硬塑土层中拉森钢板桩导入式施工技术研究与应用

(安徽水安建设集团股份有限公司，安徽 合肥 230601)

拉森钢板桩的适应性大，优点明显，在建桥围堰、大型管道铺设、临时沟渠开挖等工程领域应用广泛。拉森钢板桩在软塑或可塑土层中的施工方法已经比较成熟，市场上也开始在河道拓宽，船闸新建、修建等方面开始应用。因水利建设项目的土层地质条件复杂多变，故采用传统拉森钢板桩的施工方法将无法满足土层地质环境变化的要求。

本文拟以浍河固镇复线船闸工程为背景，对硬塑土层中拉森钢板桩施工进行研究与应用，为类似地质条件下拉森钢板桩施工提供一种可靠的方法。

1 技术原理

硬塑土层中进行拉森钢板桩施工，由于钢板桩底部承载力大，插打困难，采用大功率的振动锤，易造成拉森钢板桩锁口的损坏、拉森钢板桩弯曲变形。

通过在传统拉森钢板桩上稍加改动，制成专门引孔工具——拉森钢板桩水刀。拉森钢板桩水刀是一种在传统拉森钢板桩上焊接无缝钢管并与高压水泵连接的装置，在打入的同时开动高压水泵，使钢板桩底部形成高压水幕，在高频液压振动锤与高压水双重作用下切割土层，从而能有效地打入，完成传统拉森钢板桩的引孔。待拉森钢板桩水刀打入到设计高程后，将其拔出，再用传统拉森钢板桩打入土层中，完成拉森钢板桩的施工。

2 工程实例

2.1 工程概况

浍河固镇复线船闸按照1000t级Ⅲ级通航建筑物设计，主体工程标准为Ⅱ级建筑物，船闸设计年通过能力1332万t。船闸下游设公路桥一座，桥墩承台最大埋深14m，现场不具备进行大开挖的条件，必须对基坑进行支护处理，在各方案比较后选用拉森钢板桩进行支护。在承台施工范围内土层主要有软塑土、可塑土、硬塑土层。

2.2 施工工艺流程

硬塑土层中拉森钢板桩导入式施工工艺流程如图1所示。

图1 硬塑土层中拉森钢板桩导入式施工工艺流程

2.3 施工操作要点

2.3.1 施工准备

编制专项施工方案，并组织专家论证，按照审批后的施工方案进行施工，进场后根据已报批的施工方案对现场施工人员进行安全技术交底。

2.3.2 拉森钢板桩检查、矫正、吊运、堆放

2.3.2.1 拉森钢板桩的检查

拉森钢板桩施工时在锁口插打过程中易摩擦发热，相邻两根钢板桩因锁口温度较高容易导致焊在一起，不容易进行拆除，故用于基坑支护的拉森钢板桩在选择材料时宜选用冷轧钢，冷轧钢强度高、扭曲后不易变形、可焊性较热轧钢差的特点，均满足拉森钢板桩的使用要求。

拉森钢板桩陆运进场前必须按照标准钢板桩对其进行逐根检查，以保证钢板桩平整度和锁口完好性。同时要清除锁口内杂物(如电焊瘤渣、废填充物等)，对缺陷部位加以整修。桩身残缺、残迹、不整洁、锈皮、卷曲等有缺陷的钢板桩不得使用。每根钢板桩锁口须均匀涂以混合油，以保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔，增加钢板桩的防渗性能。

新钢板桩必须符合同厂质量标准，重复使用的钢板桩应符合下表的检验标准要求，否则在打设前应予以矫正。

2.3.2.2 钢板桩的矫正

a.表面缺陷矫正。先清洗缺陷附近表面的锈蚀和油污，然后用焊接修补的方法补平，再用砂轮磨平。

b.钢板桩端头矫正。一般用氧乙炔切割桩端，使其与轴线保持垂直，然后再用砂轮对切割面进行磨平修整。当修整量不大时，也可直接采用砂轮进行修理。

c.桩体挠曲矫正。腹向弯曲矫正是在钢板桩变曲段的两端固定的支承点上，用设置在龙门式顶梁架上的千斤顶顶在钢板桩凹凸处进行冷弯矫正；侧向弯曲矫正通常在专门的矫正平台上进行，将钢板桩弯曲段的两端固定在矫正平台的支座上，用设置在钢板桩的弯曲段侧面矫正平台上的千斤顶顶压钢板桩弯凸处，进行冷弯矫正。

d.桩体截面局部变形矫正。对局部变形处用千斤顶顶压、大锤敲击与氧乙炔焰热烘相结合的方法进行矫正。

e.锁口变形矫正。用标准钢板作为锁口整形胎具，采用慢速卷扬机牵拉调整处理，或采用氧乙炔热烘和大锤敲击胎具推进的方法进行调直处理。

2.3.2.3 吊运

装卸钢板桩采用两点吊。吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜超过2根，吊运拉森钢板桩时应注意保护锁口免受损伤。

2.3.2.4 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：

a.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。

b.钢板桩要按型号、规格、长度分别堆放，并设置标牌说明。

c.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3～4m，且上、下层垫木应在同一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2m。

2.3.3 场地整平及测量放线

施工前对需打设钢板桩的部位及堆放场地进行平整，清除施工部位表面树根及大块石等障碍物。测量前应做好测量控制网和水准基点，根据复测报批的测量成果，严格按照坐标法施测基坑平面位置和尺寸，并在插打钢板桩的过程中控制测量垂直度及时进行纠偏。

