拉森钢板桩施工工艺及质量控制要点

拉森钢板桩施工工艺及质量控制要点拉森钢板桩施工工艺及质量控制要点 厦门工程有限公司 黄树榕 徐创才 摘摘 要要 本文通过施工实践与摸索并结合了施工过程中遇到的具体问题及解决问题的方法 较为详细地阐述了 18 米拉森钢板桩的施工工艺和质量控制要点 关键词关键词 拉森钢板桩 施工工艺 质量控制要点 1 项目概况 甬江特大桥是浙江省宁波市绕城高速公路东段的一座特大型桥梁 大桥跨越宁波市镇海 和北仑两个辖区 建成后为宁波市标志性工程 经变更后 全长 1 478km 桥的主桥跨径组 成为 54 166 468 166 54 m 双菱形连体桥塔斜拉桥 索塔承台为 62 33 5 5m 的矩形 整体式钢筋混凝土结构 D2 索塔位置现地面标高为 2 45m 承台基坑开挖平面尺寸为 65 36m 开挖深度为 6 45m 开挖面积 2340m2 左右 开挖方量约 14976m3 2 土层技术参数 在 D2 索塔承台基坑支护设计深度内的地基土 由浅至深主要有以下几层 2 1 I1 填土 层厚 0 7 1 7m 2 2 I2 亚粘土 灰黄色 灰褐色 软塑 硬塑 含少量铁锰质斑块 层厚 0 0 1 0m 层底深度 1 4 3 6m 地基土容许承载力 0 70kpa 2 3 II1 淤泥质亚粘土 灰色 流塑 饱和 多呈薄层状 局部相变为淤泥质粘土 顶板埋深 1 4 3 6m 层底 深度 10 50 18 00 地基土容许承载力 0 50kpa 天然孔隙比 1 394 饱和度 97 6 液性指 数 1 99 塑性指数 13 5 粘聚力 5 0kPa 内摩擦角 8 1 高含水量 高压缩性 物理力性 质差 为本工程主要地基压缩层 易变形和失稳 2 4 II2 淤泥 淤泥 灰色 流塑 厚层状 土质不均一 局部为淤泥质粘土 含少量贝壳碎片 顶板 埋深 2 00m 层底深度 11 00m 厚度 9 00m 地基土容许承载力 0 50kpa 天然孔隙比 1 631 饱和度 96 6 液性指数 1 52 塑性指数 27 0 粘聚力 6 0kPa 内摩擦角 0 9 高 含水量 高压缩性 物理力学性质差 为本工程主要地基压缩层 易变形和失稳 2 5 III1 淤泥质粘土 灰色 饱和 流塑 薄层状 鳞片状结构 顶板埋深 10 50 17 30m 层厚 18 80 33 50m 地基土容许承载力 0 58kpa 天然孔隙比 1 407 饱和度 97 8 液性指数 1 37 塑性指数 17 4 粘聚力 8 0kPa 内摩擦角 6 8 高含水量 高压缩性 物理力学性 质差 为本工程主要地基压缩层 易变形和失稳 2 6 III2 亚粘土 灰色 流塑 软塑 薄层 夹亚砂土薄层 顶板埋深 20 5 35 5m 层厚 30 00 43 8m 厚度 3 0 19 1 地基土容许承载力 0 90kpa 天然孔隙比 0 937 饱和度 100 0 液性指数 0 79 塑性指数 15 1 粘聚力 30 0Pa 内摩擦角 17 3 本工程地下土层没有承压水 图 1 钻探孔平面位置图 图 2 工程地质断面图 3 不利因素不利因素 3 1 宁波地区的软土力学性质差 对变形比较敏感 土层为鳞片状 排水性能很差 天 然孔隙比 饱和度高 3 2 承台边线距离水渠最近约为 7 0m 左右 距离甬江大堤最近 20 39m 东侧边线距离 便道最近 9 5m 左右 承台南侧边线距离便道最近约为 12 5m 左右 承台西侧边线距离施工 道路最近为 7 6m 左右 承台北侧边线距离热力管道最近为 4 3m 左右 重力式大堤高出基坑 底近 5m 要考虑大堤和水渠的整体稳定性 3 3 基坑开挖时间为 2008 年 10 月份 这个季节处于高潮位期 台风期 百年一遇水位 为 3 72m 此时水压高度 7 72m 3 4 受水渠 热力管道 防汛大堤 水平支撑的影响 出土方向只能在南边 挖土比较 慢 工程桩净间距约为 3 4m 导致局部修土困难 4 围围堰堰设计设计形式形式 D2 索塔承台根据基坑工程上述特点及施工条件并结合以往工程实践经验和项目自身的 条件 镇海侧采用钢管桩施工 