钢板桩在市政排水工程施工中的应用

钢板桩在城市道路软土地基中的应用

摘要：钢板桩是一种组装形式的互锁结构，具有强度高、重量轻、阻水性好等特点，在道路工程路基施工中应用十分广泛，尤其应用于临时性的止水、挡土、防洪、抢险、防流沙等工程防护中。本文以福建省福州市长乐区某市政道路工程为背景，探讨了拉森钢板桩在紧邻房屋路段软土路基开挖处理中的应用，可作为其他类似工程案例参考。

关键词：钢板桩；软土路基；监测；沉降；流沙

1.前言

钢板桩是一种片状的带有锁口的高强度钢材，锁口与锁口之间通过嵌套而形成封闭的连续的钢板桩墙体，该墙体具有抗弯强度大、结合紧密不透水的特点，可以用于挡住地下流沙、流水、防止基坑坍塌等工程破坏。

钢板桩的主要优点表现在以下几个方面：（一）隔水性能好，重量轻，强度高；（二）施工周期短，良好的耐久性，施工简便，可以重复使用；（三）相对于混凝土桩而言，大大的节约开支，保护环境；（四）应用及时，大部分的建筑市场均能采购；（五）对人工机械的施工空间没有特别的距离要求，安全有效；（六）不受自然环境的影响，方便拆卸。

钢板桩的主要不足在于：（一）无法阻挡水中和土中的细微颗粒，当地下水位较高时，需要采取降水措施；（二）基坑开挖后需要及时增加斜支撑和横向支撑，防止变形过大、造成周围土体开裂，附近建筑物或构筑物出现沉降。

2.钢板桩的内力传递

钢板桩根据支撑的形式不同划分为内支撑和外支撑。内支撑主要由工字钢或者是钢管，外支撑一般由拉锚组成。钢板桩的内力传递途径主要是由土压力传递给钢板桩墙、由墙体传递给围檁、最后有围檁传递给支撑。一般对于路堤上的基坑支护采用内支撑比较常见，钢板桩的土压力分布主要由基坑外土压力和基坑内土压力的合力组成，根据施工工况的不同，钢板桩的内力也有所不同。

此外，钢板桩的施工方法不同，钢板桩的受力和变形也不一样，陈艺宁、伍广豪研究了拉森钢板桩在采用逆作法和明挖法施工过程中，钢板桩的水平位移变化，发现逆作法比明挖法能有效减少65%左右。

本项目为某市政道路工程，涉及深基坑开挖，为确保施工安全及工程质量，特制定本钢板桩支护专项施工方案。

二、编制依据

1. 《建筑基坑支护技术规范》（GB 50007-2011）

2. 《市政工程深基坑支护技术规范》（CJJ/T 91-2002）

3. 工程地质勘察报告

4. 施工图纸及有关技术文件

三、施工组织与部署

1. 施工单位组织施工技术人员、施工人员及监理单位共同进行施工方案的编制与审核。

2. 施工现场设置专职安全员、质量员，负责施工过程中的安全及质量控制。

3. 施工前，对施工人员进行安全技术交底，确保施工人员掌握施工工艺和安全操作规程。

四、施工准备

1. 施工材料：拉森钢板桩、支撑体系、锚杆、焊接材料等。

2. 施工设备：打桩机、挖掘机、吊车、钢筋加工设备等。

3. 施工场地：清理场地，设置排水沟，确保场地平整、排水畅通。

五、支护系统设计

1. 钢板桩选用拉森IV型钢板桩，桩长根据地质条件及基坑深度确定，一般采用8-12m。

2. 支撑体系采用H型钢或工字钢，支撑间距根据地质条件及基坑深度确定，一般采用1.5-2.5m。

3. 锚杆采用高强度锚杆，锚杆长度根据地质条件及基坑深度确定，一般采用3-5m。

六、施工工艺及要求 1. 钢板桩施工：采用振动打桩机进行钢板桩施工，确保钢板桩垂直打入，桩顶标高符合设计要求。

2. 支撑体系施工：根据设计要求，采用H型钢或工字钢搭建支撑体系，确保支撑稳定可靠。

3. 锚杆施工：根据设计要求，采用钻孔机钻孔，锚杆插入孔中，焊接固定。

七、基槽支护施工

1. 挖掘机进行基槽开挖，挖至设计标高后，采用钢板桩进行支护。

2. 钢板桩施工过程中，注意控制桩间距、桩顶标高，确保支护效果。

3. 施工过程中，加强监测，发现异常情况及时处理。

八、质量保证体系及保证措施

1. 施工前，对施工人员进行技术交底，确保施工人员掌握施工工艺和质量要求。

2. 施工过程中，加强质量检查，严格执行验收制度。

水上钢板桩围堰技术在泵站　

排放口施工中的应用　

Ｗａｔｅｒ　Ｓｔｅｅｌ　Ｓｈｅｅｔ　Ｃｏｆｆｅｒｄａｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　

Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　Ｏｕｔｌｅｔ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｕｍｐ　Ｓｔａｔｉｏｎ　

