拉森钢板桩在防汛墙加固改造施工中的应用

□颜 飞（河南省水利第一工程局）

拉森钢板桩在防汛墙加固改造施工中的应用

□颜 飞（河南省水利第一工程局）

苏州河下段防汛墙加固改造，采用拉森钢板桩加固基础，并局部采用双排拉森钢板桩围堰。文章从方案实施、控制要点等方面对施工工艺和施工过程进行了论述。实践证明，拉森钢板桩在防汛墙加固改造中的应用既安全合理又经济实用，可供类似工程借鉴。

钢板桩；防汛墙；施工；围堰；导梁

钢板桩由于其止水性能好，可以重复利用，施工方便，进度快，不需庞大施工设备，有利于抗震设计等优点，近年来在我国护岸工程、采掘工程和建筑的基础工程中已经有较为广泛的应用。王爱华重点叙述了日本钢板桩的发展和应用，从侧面反映出钢板柱在日本水利土木工程中的应用已经比较成熟。侯永茂，王建华等对上海某大型船坞工程双排钢板桩围堰进行现场监测，结合有限元计算分析了现场施工中加固围堰内侧土体对控制围堰变形的效果。贺炜，邹建房等利用有限元计算了某桥梁的钢围堰设计，通过与简化计算结果对比表明了，未考虑桩土共同作用的简化计算方法使结构偏于不安全。朱锡昶，葛燕等对海南八所港杂货码头入海近60年钢板桩进行研究，通过仪器测量分析结果表明，钢板桩厚度减薄较小，腐蚀较轻。卓全通过实践经验指出钢板桩的入土深度与土质参数的取值和支撑的位置有关。支撑的设置应结合土方开挖方法一起考虑，换撑及原支撑的拆除是施工过程中的一个关键点。我国的学者和工程师对钢板桩应用于实际工程中的受力计算、施工设计以及耐久性的研究等各个方面都有了不同程度的研究。

作为钢板桩的一种应用，拉森钢板桩以其钢板的特殊形状和锁扣连接形式，使得钢板桩具有相对良好的刚度和稳定性，并且施工方便快捷。Crawford R J曾在较早的时候研究了拉森钢板桩弯矩计算的各种模型。陈文炜介绍了地下通道施工中选择钢板桩支护的合理性，并对其设计方法和施工措施进行阐述。陈开桥结合工程实例简述了拉森Ⅳ型钢板桩在滠水特大桥水中主墩围堰工程中的施工方案、施工方法及控制过程。然而，拉森钢板桩在防汛墙加固改造施工中的应用却少有提及，本文将详细阐述拉森钢板桩在防汛墙工程的施工与应用。

一、工程概况

位于上海清水湾①、②期段的原有防汛墙①级挡墙基础为前板桩后拉锚结构，板桩长度及拉锚结构不能满足河道疏浚后的稳定，必须进行加固改造。因该段防汛墙后为大华清水湾小区，①级防汛墙后6m范围内全部为高档绿化和景观，是小区居民休闲场所，若搬迁高档绿化和景观费用很高，且影响小区居民生活。根据相关部门协调意见，①级挡墙加固改造施工时不占用小区道路，不损坏沿线绿化和景观。为便于施工，设计将原钢筋混凝土板桩灌注桩基础变更为拉森钢板桩基础方案，全部加固改造工程均由水上施工，达到不影响小区绿化、景观、休闲生活的要求。

二、加固改造施工方案

（一）拉森钢板桩防汛墙加固方案

经过工程设计，加固方案定为紧贴原有导梁，打入16m拉森钢板桩，钢板桩全部扣打连成一体。在钢板桩上部新建600mm×615mm导梁，与原有的导梁连接。在原有的导梁外侧种植Φ18@300长度为750mm的种植筋，与拉森钢板桩焊接。选用钢板桩为WRU26型，单根钢板桩长16.0m。单根钢板桩主要技术参数见表。

钢板桩规格表

（二）拉森钢板桩临时围堰施工方案

工程沿线有几处景点，防汛墙加固施工时需拆除。由于景点底高程较低，拆除施工必须先围堰。需要进行围堰的部分分别为：沿线31m长的滩涂，12m长的滑槽和11.6m宽的人行踏步。考虑工程的复杂性和特殊性，拟定临时围堰采用双排拉森钢板桩、桩间填粘土的结构形式。

