硬塑土層中拉森鋼板樁導入式施工技術研究與應用

(安徽水安建設集團股份有限公司，安徽 合肥 230601)

拉森鋼板樁的適應性大，優點明顯，在建橋圍堰、大型管道鋪設、臨時溝渠開挖等工程領域應用廣泛。拉森鋼板樁在軟塑或可塑土層中的施工方法已經比較成熟，市場上也開始在河道拓寬，船閘新建、修建等方面開始應用。因水利建設項目的土層地質條件復雜多變，故采用傳統拉森鋼板樁的施工方法將無法滿足土層地質環境變化的要求。

本文擬以澮河固鎮復線船閘工程為背景，對硬塑土層中拉森鋼板樁施工進行研究與應用，為類似地質條件下拉森鋼板樁施工提供一種可靠的方法。

1 技術原理

硬塑土層中進行拉森鋼板樁施工，由于鋼板樁底部承載力大，插打困難，采用大功率的振動錘，易造成拉森鋼板樁鎖口的損壞、拉森鋼板樁彎曲變形。

通過在傳統拉森鋼板樁上稍加改動，制成專門引孔工具——拉森鋼板樁水刀。拉森鋼板樁水刀是一種在傳統拉森鋼板樁上焊接無縫鋼管并與高壓水泵連接的裝置，在打入的同時開動高壓水泵，使鋼板樁底部形成高壓水幕，在高頻液壓振動錘與高壓水雙重作用下切割土層，從而能有效地打入，完成傳統拉森鋼板樁的引孔。待拉森鋼板樁水刀打入到設計高程后，將其拔出，再用傳統拉森鋼板樁打入土層中，完成拉森鋼板樁的施工。

2 工程實例

2.1 工程概況

澮河固鎮復線船閘按照1000t級Ⅲ級通航建筑物設計，主體工程標準為Ⅱ級建筑物，船閘設計年通過能力1332萬t。船閘下游設公路橋一座，橋墩承臺最大埋深14m，現場不具備進行大開挖的條件，必須對基坑進行支護處理，在各方案比較后選用拉森鋼板樁進行支護。在承臺施工范圍內土層主要有軟塑土、可塑土、硬塑土層。

2.2 施工工藝流程

硬塑土層中拉森鋼板樁導入式施工工藝流程如圖1所示。

圖1 硬塑土層中拉森鋼板樁導入式施工工藝流程

2.3 施工操作要點

2.3.1 施工準備

編制專項施工方案，并組織專家論證，按照審批后的施工方案進行施工，進場后根據已報批的施工方案對現場施工人員進行安全技術交底。

2.3.2 拉森鋼板樁檢查、矯正、吊運、堆放

2.3.2.1 拉森鋼板樁的檢查

拉森鋼板樁施工時在鎖口插打過程中易摩擦發熱，相鄰兩根鋼板樁因鎖口溫度較高容易導致焊在一起，不容易進行拆除，故用于基坑支護的拉森鋼板樁在選擇材料時宜選用冷軋鋼，冷軋鋼強度高、扭曲后不易變形、可焊性較熱軋鋼差的特點，均滿足拉森鋼板樁的使用要求。

拉森鋼板樁陸運進場前必須按照標準鋼板樁對其進行逐根檢查，以保證鋼板樁平整度和鎖口完好性。同時要清除鎖口內雜物(如電焊瘤渣、廢填充物等)，對缺陷部位加以整修。樁身殘缺、殘跡、不整潔、銹皮、卷曲等有缺陷的鋼板樁不得使用。每根鋼板樁鎖口須均勻涂以混合油，以保證鋼板樁在施工過程中能順利插拔，增加鋼板樁的防滲性能。