沈世勋　上海建工二建集团有限公司　上海２０００８０　

摘要：着重介绍了上海黄浦江外滩泵站排放口的水上施工技术，针对黄浦江水深、水位受潮汐影响变化、外滩板桩防　汛墙的特点，采用双排钢板桩重力式围堰、设置临时防汛墙、抛石堵漏应急措施等技术，确保了黄浦江水上泵房排放　口施工期间的安全。　关键词：泵房排放口　潮汐影响　板桩围堰　施工技术　中图分类号：ＴＵ７５３．６２　／文献标识码　Ｂ　【文章编号】１００４—１００１（２０１２）０８—０７５４—０３　

１　工程概况　

上海外滩新延安东路排水系统泵站位于人民路隧道北　

侧、中山东二路东侧规划绿地地块，服务面积约１６６　ｈｍｚ，泵　

站总占地面积约为２　３００　ｍ２，为地下泵站，泵房紧贴上海黄　

埔江外滩防汛墙空箱结构建造。泵站排放口需穿越已建外　

滩防汛墙，施工时需在黄浦江中设置临时围堰，在岸上设置　

临时防汛墙，破堤施工（废除部分原外滩观光平台空箱结　

构，待排放口施工完成后按原样修复）。排放口箱涵为由岸　

上向江中方向渐放喇叭口形状，起点宽８．２　ｍ、终点宽　

１９．３８４　ｍ、长１２．５　ｍ；排放口净高２．５　ｍ，内底标高一２．０００　ｍ　

（绝对标高）；出口混凝土护坡长宽８　ｍ、麻袋混凝土护坡宽　

３　ｍ。　

相关资料显示，黄浦江水位标高情况为：千年一遇最高　

水位标高为５．８６０　ｍ，汛期防御水位５．４００　ｍ，非汛期防御　

水位４．８２０　ｍ，设计高水位５．８６０　ｍ，设计低水位０．６９０　ｍ。　

外滩中山东二路地面平均标高约３．２　ｍ，大部分时段江水水　

位高于陆地，现外滩通过与观光平台相结合的防汛墙进行　

挡水。　

黄浦江上的排放口水上施工基坑采用“Ｕ”字形三面围　

2012年3月内蒙古科技与经济March2012　第6期总第256期InnerMongoliaScienceTechnology&EconomyNo.6TotalNo.256浅谈钢板桩围堰在水中桥墩施工中的应用X孙文华(蒙冀铁路有限责任公司,内蒙古呼和浩特　010050) 摘　要:临策铁路跨黄河总干渠特大桥9#～12#墩承台开挖支护方案,由于基础在水中,地质较差,支护难度较大,文章就该桥9#～12#桥墩承台基坑开挖中的钢板桩围堰支护方案从结构特点和计算方法进行了分析。关键词:承台开挖;支护;钢板桩围堰;设计;计算 中图分类号:U443.16+2 文献标识码:A 文章编号:1007—6921(2012)06—0111—021　工程概况临策铁路黄河总干渠特大桥,孔跨布置为43孔32m简支T梁,主要跨越既有包兰铁路、黄河总干渠,黄河总干渠河床宽140m,河槽内常年流水,水位为2m左右,河床内地层为饱和的粉土及粉细砂,3m～15m范围为地震液化层,8#～13#墩位于黄河总干渠内基础采用钻孔灌注桩,2007年1月开工建设。原设计用C25钢筋混凝土套箱作为承台施工防护,施工难度较大,且由于钢筋混凝土套箱施工工期较长,不能满足工期要求,经研究决定,位于渠中心位置的9#～12#承台开挖施工采用钢板桩围堰作为防护。2　围堰设计方案2.1　围堰钢板桩的选用根据现场实际情况研究决定采用方形钢板桩围堰。钢板桩围堰平面尺寸为10m×8m,根据工程所在场地特点,结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑,选用的德国拉森Larssen-Ⅲ型钢板桩,宽度为40cm,长度为11m。2.2　钢板桩入土深度计算钢板桩的入土深度主要受产生管涌的因素的影响,现以不产生管涌为控制条件计算钢板桩入土深度及钢板桩长度,如图所示。基坑抽水后水头差为H=6.5m,入土深度设为X,最短的渗流途径如图所示为H+2X,不产生管涌的安全条件为:K*i*rw≤rb(1)式中K为安全系数,取值1.8水容重取rw=9.8KN/m3土的容重取r=18.5KN/m3土的浮容重rb=r-rw=18.5-9.8=KN3水力梯度i=H/(H+2X)将以上各值代入公式(1)1.8*[6.5/(6.5+2X)]*9.8≤8.7可得X≥3.34m,即钢板桩打入土深度大于3.34m便可满足要求。