三、方案实施

（一）施工顺序

1.采用临时围堰施工部分

沉桩施工→粘土回填→形成临时封闭止水围堰→排干围堰内积水→拆除影响加固的部分结构→打钢板桩进行基础加固→导梁浇注→临时围堰拆除→恢复原貌。

2.采用水上施工部分

围护、拆除障碍→水下清障→水上打钢板桩进行基础加固→水上打防撞桩→搭设水上平台→水上导梁浇注→拆除水上平台→拆除防撞桩→回复原貌。

基于对工程经济合理性的考虑，要求尽量减少需要围堰施工部分。同时，打钢板桩进行基础加固和导梁浇注工作需要不间断进行，尽可能减少中途停滞不前的情况发生。因此，在施工流程上需要统一安排，控制打钢板桩的时间和顺序。

3.围堰施工

考虑到本工程比较复杂的特殊性，临时围堰采用双排拉森钢板桩、桩间填粘土的结构型式。施工期间都在水上施工，施工时采用架高＞30m的打桩船，配置DZ60型振动锤一套。拉森钢板桩的两排桩间距2m。采用振动锤沉桩，沉桩完成后，其上采用Φ16的对拉螺杆对拉。然后，船运粘土至现场回填，最终形成封闭止水围堰。用水泵排干围堰内积水，即可形成干施工条件，拆除影响打钢板桩的部分结构。待钢板桩及导梁施工完成后，再拆除临时围堰。

4.施工准备

除了需要围堰施工的部分需提前准备，其它部分的围护、障碍拆除、水下清障、钢板桩防腐和运输等工作都需要统筹安排。

（1）水下清障

加固施工方案中要求拆除原防汛墙墙身，改建成标高3.2m导梁及景观段（如游艇滑槽、湿地滩涂）。经沿线探摸发现有大量的障碍物在老防汛墙旁，障碍物埋深在1.0m以上，必需清除底下障碍物，才能施打钢板桩。拟打钢板桩区域位于苏州河的直角拐弯处。经过长期堆积，此段的淤泥标高在+2.2～+1.6m，低潮位时满足不了打桩船吃水深度要求。故此，打钢板桩宜在低潮位期施工，且在船舶进场前需清挖工作面。根据实际情况确定按设计清淤开挖，即靠岸边底高程0.0m，按1:4边坡向外侧开挖。

开挖施工采用一艘水上抓斗挖泥船（斗容1m3）、配备3条200t运输驳船。挖出的障碍物及淤泥装上运输驳船，运至弃料场卸船。考虑到原防汛墙桩基入土较浅，挖泥过程中严格控制开挖的高程，不得超深。为了确保施工期岸坡安全，采用开挖一段（约50m长）、打一段钢板桩，再开挖下一段的方法施工。

（2）钢板桩预处理

钢板桩在运输过程中，锁扣可能局部变形，打桩时阻碍相邻桩的顺利下沉，因此遇有钢板桩两边锁扣局部变形时，采取纠正变形、打磨等方法处理，并将两侧锁扣内灌注满沥青。

由于钢板桩用于防汛墙的基础加固为永久性结构，必须对钢材进行防腐防锈处理。首先，对钢板桩表层喷丸除锈，显露金属本身；然后涂2道红丹过氯乙烯防锈漆，2道灰色环氧脂水线漆，每道干膜30；最后在钢板桩顶部5m段根据设计要求喷铝处理。喷涂结束后的钢板桩于阴凉处堆存，两周后投入使用。

钢板桩采用3条平板驳船运输，运至现场后，直接靠泊于打桩船旁起吊沉桩。

5.沉桩施工

（1）导向架制作与安装

为保证沉桩轴线位置正确和桩的竖直，控制打入精度，防止产生屈曲变形，提高桩的贯入能力，需要配置导向架。导向架要求具有一定的刚度，采用160槽钢和50角钢格构组合，导向架长6m，高度0.5m，宽1.5m。

