海上插打超长钢板桩施工偏差纠偏技术

2018-02-05徐向明

浙江水利科技 2018年1期

徐向明

（温州市瓯飞经济开发投资有限公司，浙江温州 325000）

1 问题的提出

钢板桩围堰[1]具有施工工期短、止水效果好、堰内可提供施工面积大、材料可重复利用等优点，广泛应用于码头、港口、桥梁和围垦等工程中。温州市瓯飞一期围垦工程北1#、北2#水闸钢板桩围堰为国内有史以来最大的双排冷弯钢板桩围堰，钢板桩围堰施工受海上潮水、风浪和插打设备等影响，施工质量控制难度较大[2]。钢板桩在施工过程中产生的偏差超过设计规范的要求将给水闸后期的基础施工带来巨大的安全和质量隐患，所以钢板桩施工过程中的纠偏技术直接决定钢板桩的施工质量，其意义十分重大。本文就温州市瓯飞一期围垦工程北1#、北2#水闸钢板桩围堰为例，结合现场施工条件，介绍海上插打超长钢板桩施工中的偏差原因，针对各种偏差原因进行研究，提出纠偏技术，为类似工程提供参考。

2 工程概况

温州市瓯飞一期围垦工程位于温州市江口、飞云江入海口平直岸滩，施工I标段中的北1#、北2#水闸钢板桩围堰地处瓯江入海口西岸，为典型海上孤岛施工。2座水闸共用1座围堰，采用双排“U”形冷弯钢板桩结合土石方压护结构形式，围区面积10万m2。围堰建筑物级别为4级，其设计挡潮标准为20 a一遇设计高潮位，允许越浪；围堰结构按3级建筑物标准设计；围堰总长约1 533 m；围堰主体采用双排钢板桩结构，在与海堤结合部位采用土石围堰结构。

钢板桩采用冷轧工艺制作，材料共需16 382.2 t U型冷弯钢板桩以及613.9 t 配套拉杆，其中91.8%为27.0 m超长桩，8.2%为18.0 m桩。其中27.0 m钢板桩的截面尺寸为70.0 cm×29.0 cm，18.0 m钢板桩的截面尺寸为65.0 cm×24.4 cm，底板与侧翼板的夹角103°。温州市瓯飞一期围垦工程围堰双排钢板桩结构示意见图1。

图1 钢板桩断面结构示意图

工程所在区域多年平均降雨量1 725 mm，雨季主要分为4 — 7月梅汛期和7 — 10月台汛期，瓯飞一期围垦工程北1#、北2#水闸区域设计20 a一遇高潮位为4.79 m，相应低潮位为- 3.14 m（1985国家高程基准），北1#、北2#水闸所在区域年平均风速为2.0 m/s，最大风速为34.0 m/s，风向为东北风。北1#、北2#闸施工围堰地质各土层物理力学指标见表1。

表1 北1#、北2#闸施工围堰地质各土层物理力学指标表

3 施工方案

该工程的钢板桩围堰原施工工艺采用常规的海上平板驳载履带吊配振动锤插打施工，即船打法施工。由于本工程采用27.0 m超长钢板桩，钢板桩在打设过程中同样的垂直度偏差引起的桩底偏差较常规短钢板桩打设要大很多。例如本工程垂直度出现偏差1°，底部偏差为27 m×sin1° = 0.47 m，会导致插打困难。工程所处施工环境受潮水、风浪、台风等影响，船打法易受风浪影响，垂直度偏差控制更为困难，即使采用有效的常规纠偏措施，垂直度和水平偏差也无法控制到设计要求。平台插打法见图2。

为确保钢板桩的施工质量，有效减少海上潮水、风浪、台风等因素的影响，提高工程控制精度，本工程利用设计的双排钢板桩之间的有效间距，参照海上桥梁施工时搭设的施工便桥的构思，在本工程中首次采用了平台法施工工艺[3]，即在2排钢板桩中间搭设施工平台，在该平台上停放履带吊等设备进行施工的工艺。该平台是采用将钢管桩基打入泥面的稳定土层中，在桩顶上架设纵横向型钢梁，再在梁上铺设钢板面层，同时安装导向架，平台上配备80 t履带吊、DZJ60型振动锤等设备进行施工，利用导向架插入钢板桩进行插打。本工程首创的平台插打法由于平台顶高程远大于最高潮位，所以基本不受潮水影响；另外由于平台的钢管桩基入土深，具有很大的水平和竖向承载力，自身的稳定性远大于船载履带吊，故能有效地抵抗风浪、台风等影响。该方法可有效控制双排钢板桩间距在设计允许范围内，高程偏差和垂直度偏差也比传统船打法小。