2.3.4 导向架安装

为保证钢板桩沉桩的垂直度及施打板桩墙墙面的平整度，在钢板桩打入时应设置导向架。根据现场测量放线结果，在钢板桩基坑的边线两边，开挖宽1.0m，深度约0.8m的导向槽。根据施工图纸，安装导向架，导向架是由双拼40b工字钢拼焊接而成，且与导向连接杆(L10×10角钢)组成的框架式导向装置(见图2)。为了确保插打位置准确，采用交会测量的方法控制其平面坐标和垂直度。

图2 导向架示意图

2.3.5 水刀拉森钢板桩制作、加工

水刀拉森钢板桩主要设备及材料：电焊机、磨光机、高压水泵、无缝钢管、定位卡、高压水管、传统拉森钢板桩等。

a.准备一根长度与传统拉森钢板桩一致，直径2.5cm的无缝钢管。

b.在传统拉森钢板桩凹侧居中放线，确保该线与拉森钢板桩边线平行。

c.在放好的线上，摆放无缝钢管，并通过固定卡把无缝钢管牢固地焊接在拉森桩上。

d.距离拉森桩的底部约20cm处，在无缝钢管端部焊接两个喷嘴，喷嘴口呈尖形，且嘴口直径大小为1cm。

e.通过高压水管将传统拉森桩的另一头与高压水泵连接成型。

到此“水刀”拉森钢板桩制作完成，具体形式如图3～图4所示。

图3 “水刀”拉森钢板桩剖面

图4 “水刀”拉森钢板桩立面图

2.3.6 水刀拉森钢板桩引孔施工

a.将“水刀”拉森钢板桩与高压水泵连接好并试运行调试，检查高压水泵压力表读数是否正常、高压水管接头处是否漏水、无缝钢管是否有因焊接造成破裂等现象，若有上述现象应及时处理。处理完成继续运行整个装置，运行正常后进行下一步施工。

b.检查整个装置运行无问题后，关闭高压水泵；用起重机把“水刀”拉森钢板桩吊装到施打位置。

c.用振动锤把水刀拉森钢板桩打入土层1～2m，然后打开高压水泵，高压水泵压力控制在5～10MPa。继续往下施工水刀拉森钢板桩，直到打至设计高程，并在设计高程处停放5～10s。

d.引孔成功后，即可拔出水刀拉森钢板桩，拔出时应根据地层情况控制拔出速度，在地层坚硬处速度应适度放慢。利用泥浆充分润滑孔壁，确保传统拉森钢板桩能够顺利施工。

e.拔出水刀拉森钢板桩后，应将其放置于不影响下一步施工的位置。

2.3.7 传统拉森钢板桩施工

将传统拉森钢板桩放置在水刀拉森钢板桩引孔位置，将相邻的锁口咬合，为防止锁口中心线平面位移，在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。开动高频液压振动锤，振动锤施打过程中，应严格控制测量钢板桩垂直度,及时进行纠偏。

打桩过程中在导向架上预先算出每块板桩的位置，以便随时检查校正。开始打设的一、二块钢板桩的位置和方向应确保精确，以便起到样板导向作用，故每打入1m应测量一次，打至预定深度后应立即用钢筋或钢板与围檩支架焊接固定。

施打方法采用单桩打入法，从基坑一角开始逐块插打，直至基坑支护合拢。

2.3.8 基坑内土方开挖及围檩安装

基坑土方开挖采用冲挖方法进行施工，在基坑内开挖集水坑，并安装泥浆泵一台，人工持高压水枪将土体冲散，冲成泥浆，并用泥浆泵抽出基坑，如此反复循环直至冲挖达到围檩安装高程。

按照设计要求程序进行安装内支撑，基坑围檩及支撑采用双拼40b工字钢，角钢短牛腿作为围檩安装的临时托架。施工步骤为：安装焊接临时托架(牛腿)→安装围檩、支撑→焊设上限位钢板→支撑与围檩加焊。支撑安装完成后用硬木楔塞紧板桩与围檩之间的间隙。

2.3.9 基坑内结构物施工及基坑回填

按照图纸要求对结构物进行施工，待结构物强度达到要求后，进行基坑回填。回填需与拆除围檩交互进行。需确保拉森钢板桩与结构物间回填密实且回填处基坑内外压力基本相同，再进行围檩拆除，循环往复直至回填至基坑顶。

2.3.10 钢板桩基坑拆除

结构物基坑回填土至桩顶后，即可进行拉森钢板桩的拔除工作，对于封闭式钢板桩墙，拔桩的开始点离开桩角5根以上，必要时还可间隔拔除。拔桩顺序一般与打桩顺序相反。拔除时应注意吊车位置离基坑外1.5m，并在吊车底部铺设钢板，防止拔除拉森钢板桩后，便道发生不均匀沉降，造成吊车偏移和安全隐患。

钢板桩拔除后留下的土孔应及时回填处理，特别是周围有建筑物、构筑物或地下管线的场合，尤其应注意及时回填，否则往往会引起周围土体位移及沉降，并由此造成邻近建筑物等的破坏。

3 结论及建议

硬塑土层中拉森钢板桩导入式施工技术成功解决了在特殊地质情况下传统拉森钢板桩插打困难、易造成拉森钢板桩锁口的损坏、拉森钢板桩弯曲变形的难题，具有较大的社会经济效益，且采用该技术施工，有效地减少了拉森钢板桩锁口的损坏，增加了拉森钢板桩周转次数，降低了施工成本，具有广阔的市场前景。