浅谈海港钢板桩施工技术

摘  要： 海港钢板桩施工既有一般钢板桩施工的共同点，又有其特殊性。本文对海港写字楼项目拉森钢板桩施工的工艺流程进行了详细的叙述，通过具体质量技术问题的处理，归纳了一些施工要点和措施，有效的解决了施工中出现的问题。
关键字：拉森钢板桩，振动锤，频率，导向架，锁口
中国分类号：TH17 文献标识码：A
 
0 前言
   钢板桩在建桥围堰、大型管道铺设、临时沟渠开挖时作挡土、挡水、挡沙墙，码头、卸货场作防护墙、挡土墙，在堤防护岸等工程上也发挥重要作用。其中拉森钢板桩做围堰不仅绿色、环保而且施工速度快、施工费用低，具有较好的防水功能。
1  工程概况
海港写字楼工程位于巴布亚新几内亚首都莫尔兹比港，建筑面积约2万㎡，地基部分主要有结构混凝土桩、钢管桩和钢板桩。北侧临海区域设计了总长度约200米的钢板桩，主要是新建房屋地基维护，防止海水直接冲击，钢板桩桩帽完成后作为新建码头承重构件。
2. 施工准备
2.1 明确工艺流程：机械材料准备→沉桩定位线→安装钢板桩导向架→排布钢板桩→将钢板桩送至指定标高→桩帽、锚索施工→回填石料
2.2板桩材料选择
影响板桩材料选择的的主要因素为现场及土壤条件。
(1) 现场条件。主要是当地法律法规、地面震动对现有设施的影响、噪音污染、作业区域与作业平台的稳定性。
（2）土壤条件。根据土壤对板桩施工的影响，一般分为颗粒土壤、粘性土壤和岩石。①颗粒土壤：主要由砂和砂质粉土组成，颗粒土壤对桩体的阻力主要来自桩端阻力，沿着桩身长度方向的摩擦力占总阻力的比重较小。所以，打桩力的大小主要由桩体穿过土壤的密度决定。②粘性土壤：由粘土和粘质粉土组成，粘性土壤对桩体的阻力主要来自桩体和土壤之间的粘结力，桩头几乎没有桩端阻力，所以打桩力的大小取决于土壤不排水抗剪强度和打入桩体的表面积。③岩石：岩石可能以土壤中的的漂石或者以土下连续层的形式存在。任何岩石的存在均应予以确定，将其性质认真归类，确定该岩石的情况为普遍存在，还是仅影响几根板状的局部现象。板桩不能以传统的方法连续击打穿过岩石，有时可能将桩体浅浅打入强风化岩石或软质岩石种类如砂岩等，其它情况均需将岩石从桩前移走。
此外本工程位于第四地震带，根据地勘资料场地以回填红岭碎石为主，所以主要以选用截面14000mm×1100mm×400 mm、翼缘和复板厚均为10 mm的拉森钢板桩。
2.3 打桩设备选择
    长期的实践证明振动锤是最有效和最为常用的板桩安装设备。正确的选择振动锤对取得最佳打桩效率和获得准确的打入深度至关重要。振动锤主要由以下三个参数确定：频率、离心力和振幅。
（1）频率。振动锤的震动频率，将影响到板桩的振动频率。而板桩的振动频率对于消减桩身与土体之间的阻力至关重要，从而能使得桩体刺入土中。高频率能够让土壤更快液化，桩体将更加容易刺入土体，如果振动是靠近现有建筑物，频率也同样至关重要。与低频率振动相比，高频率振动在土壤中传播距离较短，所以损坏临近建筑的概率较低。
（2）离心力。离心力是指振动锤施加给板桩的冲击力度，对克服侧面阻力和桩端阻力极其重要。下图1列出了桩体深度与离心力之间的关系，可以作为振动锤选择的指南。
    （3）振幅。振幅是振动时桩体运动的振幅，大振幅或大冲程会带给桩头较大冲击力。在粘性土壤中，有时必须有大振幅才能打破土壤和桩体表面之间的粘结。大振幅常常通过牺牲频率来获得，所以选择大振幅机械时需全面考虑。
本工程设计打桩深度在10-14m，土壤为C类密实颗粒土壤，所以选用DZJ60振动锤，功率60kw,振动频率为1100r/min,空载振幅0-8.3mm,激振力0-478KN，重量5150kg。海港钢板桩是在原有港口基础上进行施工，考虑路面承载力，初步计划选用履带吊进行吊装作业。最远端距离30m，最大吊装8t，考虑到局部钢板桩可能需要拔起，按15t考虑，根据吊车系数，50t履带吊即可满足要求。由于莫尔兹比港经常性的停电，为了桩基施工的连续性，施工用电选用柴油发电机，结合项目电焊机、切割机等用电统计大概在80kw，施工中选用200kva发电机一台。
2.4 导向架制作
导向架纵向龙骨可采用200c工字钢，横向龙骨采用I60c工字钢，大小根据现场实际情况而定。 
2.5施工放样与定位
根据施工图纸放出钢板桩定位点。对于异形钢板桩转角，必须提前根据放样在厂家生产。
2.6钢板桩材料进场及检验：
钢板桩运到工地后，需进行整理。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。
①锁口检查的方法：用一块长约2米的同类型、同规格的钢板桩作标准，将所有同型号的钢板桩做锁口通过检查。检查采用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾作锁口通过检查。对于检查出的锁口扭曲及“死弯”进行校正。
②为确保每片钢板桩的两侧锁口平行，同时尽可能使钢板桩的宽度都在同一宽度规格内，需要进行宽度检查。方法是：对于每片钢板桩分为上中下三部分用钢尺测量其宽度，使每片桩的宽度在同一尺寸内，每片相邻数差值以小于1mm 为宜。对于肉眼看到的局部变形可进行加密测量。对于超出偏差的钢板桩应尽量不用。
③钢板桩的其它检查，对于桩身残缺、残迹、不整洁、锈皮、卷曲等都要做全面检查，并采取相应措施，以确保正常使用。
 ④锁口润滑及防渗措施，对于检查合格的钢板桩，为保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔，并增加钢板桩在使用时防渗性能。每片钢板桩锁口都须均匀涂以混合油，其体积配合比为黄油:干膨润土:干锯末＝5:5:3。
3钢板桩打设
3.1错列法打桩。本工程采用错列法打桩，即每隔一根桩进行打入，然后在形成的间隙中插入中间桩。如下图3所示，将板桩安装在导向架之间，先短打入:1、3、5桩，然后打入2、4桩，然后再打入1、3、5桩。
 在遇到土壤非常密实时，首先加强1、3、5桩的桩头，即总是先打入1、3、5桩，然后再打入2、4桩。
 