图2 平台插打法图

4 问题及原因分析

4.1 存在的问题

采用平台法施工虽然较传统的船打法有很多的优点，但是该方法在施工过程中也难免会出现一些质量偏差，这些偏差如超过一定数值，将会导致后续钢板桩无法施工。

4.2 偏差原因分析

钢板桩高程偏差是指施打过程中相邻已施工完毕的钢板桩被正在施工的钢板桩顺带至设计高程以下，造成高程偏差，严重时将使围堰的顶高程不满足设计要求。

垂直偏差产生的原因：①施打过程中由于振动锤压力点位置的偏移；②下锤的速度过快使振动锤的冲量全部压在钢板桩上使钢板桩扭曲变形；③垂直度测量观察不到位；④起重机吊架在受风力及风浪影响而形成左右摇摆偏离；⑤入土后由于土体的挤压而使钢板桩本身在入土前形成的垂直度的微偏差。垂直度偏差严重影响钢板桩施工中质量、进度及效益。

5 纠偏方法

本工程钢板桩打设采用焊接固定进行钢板桩高程纠偏，采用振动锤夹点位置调整、钢板桩入土前利用导向架支点扭曲纠偏和微型异形钢板桩进行垂直度纠偏。

5.1 焊接固定纠偏

将已打设的钢板桩与刚打设完成的钢板桩进行临时焊接并与平台的导向架焊接成整体，由于导向架的稳定性避免了后续钢板桩在打设过程中被“带打”的情况，保持了钢板桩高程的一致性。

5.2 振动锤夹点位置的调整

钢板桩在施打过程中垂直度倾斜的调整。在钢板桩施打前，利用设置在平台或船体二边的垂直吊线进行交叉目测控制垂直度，确保入土前钢板桩的垂直度。由于钢板桩与钢板桩锁扣之间的间隙有1 ～ 2 cm，振动锤的夹点位置的确定比较重要。夹点偏前则施打时会产生钢板桩上口的锁扣未锁紧下口的情况，在入土前锁扣咬合的9.0 m左右处钢板桩的垂直度会产生上下2 cm的偏差，再加上偏心压力使U型钢板桩的侧翼板与底板之间的夹角扩大，使截面尺寸模数变大造成钢板桩上下的偏差值拉伸扩大甚至超出设计规范的要求，振动锤夹点偏后则反之。入土前必须将振动锤的夹点控制在钢板桩的中心位置，在下桩的过程中保持了钢板桩的垂直度，基本消除因锁扣间隙及偏心压力引起的垂直偏差。

5.3 钢板桩入土前利用导向架支点扭曲调整

由于其他各种因素导致已经打设的钢板桩产生了垂直偏差，如果不调整则下一根钢板桩有可能无法正常打设，侥幸打下也可能导致钢板桩垂直度偏差的进一步扩大，甚至超出设计规范的要求，所以必须进行调整。钢板桩入土前利用导向架和已经打设的钢板桩作为支点进行前后左右的扭曲调整，使钢板桩的另一边（锁扣未咬合边）边线垂直度调整到理想的垂直位置后下桩，保持现状打设到设计高程，效果比较理想（见图3）。

图3 导向架图

5.4 微型异形钢板桩纠偏

在钢板桩弧线区域，钢板桩需进行一定的扭曲插设，已经打设的钢板桩垂直度偏差稍大，扭曲调整的幅度已不能满足的情况下，可以采用经设计验算的小型异形钢板桩纠偏（见图4）。具体的操作方法是采用现场实测的偏差数据，经过计算利用千斤顶顶到位加焊内支撑固定，使钢板桩的2条边线偏差度符合计算所要求的偏差补差数据，加焊支撑后进行打设。但是此种方法局限于钢板桩的垂直度偏差较大的情况，并相邻的钢板桩不能有内部钢支撑的焊接（因为钢板桩内部的钢支撑会减小钢板桩本身的柔性微调）。