（2）打桩方法

采用先插桩，2次间隔复打的方法施工。此方法的优点是钢板桩在下沉过程中向待打侧倾斜较小，便于控制工程质量。

插桩：在测量放线之后，确定好第一根桩的平面位置。50t起重船起吊第一根桩，在人工的配合下，准确定位，紧贴导向架下沉。在自重的作用下，钢板桩缓慢沉入泥中。下沉过程中，配合人员利用导向架作为施工平台，掌控好钢板桩的平面位置及垂直度。当桩自重下沉停止后，钢板桩已能自行站稳，可以松开吊钩。若此时桩顶较高，为防止插入第2根桩时施工人员不方便操作对插锁口，可采用DZ60型振动锤夹桩振动下沉。起吊第2根钢板桩时，需在人工的配合下，对准锁扣缓慢下沉。

二次复打：插桩完成一段后，采振动锤夹桩二次复打。二次复打时，先将两端钢板桩打到位，然后采用跳打的方式（即打入1根后，间隔1根再打），将中间的钢板桩打到位。二次复打宜选低潮位时施工，便于准确控制桩顶标高。

钢板桩纠偏：钢板桩锁扣之间有一定的间隙，当钢板桩打入一定数量后，往往出现钢板桩向待打的一侧倾斜的现象。该种情况出现后，桩下沉的垂直度是难以纠偏的。实际的施工过程中，可以采取加工若干异形桩的方法。异形桩仍为两片桩组合，割开加固焊接的对拉钢板，采用对拉器缩小其上部宽度，缩小值约2～4cm，但是必须保持钢板桩边线为直线，然后焊好对拉钢板即可。每隔一段距离打入1～2根异形桩，便可以很方便地应对该种情况的发生。

遇障碍物的处理：钢板桩下沉过程中，遇障碍物时，不可继续加力，否则极易导致钢板桩变形，锁扣无法连接而报废。正确的处理方法为，将钢板桩拔起，探摸障碍物情况，采用潜水员或挖泥船清障后再继续下沉。

6.导梁施工

（1）水上施工平台的搭建

考虑工程特殊性，为进行导梁浇注施工，需要搭设简易水上施工平台。水上施工平台采用Ⅰ40a工字钢基础，桩基上铺设Ⅰ20a工字钢纵梁、20cm方木横梁，上层铺木板形成平台。

由于河道有船舶通航，为了确保施工平台的安全，在施工平台外侧50cm打1排40工字钢（桩长12m）防撞桩，防撞桩间距3m，防撞桩上面用1根40工字钢把每1根桩都连接起来。采用起重船配振动锤施打平台桩及防撞桩。

（2）导梁模板支设

为便于根据钢板桩的形状铺装，导梁底模采用木模。将平台的横梁伸入靠近钢板桩，搁置于焊接在钢板桩的牛腿上。横梁与牛腿之间可设置三角木块做为支垫，便于浇注完混凝土后拆除底模。平台横梁上铺设木方做为底模支撑。侧模可采用组合钢模或木模，利用施工平台设立支撑加固。

（3）导梁浇注

混凝土装船后运输到施工现场，通过浮吊把料斗内混凝土吊起直接入模。采用插入式振捣器将混凝土振捣密实。混凝土浇注完成2d后拆除侧模，根据试块强度确定拆除底模时间。导梁混凝土需潮湿养护两周时间。

（4）水上平台拆除

水上平台及导梁的模板材料用量大，可根据现场施工情况，分段施工导梁。水上平台可在一段施工结束后拆除周转至下一段施工。全部导梁施工结束后，及时拆除河道中的平台及防撞桩。搭建平台的Ⅰ40a工字钢及防撞桩可以采用浮吊拔出。

四、结语

苏州河下游段防汛墙加固改造采用拉森钢板桩加固防汛墙基础，同时局部采用双排拉森钢板桩构筑临时围堰结构。加固改造设计与施工设计得当，施工时间历时6个月，确保了施工安全和工期，降低了施工成本，为类似工程积累了施工经验，为拉森钢板桩的广泛应用提供了案例和研究平台。

[1]侯永茂,王建华,顾倩燕.大跨度双排钢板桩围堰的变形特性分析[J].上海交通大学学报,2009,43（10）:1577～1580.

[2]贺炜,邹建房,王泓华.考虑桩土共同作用的钢板桩支护结构计算研究[J].山西建筑,2008，34（34）：97～98.

[3]朱锡昶,葛燕,朱雅仙,等.海水中近60年钢板桩的腐蚀状况[J].海洋工程,2003,21（2）:87～91.

[4]卓全.钢板桩支护设计与施工中应注意的若干问题[J].建筑科学,2002,18（4）:42～44.

2010-04-27