3.2打桩工艺
 下面就其中关键步骤进行说明：
（1）吊桩及桩就位。吊桩时，严格按安全技术规程操作，吊臂下严禁站人，吊装铰链上的穿销要穿插稳妥牢固，防止桩从铰链中脱落。桩机就位，再将桩吊起后桩周对准桩位白石灰轴线标记，将桩插入桩位。插桩后，调整桩机悬臂角度使桩身保持垂直。
（2）打桩。振桩前，振动锤的桩夹应夹紧钢桩上端，并使振动锤与钢桩重心在同一直线上。打入初期，采用低速打入，以防遇地面障碍物造成钢板桩倾斜和偏移，遇硬土层，适当加大打桩力，穿过硬土层后降低打桩力。在此过程中，随时注意垂直度的变化。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。
（3）打桩至设计要求。钢板桩分几次打入，第一次由14m高打至10m，第二次打至5m，第三次打至导梁高度，待导架拆除后第四次才打至设计标高。打桩时，开始打设第一、二块钢板的打入位置和方向要确保精度，每打入1m，即用全站仪进行测量一次。
3.3 打桩过程中的监测
（1）钢板桩定位监测。在钢板桩施工中，打设的允许误差一般为：桩顶标高偏差±100mm；钢板桩轴线偏差±100mm；钢板桩垂直度偏差为1%。在打设过程中，应用全站以测试钢板桩垂直度，确保垂直度偏差在允许范围内，在导向架标出轴线位置，确保打入时轴线偏差在允许范围内，并测出导向架的标高，以备控制钢板桩顶部标高。监测是否在允许误差范围内，超出时及时纠正。
（2）系统的监测。在施工支撑钢板桩的过程中，应对支撑系统进行监测。主要监测支撑的变形、钢板桩的变形、基坑内流动水量及围堰的位移等。
3.4打桩时的注意事项
（1）安装第一根板桩时必须认真仔细，保证其在桩墙平面竖直。
（2）后安装的板桩应当与先前安装的板桩充分咬合后才能松开夹具开始锤击。
（3）延钢板桩墙线大致开挖一条沟，这样自然减少了打桩长度。
4打桩中遇到的问题及解决措施
4.1 钢板桩倾斜
（1）原因
① 由于锤击力作用的位置与相邻钢板桩咬合摩擦力作用的位置不同，因而在该处产生扭转力，导致钢板桩向桩墙的定位轴线倾斜。
② 虽然钢板桩在地表面被垂直打入，但在某种程度上有扭转倾向以及底部曲折的倾向。因此钢板桩的顶部比底部更前倾，且钢板桩易于向桩墙定位轴线倾斜。
③入土越深，作用于钢板桩的土压力就越大，钢板桩下部宽度就有减小的趋势。但桩顶受锤击影响，其宽度有增大的趋势。 因此，钢板桩墙向其定位轴线前倾。
（2）解决措施
①倾斜较小时的解决方案。利用绞车、倒链等工具将已打入钢板桩的顶部朝倾斜的反方向拉。 
②当采用了上述的应对措施，倾斜度还是超过了一桩宽时，采用顶部和底部宽度不一的楔形钢板桩来纠斜。注意不得连续使用楔形钢板桩。
4.2 已打钢板桩与相邻在打钢板桩一起下沉
（1）原因：
① 在软土中钢板桩发生倾斜或弯曲时，容易出现“一起下沉”现象。
②相邻已打钢板桩的承载力由桩侧摩阻力和桩端承载力组成，当在打钢板桩的咬合摩擦力超过相邻已打钢板桩的承载力时，就会发生“一起下沉”现象。