采用的钢管桩材料将用在全桥支架上 如果北仑侧也采用钢 管桩施工 将产生多余的支撑材料且北仑侧土质较镇海侧差 水位较高 土体稳定性受渗水 影响较大 经过多个方案的分析计算比较 决定选用以下支护结构形式 基坑东侧 南侧 西侧三侧采用 W 型 600mm 210mm 18mm 钢板桩围护 靠近水渠一侧 北侧 采用 610 8 螺旋电焊钢管桩 根据不同地段土层情况 桩长 24 00m 27 00m 考虑到北面靠近 河渠 为了防止渗水 在钢管桩外侧施打一排长 12m 型号为 400mm 170mm 15 5mm 的钢板桩 钢板桩中心离承台边距离 1 5m 围堰支护桩与 围檩需尽量紧靠 在牛腿位置两者需采用焊接连接 其中空隙采用素混凝土充实 在其间放 置一定数量的 10 钢筋防止混凝土受力后开裂后掉落 10 钢筋必要时与围檩 支护桩焊接 固定 具体分布如下图 桥墩承台边线 图 4 基坑支撑示意图 5 钢钢板板桩围桩围堰施工堰施工结结构的构的设计计设计计算算 5 1 计算方式 计算工具采用理正基坑支护软件 结合部分手工复核计算 5 2 计算思路 1 采用钢板 管 桩加设钢支撑的支护形式 单元计算采用 m 法 结合经验系数进 行调整 2 地面超载按不同的周边环境及施工围堰的结构形式进行设置 3 截面设计按以下工况计算的最大弯矩进行设计 工况一 自然地坪放坡开挖至钢支撑围檩底 0 300 安装围檩及一道钢支撑 工况二 第二次开挖至开挖标高 4 00 工况三 钢支撑安装完毕后后 土体开挖到基坑底部并及时施工 500 厚钢筋混凝土垫层 因设计按最不利因素考虑该工况视同工况二处理下列计算就不予列出 工况四 桥墩承台分层浇捣 第一层 2500 厚混凝土施工完毕 至 1 000 承台周围和围护 桩之间浇捣混凝土换撑带强度达到 80 后 拆除钢支撑 图 3 工况五 承台全部施工完毕 承台周围土体回填后拔除钢管桩 5 3 支护计算 各工况 5 4 支护桩单元计算结果汇总表 基坑等级 级 重要性系数 1 00 单桩最 大弯矩 kN m 抗隆起 系数 计算 区域 挖土深 度 m 支护桩型 桩长 m 挖至坑底 支撑力 kN 0 71m 桩身最 大位移 mm 整体 稳定 系数 Terzaghi 抗倾覆 系数 区6 500 610 钢管桩24 00275 15122 9946 421 3733 1971 380 区6 500 W 型18 00275 60131 4648 791 3616 8391 365 区6 500 W 型18 00267 89139 5949 611 3237 8401 375 5 5 支护桩单元计算结论 从以上一系列的计算及分析中可看出采用设计的钢板桩及钢管桩作为围堰施工是能够满足施 工要求的也是合理的 6 拉森拉森钢钢板板桩桩施工工施工工艺艺流程 流程 7 施工准施工准备备 7 1 试桩 钢板桩沉桩施工前先试桩 试桩位置选择在离施工现场不远处与施工现场地质条件相似 位置或在钢板桩施工位置选取具有代表性区域 试桩数量不小于 10 根 试桩的各项试验数 据经分析后确定现场施工所采用的钢板桩类型及施打机械型号 7 2 钢板桩的检验 对钢板桩 一般有材质检验和外观检验 以便对不合要求的钢板桩进行矫正 以减少打 桩过程中的困难 7 2 1 外观检验 包括表面缺陷 长度 宽度 厚度 高度 端部矩形比 平直度和锁 口形状等项内容 检查中要注意 a 对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除 b 割孔 断面缺损的应予以补强 c 若钢板桩有严重锈蚀 应测量其实际断面厚度 原则上要对全 部钢板桩进行外观检查 7 2 2 材质检验 对钢板桩母材的化学成分及机械性能进行全面试验 包括钢材的化学 成分分析 构件的拉伸 弯曲试验 锁口强度试验和延伸率试验等项内容 每一种规格的钢 板桩至少进行一个拉伸 弯曲试验 每 20 50t 重的钢板桩应进行两个试件试验 7 3 钢板桩吊运 装卸钢板桩宜采用两点吊 吊运时 每次起吊的钢板桩根数不宜过多 并应注意保护锁 口免受损伤 吊运方式有成捆起吊和单根起吊 