新鋼板樁必須符合同廠質量標準，重復使用的鋼板樁應符合下表的檢驗標準要求，否則在打設前應予以矯正。

2.3.2.2 鋼板樁的矯正

a.表面缺陷矯正。先清洗缺陷附近表面的銹蝕和油污，然后用焊接修補的方法補平，再用砂輪磨平。

b.鋼板樁端頭矯正。一般用氧乙炔切割樁端，使其與軸線保持垂直，然后再用砂輪對切割面進行磨平修整。當修整量不大時，也可直接采用砂輪進行修理。

c.樁體撓曲矯正。腹向彎曲矯正是在鋼板樁變曲段的兩端固定的支承點上，用設置在龍門式頂梁架上的千斤頂頂在鋼板樁凹凸處進行冷彎矯正；側向彎曲矯正通常在專門的矯正平臺上進行，將鋼板樁彎曲段的兩端固定在矯正平臺的支座上，用設置在鋼板樁的彎曲段側面矯正平臺上的千斤頂頂壓鋼板樁彎凸處，進行冷彎矯正。

d.樁體截面局部變形矯正。對局部變形處用千斤頂頂壓、大錘敲擊與氧乙炔焰熱烘相結合的方法進行矯正。

e.鎖口變形矯正。用標準鋼板作為鎖口整形胎具，采用慢速卷揚機牽拉調整處理，或采用氧乙炔熱烘和大錘敲擊胎具推進的方法進行調直處理。

2.3.2.3 吊運

裝卸鋼板樁采用兩點吊。吊運時，每次起吊的鋼板樁根數不宜超過2根，吊運拉森鋼板樁時應注意保護鎖口免受損傷。

2.3.2.4 鋼板樁堆放

鋼板樁堆放的地點，要選擇在不會因壓重而發生較大沉陷變形的平坦而堅固的場地上，并便于運往打樁施工現場。

堆放時應注意：

a.堆放的順序、位置、方向和平面布置等應考慮到以后的施工方便。

b.鋼板樁要按型號、規格、長度分別堆放，并設置標牌說明。

c.鋼板樁應分層堆放，每層堆放數量一般不超過5根，各層間要墊枕木，墊木間距一般為3～4m，且上、下層墊木應在同一垂直線上，堆放的總高度不宜超過2m。

2.3.3 場地整平及測量放線

施工前對需打設鋼板樁的部位及堆放場地進行平整，清除施工部位表面樹根及大塊石等障礙物。測量前應做好測量控制網和水準基點，根據復測報批的測量成果，嚴格按照坐標法施測基坑平面位置和尺寸，并在插打鋼板樁的過程中控制測量垂直度及時進行糾偏。

2.3.4 導向架安裝

為保證鋼板樁沉樁的垂直度及施打板樁墻墻面的平整度，在鋼板樁打入時應設置導向架。根據現場測量放線結果，在鋼板樁基坑的邊線兩邊，開挖寬1.0m，深度約0.8m的導向槽。根據施工圖紙，安裝導向架，導向架是由雙拼40b工字鋼拼焊接而成，且與導向連接桿(L10×10角鋼)組成的框架式導向裝置(見圖2)。為了確保插打位置準確，采用交會測量的方法控制其平面坐標和垂直度。

圖2 導向架示意圖

2.3.5 水刀拉森鋼板樁制作、加工

水刀拉森鋼板樁主要設備及材料：電焊機、磨光機、高壓水泵、無縫鋼管、定位卡、高壓水管、傳統拉森鋼板樁等。

a.準備一根長度與傳統拉森鋼板樁一致，直徑2.5cm的無縫鋼管。

b.在傳統拉森鋼板樁凹側居中放線，確保該線與拉森鋼板樁邊線平行。

c.在放好的線上，擺放無縫鋼管，并通過固定卡把無縫鋼管牢固地焊接在拉森樁上。

d.距離拉森樁的底部約20cm處，在無縫鋼管端部焊接兩個噴嘴，噴嘴口呈尖形，且嘴口直徑大小為1cm。

e.通過高壓水管將傳統拉森樁的另一頭與高壓水泵連接成型。

到此“水刀”拉森鋼板樁制作完成，具體形式如圖3～圖4所示。

圖3 “水刀”拉森鋼板樁剖面

圖4 “水刀”拉森鋼板樁立面圖

2.3.6 水刀拉森鋼板樁引孔施工

a.將“水刀”拉森鋼板樁與高壓水泵連接好并試運行調試，檢查高壓水泵壓力表讀數是否正常、高壓水管接頭處是否漏水、無縫鋼管是否有因焊接造成破裂等現象，若有上述現象應及時處理。處理完成繼續運行整個裝置，運行正常后進行下一步施工。

