入卵石層，每完成一次引孔，安裝鋼板樁導向架，然后采用履帶吊和DZ90型振動錘進行插打，經過引孔處理，鋼板樁均按要求插打至設計位置，鋼板樁在插打振動過程中，將引孔形成的孔道又填充密實，保證了鋼板樁四周的密實。引孔如圖3所示。endprint

5 控制要點

5.1 垂直度的控制

鋼板樁是剛體，軸線方向鎖口將單根樁連接成整體，所以第一根鋼板樁的平面位置及垂直度直接影響后續鋼板樁的位置及垂直度。軸線方向垂直度要求控制在1.5%范圍內，軸線方向垂直度是通過導向架實現的，本工程因鋼板樁無法直接插打到位，需進行引孔處理，故導向架為活動式架體，并設置為上下雙層結構，導向橫梁采用可調節式絲桿實現內外擴張，其固定樁位于引孔作業范圍之外，在完成引孔后，按控制點將導向橫梁調整到位，然后進行插打鋼板樁，根據樁頂標高控制鋼板樁底貫入度，然后將導向橫梁向外調整，引孔設備繼續引孔，調整導向橫梁插打鋼板樁，反復操作，實現鋼板樁的垂直度控制和插打。

鋼板樁施工過程中，采用雙層雙面形式，通常由導梁和圍檁樁等組成，雙面圍檁之間的距離不宜過大，一般比鋼板樁高度略大8～15mm，如圖4所示。

安裝導向架時主要控制點：

（1）采用全站儀控制和調整導向架的位置。

（2）導向架的高度要有利于控制鋼板樁的施工高度，滿足現場鋼板樁最大提升高度。

（3）導向架不能隨著鋼板樁的插打而下沉、變形，需確保定位樁自身穩定性滿足要求。

（4）導向架橫梁采用絲桿實現內外擴張，其導向橫梁最大間距需滿足引孔設備的操作空間要求。

5.2 鋼板樁合龍

鋼板樁圍堰在合龍時，兩側鎖口很難保證在一條直線上。雖然使用導向架進行平面位置和垂直度的控制，但是難免出現一定的誤差。因此，在鋼板樁插打至最后4-6片時，先將剩余鋼板樁打設至穩定高度（保證鋼板樁自身穩定即可），主要是利于鋼板樁的調整，并且合龍處的兩片樁應一高一低，便于插樁；若合龍有誤，可用手拉葫蘆等小型工具配合，對拉使之合龍，若偏差較大時，可采用將最后2片鋼板樁改為3片鋼板樁呈V字形打入，已調整其插打誤差導致的無法合攏的情況。如圖5所示。

鋼板樁圍堰轉角處使用異型角樁，可根據圍堰形狀將一片鋼板樁沿長度方向剖開焊接在另一根鋼板樁上，焊接成任意角度的異型樁。對于合龍處的異型角樁，在切割和焊接時，應對轉角兩側鋼板樁的相對位置進行測量，以保證加工的異型樁能與實際位置相吻合，異型角樁如圖6所示。

6 結語

國道108線禹門口黃河大橋項目主橋承臺基坑鋼板樁施工，對于其平面位置、垂直度要求較高，通過導向架等輔助措施可以確保施工滿足規范要求。但是對于地層變化的不確定性，導致部分區域鋼板樁打設時振動錘激振力不足、樁身插打不到設計標高，采用長桿螺旋鉆引孔，減小樁身摩阻力確保鋼板樁打設至設計標高。

通過施工實踐，結合在現場施工過程中遇到的具體問題及解決辦法，總結積累了寶貴的施工經驗，為類似工程提供參考。

參考文獻

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