成捆起吊通常采用钢索捆扎 而单根吊运常 用专用的吊具 7 4 钢板桩堆放 钢板桩堆放的地点 要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上 并便于运往打桩施工现场 堆放时应注意 7 4 1 堆放的顺序 位置 方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便 7 4 2 钢板桩要按型号 规格 长度分别堆放 并在堆放处设置标牌说明 7 4 3 钢板桩应分层堆放 每层堆放数量一般不超过 5 根 各层间要垫枕木 垫木间距 一般为 3 4 米 且上 下层垫木应在同一垂直线上 堆放的总高度不宜超过 2 米 7 5 机械设备配置 在较深水中打桩时 要根据工地使用机械及水上作业的设备要求安排 在岸边或浅水处 可采用用简易脚手架或直接用打桩机或吊机 扒杆等机械打桩 打钢板桩时选用较轻型桩架 一般锤重宜大于桩重 锤击能要适当 本项目 18 米拉森 钢板桩及钢管桩采用 50t 履带吊及 DZ90 型液压振动锤配合沉桩 12 米拉森钢板桩采用专业 50t 履带式高频钢板桩打桩机 7 1 50t 履带吊及 DZ90 型液压振动锤配合沉桩 7 2 专业 50t 履带式高频钢板桩打桩机 7 6 导架的安装 在钢板桩施工中 为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直 控制桩的打入精度 防止板 桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力 一般都需要设置一定刚度的 坚固的导架 亦称 施工围 檩 导架采用单层双面形式 通常由导梁和围檩桩等组成 围檩桩的间距一般为 2 5 3 5 米 双面围擦之间的间距不宜过大 一般略比板桩墙厚度大 8 15mm 导架的 安装 一般是先打定位桩或作临时施工平台 导架采用在工厂或现场分段制作 在平台上组 装 固定在定位桩上 当未设定位桩时 直接放置在施工平台上 待插打入少量钢板桩后 逐渐将导框固定到钢板桩上 安装导架时应注意以下几点 1 采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置 2 导梁的高度要适宜 要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效 3 导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形 4 导梁的位置应尽量垂直 并不能与钢板桩碰撞 7 3 钢板桩施工导架 8 钢钢板板桩桩施打施打 拉森钢板桩施工质量直接关系到施工止水 挡土和基坑安全 是本工程施工最关键的工 序之一 8 1 钢板桩施打方法的区分及各法优缺点的比较 8 1 1 根据钢板桩打入方法不同可采用 单独打入法 和 屏风打入法 施工 两种方法的优 缺点及适用条件见表 2 单独打入法和屏风打入法优缺点比较 表 2 比较内容 施工方法 优点 缺点 适用条件 单独打入法 打入方法简便迅速不需 辅助支架 易使钢板桩向一侧倾 斜 误差积累后不易纠正 板桩墙要求不高 板 桩长度较小的情况 屏风式打入法 可减少倾斜误差积累 阻止大的倾斜 易于实现封 闭合拢 保证施工质量 插桩的自立高度较大 必须注意插桩稳定和施工 安全 施工速度较慢 除个别情况外均适用 8 1 2 根据钢板桩之间的锁扣方式 还可采取大锁扣扣打施工法及小锁扣扣打施工法施 工 如图 8 2 所示 两种方法的优缺点及适用条件见表 3 图 8 2 钢板桩打入方式示意图 a 大锁扣扣打施工法 b 小锁扣扣打施工法 大锁扣和小锁扣扣打施工法优缺点比较 表 3 比较内容 施工方法 优点 缺点 适用条件 大锁扣扣打施工法打入方法简便迅速 钢板桩有一定倾 斜度不止水 整体性较 差 板桩用量较大 仅适用于强度较高 透水性差 对围护系统 要求精度低的工程 小锁扣扣打施工法 能保证施工质量 且止水效果 支护效果均较好 板桩用量较少 打法较复杂 适用范围广 大都 采用此种方法 