b.檢查整個裝置運行無問題后，關閉高壓水泵；用起重機把“水刀”拉森鋼板樁吊裝到施打位置。

c.用振動錘把水刀拉森鋼板樁打入土層1～2m，然后打開高壓水泵，高壓水泵壓力控制在5～10MPa。繼續往下施工水刀拉森鋼板樁，直到打至設計高程，并在設計高程處停放5～10s。

d.引孔成功后，即可拔出水刀拉森鋼板樁，拔出時應根據地層情況控制拔出速度，在地層堅硬處速度應適度放慢。利用泥漿充分潤滑孔壁，確保傳統拉森鋼板樁能夠順利施工。

e.拔出水刀拉森鋼板樁后，應將其放置于不影響下一步施工的位置。

2.3.7 傳統拉森鋼板樁施工

將傳統拉森鋼板樁放置在水刀拉森鋼板樁引孔位置，將相鄰的鎖口咬合，為防止鎖口中心線平面位移，在打樁進行方向的鋼板樁鎖口處設卡板，阻止板樁位移。開動高頻液壓振動錘，振動錘施打過程中，應嚴格控制測量鋼板樁垂直度,及時進行糾偏。

打樁過程中在導向架上預先算出每塊板樁的位置，以便隨時檢查校正。開始打設的一、二塊鋼板樁的位置和方向應確保精確，以便起到樣板導向作用，故每打入1m應測量一次，打至預定深度后應立即用鋼筋或鋼板與圍檁支架焊接固定。

施打方法采用單樁打入法，從基坑一角開始逐塊插打，直至基坑支護合攏。

2.3.8 基坑內土方開挖及圍檁安裝

基坑土方開挖采用沖挖方法進行施工，在基坑內開挖集水坑，并安裝泥漿泵一臺，人工持高壓水槍將土體沖散，沖成泥漿，并用泥漿泵抽出基坑，如此反復循環直至沖挖達到圍檁安裝高程。

按照設計要求程序進行安裝內支撐，基坑圍檁及支撐采用雙拼40b工字鋼，角鋼短牛腿作為圍檁安裝的臨時托架。施工步驟為：安裝焊接臨時托架(牛腿)→安裝圍檁、支撐→焊設上限位鋼板→支撐與圍檁加焊。支撐安裝完成后用硬木楔塞緊板樁與圍檁之間的間隙。

2.3.9 基坑內結構物施工及基坑回填

按照圖紙要求對結構物進行施工，待結構物強度達到要求后，進行基坑回填。回填需與拆除圍檁交互進行。需確保拉森鋼板樁與結構物間回填密實且回填處基坑內外壓力基本相同，再進行圍檁拆除，循環往復直至回填至基坑頂。

2.3.10 鋼板樁基坑拆除

結構物基坑回填土至樁頂后，即可進行拉森鋼板樁的拔除工作，對于封閉式鋼板樁墻，拔樁的開始點離開樁角5根以上，必要時還可間隔拔除。拔樁順序一般與打樁順序相反。拔除時應注意吊車位置離基坑外1.5m，并在吊車底部鋪設鋼板，防止拔除拉森鋼板樁后，便道發生不均勻沉降，造成吊車偏移和安全隱患。

鋼板樁拔除后留下的土孔應及時回填處理，特別是周圍有建筑物、構筑物或地下管線的場合，尤其應注意及時回填，否則往往會引起周圍土體位移及沉降，并由此造成鄰近建筑物等的破壞。

3 結論及建議

硬塑土層中拉森鋼板樁導入式施工技術成功解決了在特殊地質情況下傳統拉森鋼板樁插打困難、易造成拉森鋼板樁鎖口的損壞、拉森鋼板樁彎曲變形的難題，具有較大的社會經濟效益，且采用該技術施工，有效地減少了拉森鋼板樁鎖口的損壞，增加了拉森鋼板樁周轉次數，降低了施工成本，具有廣闊的市場前景。