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27m拉森钢板桩施工中沉桩问题探讨

375 2020-06-12 11:16:20

微信公众号:东南岩土


U型拉森钢板桩具有施工速度快、挡土、挡水效果好等优点,广泛应用在基坑支护、码头、围堰等工程。常见设计桩长范围为15m~27m,不同桩长,不同地质情况对施工会产生不同的影响。本文通过实际钢板桩施工案例,总结27m拉森钢板桩在砂层较厚地质情况下施工遇到的问题及对应的措施,为后续类似工程提供参考。

1.工程概况

某围堰工程,采用双排U型拉森钢板桩结构形式,围堰临水侧桩顶设计标高为+6.5m,基坑侧桩顶设计标高为+4.5m,堰顶宽度8m/10m。设计钢板桩型号600*210*18,采用Q390BZ钢。围堰基坑侧钢板桩长包括15m、21m,临水侧钢板桩长包括15m、18m、27m,其中21m、27m长桩各320根。

2.工程地质情况

根据钻孔揭示的情况,围堰处地层岩性分布如下:

(1)②1淤泥,灰色,灰黑色,饱和,流塑~软塑,滑腻,切面较粗糙~较光滑,稍具臭味,含少量粉细砂及贝壳碎片,局部混较多粉细砂,局部为淤泥混砂;层厚0.4~4.9m。

(2)②5中砂、粗砂、砂砾,灰色,饱和,松散~稍密,级配不良;局部混少量淤泥质土;土层0.6~5.7m。

(3)②2淤泥质土,灰色、灰黑色,饱和,软塑~可塑,滑腻,切面较光滑,稍具臭味,含少量粉细砂及贝壳碎片,局部混较多粉细砂,局部为淤泥质土混砂;层厚3.6~13.9m。

(4)③1中砂、粗砂、砂砾,灰黄色,黄褐色,浅灰黄色,饱和,中密为主,局部稍密~密实;层厚0.7~8.2m。

(5)④1粉质粘土~粘土,灰色,稍湿~饱和,坚塑,切面较光滑,粘性较大;局部含少量细砂,局部呈粘性土混砂状;层厚0.7~2.8m。

3.施工方案

3.1施工工序

场地整平 定位放线拉森钢板桩拼接导向桩插打导向架搭设钢板桩插打钢板桩标高调整。

3.2施工工艺

拉森钢板桩陆上采用履带吊(带震动锤机)施打,施打前一定要熟悉水下、地下管线、构筑物的情况,认真放出准确的拉森桩桩中线。施打前还应进行试桩,确保拉森桩施打顺利。

打桩前,对钢板桩逐根检查,剔除连接锁口锈蚀、变形严重的钢板桩,不合格者待修整后才可使用;在钢板桩的锁口内涂油脂,以方便打入拔出,同时起到止水作用。

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。

钢板桩施打采用屏风式打入法施工。屏风式打入法不易使板桩发生屈曲、扭转、倾斜和墙面凹凸,打入精度高,易于实现封闭合拢。施工时,先施工两端定位桩,然后将型钢围檩焊接在桩将 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。

屏风式打入法的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。其选择原则是: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。总之,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。

打入桩后,及时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,同时做好沉降位移观测点的设置及定期测量检测工作。

钢板桩施工一定距离后开始跟进安装围檩及拉杆。安装钢围檩时,先按1.2m间距焊接托架,将对拼32b号槽钢用吊机吊放于托架上,围檩槽钢与槽钢之间用垫板、隔套加M30 10.9级螺栓连接。安装▽3.5mΦ40对拉杆,▽1.5mΦ50对拉杆。为使钢板桩受力均匀,外侧板桩与围檩的间隙采用细石砼填实。下排围檩板及拉杆安装需将内外侧土方开挖至1.5m标高以下以利于安装。

钢拉杆表面不得有裂缝、折叠、分层、结疤和锈蚀等缺陷,拉杆安装的允许偏差应符合下表规定:

身内、外两侧,作为导架。

3. 3合拢

在钢板桩围堰还剩下6~10根未插时,即要考虑合拢情况,丈量合拢口实际宽度,如合拢口宽度与剩余板桩有效宽度一致,两侧锁口相互平行,可将剩余几块板桩连续插入后再统打到位。如合拢口两侧锁口不相平行,且两端相距在一定范围内,可采取以下措施进行调整:

1、钢板桩上端向合拢口倾斜时,可钢板桩顶端使用千斤顶互顶或用两套倒链向外侧张拉调整至所需间距。

2、当合拢板桩下插时,由于经过调整的间距不能完全平行,必须施加外力才能使合拢钢板桩插下。或当钢板桩尚有很大长度未能套入锁口,又不能采用锤击方法打下时,可在顶端安装倒链,并将倒链下端固定,将钢板桩拉入锁口。

由于其它原因采用上述措施钢板桩仍无法合拢时,可以制作异形钢板桩进行合拢,异形桩一般做成楔形,一头大一头小,每块楔形桩的斜度不超过2%,如果一块楔形桩仍不够合拢口用时,则可用两块楔形桩,两块楔形桩各有一个垂直边,其间至少插入一块普通桩。