（2）解决措施：
①当钢板桩发生倾斜时，应首先进行纠斜。
②如在软土中，钢板桩应在高于设计位置处停止打入，以预留空间防止“一起下沉”。如果没有发生“一起下沉”，应随后将钢板桩打入最终深度。
③对相邻钢板桩采用现场锁扣焊接或螺栓连接的临时连接方法也是有效的
4.3 与设计长度相比钢板桩墙的延长或缩短
（1）原因：
① 为方便打桩作业，设计钢板桩锁扣时在宽度上有 2～3mm 的空隙。 这就导致已打钢板桩墙长度的延长或缩短。打桩时沿钢板桩墙长度方向处于受压状态，则钢板桩墙容易缩短；反之，打桩时沿钢板桩墙长度方向处于受拉状态，则钢板桩墙容易延长。
（2）解决措施：  
① 假如钢板桩墙长度增加，即钢板桩打入时处于受拉状态，那么应将其调整到受压状态下打桩。
②假如钢板桩墙长度减小，应采取跟上一项相反的措施。
③每 20根桩检查一次施工完毕的钢板桩的总长度。  
④ 当主要起因被认为是钢板桩墙扭转或蛇形弯曲时，应在钢板桩和导梁之间放入足够的卡板。
⑤ 当上述措施还不奏效时，应采取如下对应措施： 当钢板桩墙长度增加时，应打入宽度比正常尺寸小的特制钢板桩以调整墙长；当钢板桩墙长度减小时，应打入宽度比正常尺寸大的特制钢板桩或多打入一个正常尺寸的钢板桩以调整墙长。
4.4穿透力不够
    因穿透力不够会给设计带来麻烦，有必要通过重新检查打桩方法来解决。应对措施如下：①更换一个更大功率的打桩机或者采取其他措施以减小打桩阻力。 ②常用高压喷水装置和钻土机来减小土层的打桩阻力。
5.质量控制项目
(1) 进场的设备及材料必须满足施工要求和设计要求，设备运转必须保证安全可靠。
(2) 桩位控制。施工前对桩位轴线进行检验校正，施工中要按照轴线和施工顺序进行打桩施工，桩与桩之间咬合要紧密。检查方法：根据设计位置进行坐标点定位，利用全站仪进行实际坐标点测控。
(3) 标高控制。对标高进行控制时，采用水准仪监测，保证送桩深度满足设计要求，桩顶标高要满足支撑系统制作安装的需要。检查方法：钢板桩施工完毕后，利用水准仪，测量出桩顶标高，与设计标高进行对比。
(4) 垂直度控制。桩体垂直度，可采用线坠和目测的方法进行控制。桩身垂直度允许偏差控制在桩长的1%以内。检查方法：钢板桩在吊起之前，在顶部外边缘固定好比钢板桩长度短1m的线坠，起吊后，测量线坠与钢板桩边缘的距离来测量实际偏差后，与根据桩长算出允许偏差进行对比。
6.结束语
    本海港写字楼钢板桩参照澳大利亚标准设计的，施工工艺参照澳洲规范、中国规范和钢板桩厂家规范，在一个月的时间完成了钢板桩施工，事实证明，高质量的钢板桩施工，能够有效的阻挡海水涌进现场，减少海水对回填料的冲刷，为后续主体结构施工创造良好的条件。
 
参考文献：

1. GB 5007-2002，建筑地基基础设计规范.
2. JGJ 79-2002，建筑地基处理技术规范.