8 2 钢板桩施打方式方法的确定 8 2 1 试桩施工过程及出现的问题 试桩位置选择在承台东侧 由东北角开始进行 试桩共安排了 11 根钢板桩做为试桩 首先由测量队准确放出围堰在东侧的施打位置 根据围堰尺寸及现场情况制作导架 采用 50t 履带吊及 DZ60 型液压振动锤配合按小锁扣扣打施工法和单独打入法沉桩 在试桩施打 过程中 1 4 6 号桩在施打过程中的前 6 米左右下沉速度较快 待下沉 6 米左右后下沉速度 逐渐缓慢 钢板桩下沉的前 6 米平均下沉速度为 5 15s m 待下沉 6 米左右后下沉速度仅为 180 360 s m 6 号桩甚至在沉桩 10 米后不再下沉 且有出现倾斜现象 需不时调整振动锤 方向来调整斜率 但最后还是只能重新拔起进行二次施打 由于 1 号桩施打过程中仅考虑到 钢板桩的垂直度而忽略了其与围堰坐标控制线的顺直度 施工中虽按照质量控制标准控制但 由于 1 号桩是定位桩 对质量要求需更严格 但在施工中并没有提高对定位桩的质量控制 同时导架在试桩时也过于薄弱 简单地在施工现场放置 2 根焊接到一起并平联起来的 12 米 300 300 21 的 H 型钢 而且也未对导架进行必要的固定 从而使得 7 8 9 10 11 号桩施打中位置渐渐偏离围堰坐标线 且 7 9 11 号桩在施打过程中引起周边相临桩溜桩 情况出现 使得 7 9 11 号桩不能施工至所需的标高高度 试桩进行了整整 3 个工作日 整个过程中效率低下且施工质量不容乐观 在 11 根试桩中仅 2 3 5 号桩施工正常 其它 桩都不同程度的出现溜桩或周边板桩溜桩以及因斜率控制不好形成相临桩相互挤压不能下沉 导架也在试桩过程中散架 2 次 不能够起到应有的导向作用 最后只能对 6 7 11 号桩采 用大锁扣施打 3 4 5 号桩采用小锁扣扣打法 8 2 2 试桩问题的解决及正确钢板桩施打方式方法的确定 经过前期施工试桩阶段出现的问题进行分析后认为 一 导架钢度及整体性较差且自 我稳定性不足 二 振动锤振动力不足 在受到一定阻力后不能下沉板桩 近而只是在一 个范围土层产生振动 导致附近土体液化使得临近钢板桩溜桩 三 对定位桩质量要求不 严 重视不够 四 钢板桩施打法需多样化 不能只拘于一种 需集所有施工方法方式的 优势 所以在钢板桩的施工进入正轨后项目部在施工时首先加强了导架强度的自身稳定性 如照片 7 3 所示 并在振动锤方面将原有的 DZ60 型液压振动锤更改为 DZ90 型液压振 动锤 如照片 7 1 所示 定位桩施工 基本上都为承台转角处的钢板桩 时加强对其斜 率 顺直度等控制 通过对两种钢板桩施打方法及两种锁扣扣打施工方法的摸索与比较 从 项目实际情况出发为保证钢板桩打设精度总体采用了屏风式打入法 少数量特殊情况采用单 独打入法 锁扣采用大锁扣扣打施工法和小锁扣扣打施工法相结合即承台转角和沉桩施工中 跟桩严重需重新施打导向桩时采用大锁扣扣打法 其它情况全部采用小锁扣扣打法 8 1 沉桩施工中跟桩严重需重新施打导向桩时采用大锁扣扣打法 8 2 承台转角采用大锁扣扣打法 8 3 小锁扣扣打施工法 8 3 钢板桩施工过程 在试桩后确定了钢板桩施打方式方法并对一些设备等进行调整后进入正式施工 施工时 首先用吊车 专业沉桩设备 将钢板桩吊至插桩点处进行插桩 插桩时每个锁口都对准 每 插入一块相扣 1 2 米时立即先开启振动锤轻轻锤击 在打桩过程中 为保证垂直度 用两 台经纬仪在两个方向加以控制 为防止锁扣中心平面位移 在打桩进行方向的钢板桩锁口处 设卡板 阻止板桩位移 同时在围檩上预先算出每块板块的位置 以便随时检查校正 将 10 20 根钢板桩成排插入导架内 使它呈屏风状 然后再施打 通常将屏风墙两端的一组钢 板桩打至设计标高或一定深度 并严格控制垂直度 用电焊固定在围檩上 然后在中间按顺 序分 1 3 或 1 2 板桩高度打入 施工顺序有正向顺序 逆向顺序 往复顺序 中分顺序 中 和顺序和复合顺序 施打顺序对板桩垂直度 位移 轴线方向的伸缩 板桩墙的凹凸及打桩 效率有直接影响 因此 施打顺序是板桩施工工艺的关键之一 我部在施工中选择原则是 