4.施工过程中的问题

(1)问题描述:施工场地地面整平标高+2.0m,在进行围堰横向27m长钢板桩施工时,采用履带吊+200t液压振动锤高位吊打的施工工艺。沉桩前制作导向架,第一根桩打入时间约为30分钟,第二、第三根桩在施打至-10米左右即无法沉入,钢板桩剧烈振动,后续施工中个别桩头破碎,拔桩查看,发现侧边熔化并开裂,桩身轻微变形。


图1.3 桩身破损情况

(2)问题分析:由于振动式沉拔桩锤是利用振动锤的高频振动,以高加速度振动桩身,将机械产生的垂直振动传给桩体,使桩周围的土体结构因振动发生变化,强度降低。当桩身周围土体液化,将减少桩侧与土体的摩擦阻力,振动沉拔锤与桩身自重将桩沉入土中。根据现场情况,对照本工程地质勘查报告,桩底进入③1中砂、粗砂、砂砾层,查表得标贯击数为24.6。

本工程沉桩困难原因大致如下:1)拉森钢板桩底端进入③1中砂、粗砂、砂砾层后,由于中粗砂难以液化且砂层较厚,钢板桩受到的摩擦阻力大;2)履带吊机柔性吊绳不能产生下压力,仅由振动锤与桩身自重难以克服摩擦力;3)钢板桩受激振力产生弹性变形和剧烈振动,底部锁扣内产生大量的热,消散了激振力的能量。

(4)施工应对措施

当沉桩困难时,通常先进行钻孔松土,再插钢板桩。结合本工程现场情况,经过分析与试验,采用“带打”工法。首先用履带吊机将拉森钢板桩与已打好的钢板桩锁扣相对,用履带液压打桩机提起已打好的钢板桩,将两个钢板桩锁扣套紧密,提至距地面7~8m,在下部将两个钢板桩稍微焊接,然后再由液压打桩机将提起的桩打下,带动新钢板桩下沉。在下沉过程,焊缝受力会开裂,两桩分开,再用液压打桩机夹紧新的钢板桩进行插打,由于增加了打桩机的下压力,向下的合力大于摩擦阻力,钢板桩沉桩得以进行。最后再对钢板桩进行标高调整,达到设计标高。

5.质量控制

(1)施工前对地质情况作详细分析,确定钢板桩贯入深度范围内的地质情况。

(2)U型钢板桩的锁口形状应保证:打桩时易于相互咬合,拉拔时易于脱离。U型钢板桩不得有明显的扭转[1]

(3)打桩前对钢板桩逐根检查,剔除连接锁口锈蚀和严重变形的钢板桩,并在锁口内涂油脂,钢板桩规格须满足设计要求,焊接部位错台≤1%钢板厚度,长度、宽度、弯曲矢高、焊接质量须满足设计规范要求。

(4)沿钢板桩墙轴线方向相邻板桩接长焊缝的位置应交错配置,错开的距离不宜小于5000mm,且每根钢板桩只允许有1个接头。钢板桩接长焊接应采用对接焊缝,焊缝宜采用“K”形或“V”形开口形式。钢板桩焊接接长时,在钢板桩的腹板内侧和翼缘外侧应设焊接加强版[2]

(5)通过试桩确定适合的施工方案。沉桩方法应根据土质条件、沉桩深度等因素确定

(6)施工过程中用仪器随时检查、控制、纠正钢板桩的垂直度。

(7)发生倾斜逐步纠正用钢丝绳拉住桩身,边打边拉。

(8)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)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。

(10)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支撑上的导向钢管桩,顺导向钢管桩下插,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‰。

(11)在进行钢板桩的插打时,当钢板桩的垂直度较好,一次将桩打到要求深度,当垂直度较差时,要分两次进行施打,即先将所有的桩打入约一半深度后,再第二次打到要求的深度。

(12)打桩时必须在桩顶安装桩帽,以免桩顶破坏,切忌锤击过猛,以免桩尖弯卷,造成拔桩困难。

(13)同一围堰的钢板桩只能用同样的锁口,按设计尺寸计算出使用钢板桩的数量,以确保够用。

(14)剔除锁口破裂、扭曲、变形的钢板桩。

(15)剔除钢板桩表面因焊接钢板、钢筋留下的残渣瘤。

6.工效分析

通过施工前后对比,使用履带吊+液压振动锤插打27m拉森钢板桩日均完成2~3根;使用履带吊+液压打桩机插打27m拉森钢板桩日均完成7~9根,生产效率提升较为显著。

7.结语

拉森钢板桩沉桩原理利用了土力学土壤液化的特性,但在遇到砂层或石层较厚的地质条件时沉桩较为困难,往往需要先进行引孔再沉桩。引孔设备可以使用长螺旋或冲击钻机,但设备进场需要一定的时间,工序也比较复杂。“带打”的方式可以充分利用现场的机械进行拼组插入,阶梯沉桩,施工质量能够满足设计要求。

参考文献:

1.《热轧U型钢板桩》(GB/T20933-2007);

2.《板桩码头设计与施工规范》(JTS167-3-2009)


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来源:广州南华