当屏风墙两端已打设的板桩呈逆向倾斜时 应采用正向顺序施打 反之 用逆向顺序施打 当屏风墙两端板桩保持垂直状况时 可采用往复顺序施打 当板桩墙长度很长时 可用复合 顺序施打 施工中应根据具体情况变化施打顺序 采用一种或多种施打顺序 逐步将板桩打 至设计标高 一次打入的深度一般为 0 5 3 0 米 在施工过程中要求注意以下几点要求 1 钢板桩放线施工 桩头就位必须正确 垂直 沉桩过程中 随时检测 发现问题 及时处理 沉桩容许偏差 平面位置纵向 100 横向为 50 0 垂直度为 5 2 沉桩施前必须平整清除地下 地面及高空障碍物 需保留的地下管线应挖露出来 加以保护 3 基坑开挖后钢板桩垂直平顺 无严重扭曲 倾斜和劈裂现象 锁口连接严密 4 打桩前 在钢板桩的锁口内涂油脂 以方便打入拔出 组桩及单桩的锁口内 涂 以黄油混合物油膏 重量配合比为 黄油 沥青 干锯末 干粘土 2 2 2 1 以减少 插打时的摩阻力 并加强防渗性能 5 在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过 2 当偏斜过大不能用拉齐方法 调正时 拔起重打 6 振桩前 振动锤的桩夹应夹紧钢桩上端 并使振动锤与钢板桩重心在同一直线上 7 振动锤夹紧钢桩吊起 使钢板桩垂直就位或钢板桩锁口插入相邻桩锁口内 待桩 稳定 位置正确并垂直后 再振动下沉 钢板桩每下沉 1 2 左右 停振检测桩的垂直度 发现偏差 及时纠正 8 沉桩中钢桩下沉速度突然减小 应停止沉桩 并钢桩向上拔起 0 6 1 0m 然后 重新快速下沉 如仍不能下沉 采取其他措施 钢板桩打设公差标准 项目 允许公差 板桩轴线偏差 土 10Cm 桩顶标高 土 10Cm 一般也可视现场具体情况 板桩垂直度 土 5 9 锁扣需密扣且保证开挖后入土不小于 2 米 保证钢板桩顺利合拢 特别是工作面的 四个角要使用转角钢板桩 若没有此类钢板桩 则用旧轮胎或烂布塞缝或采用反扣补桩 大 锁扣扣打等辅助措施密封 10 钢板桩插打完 即可开挖 设计有支撑的围堰 先支撑再开挖 并检查各节点是否 顶紧 板桩与支撑是否焊接牢靠 防止因开挖而出现事故 开挖速度不能过快 且要随时观 察围堰的变化情况 当锁口不紧密有漏水时 用棉絮等在内侧嵌塞 同时在漏缝处撒大量木 屑或谷糠 使其由水夹带至漏水处自行堵塞 在桩脚漏水处 可采用砼封底等措施 打入桩 后 在开挖过程中全程进行桩体的闭水性检查 对漏水处进行焊接修补 每天派专人进行检 查桩体 8 4 围堰施工整体效果实照 9 质质量控制量控制 9 1 使用新钢板桩时 要有其机械性能和化学成份的出厂证明文件 并详细丈量尺寸 检验是否符合要求 单位 mm 表 4 项 目允许偏差 总宽度 W 10 5 总高度 H 6 5 10 1 0 10 16 1 2腹板厚度 t 16 1 5 长 度无规定 10m 0 12 总长 镰刀弯 10m 0 10 总长 10m 12 10m 0 25 总长 翘曲 10m 0 20 总长 10m 25 端面斜度 4 的宽度 9 2 在拼接钢板桩时 两端钢板桩要对正顶紧夹持于牢固的夹具内施焊 要求两钢板桩 端头间缝隙不大于 3mm 断面上的错位不大于 2mm 使用新钢板桩时 要有其机械性能和 化学成份的出厂证明文件 并详细丈量尺寸 检验是否符合要求 9 3 对组拼的钢板桩两端要平齐 误差不大于 3mm 钢板桩组上下一致 误差不大于 30mm 全部的锁口均要涂防水混合材料 使锁口嵌缝严密 9 4 为保证插桩顺利合拢 要求桩身垂直 并且围堰周边的钢板数要均分 为保证桩身 垂直 于第一组钢板桩设固定于围堰上的导向木 顺导向木下插 使第一组钢板桩桩身垂直 由于钢板桩桩组上下宽度不完全一致 锁口间隙也不完全一致 桩身仍有可能倾斜 在施工 中加强测量工作 发现倾斜 及时调整 使每组钢板桩在顺围堰周边方向及其垂直方向的倾 斜度均不大于 5 同时为了使围堰周边能为钢板桩数所均分 事先在围堰导梁上按钢板桩 组的实际宽度画出各组钢板桩的位置 使宽度误差分散 并在插桩时 据此调整钢板桩的平 面位置 使误差不大于 15mm