桩比渠中水面高1m,则单根钢板桩长=1+6.5+3.34=10.84m,采用11m的钢板桩可满足要求。2.3　打桩设备选用选用功率为55kW的CH-20型振动锤1台。2.4　排水设备选用50QW20-15-2.2污水泵2台放入基坑,进行施工全过程基坑积水抽水工作。2.5　防渗水方案在钢板桩两侧锁口涂混合油膏(质量配合比为:黄油∶干锯末∶干粘土=2∶2∶1),不但能减少插打时的摩阻力,并增加防渗能力。遇到锁口不密、个别桩入土深度不够、桩尖打裂打卷或脱扣等现象渗水时,先抽水找到漏水处,以木板、棉絮、麻绒等在钢板桩内侧填塞。当出现涌砂或漏缝较深时用袋装粘土抛填堵塞,必要时采用混凝土封底进行施工。3　钢板桩围堰施工过程3.1　钢板桩的整理钢板桩运到工地后,需进行整理,清除锁口内杂物,对缺陷部位加以整修,以确保正常使用。锁口检查的方法:用一块长约2m的同类型、同规格的钢板桩作标准,将所有同型号的钢板桩作锁口通过检查。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。3.2　钢板桩围堰施工3.2.1　钢板桩的起插及过程控制。各项准备工作就绪后,将事先加工好的定位桩精确垂直安设好,并用与导梁工字钢焊接牢固,导梁为上下双层导梁,钢板桩与内外导梁之间的间隙用木块塞紧,确保插打第一片钢板桩的垂直度。第一片钢板桩以导梁为基准定位,垂直插打至设计标高,此项工作应反复仔细校正钢板桩位,确保垂直,必要时拨出重新插打。其余各钢板桩,则以已插好的钢板桩为准,起吊后人工扶持插入前一片钢板桩锁口,然后用振动锤振动下沉。插入桩位的钢板桩需紧靠导梁,插打一片或几片后,将已插好的钢板桩点焊固定于导梁上。整个施工过程中,要用锤球始终控制每片桩的垂直度,及时调X收稿日期8.7/m111:2011-12-19　总第256期　内蒙古科技与经济整。调整工具有千斤顶、木楔、导链等。插打过程中,须遵守“插桩正直,分散即纠,调整合拢”的施工要点。3.2.2　钢板桩的插打次序及合拢。钢板桩的插打次序是从上游中心开始,在下游合拢,每边由一角插至另一角。为提高插打进度和减小合拢误差,采用开始的一部分逐块插打,后一部分先插合拢后再打至设计标高的方法。3.2.3　围囹支撑设置。待钢板桩施工完毕即可进行挖基抽水,至设计第一道围囹标高时进行第一道围囹架设。围囹上下共设置3道。围囹上面两道为双拼I45cm工字钢,下面一道为双拼60b#工字钢组焊而成,按设计高程预先焊好∠125×125×10角钢短牛腿作为临时支撑,待各围囹安装并连接就位后,再与钢板桩焊接牢固。围囹合拢段按实际丈量长度在现场加工改制。3.3　基坑开挖及基底处理围堰合拢后,用挖掘机开挖基坑,尽量不刮碰钢板桩围堰,边角人工配合人力开挖,避免损坏钢板桩。开挖完毕后人工清理基底,略低于设计标,然后快速支好模板。在其内填入一层粉质黏土并夯实,这样有利于防渗,在土料填完平整后,在其上加20m厚的黄砂,最后填入20m厚的碎石。填筑顶面的标高为承台底标高。回填完毕后完成凿桩、绑扎钢筋网片、浇筑承台混凝土等工作。3.4　钢板桩围堰拆除承台施工完毕混凝土达到一定的强度后拆除模板,由于水位高于承台顶面,所以在拆除钢板桩围堰前要在围堰四角埋好无砂管,当做降水井以备施工墩身时降水之用,最后回填基坑固定无砂管。在拆除工作中应注意:钢板桩围堰拆除工作与围堰施工程序相反进行。钢板桩拔除先行由下游方向开始,对称拨至上游方向,拆除过程必须时刻注意施工安全。先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动1min～2min,使钢板桩周围的土松动,产生“液化”,减少土对桩的摩阻力,然后慢慢地往上振拔。拔桩时注意桩机的负荷情况,发现上拔困难,可先行往下施打少许,再往上拨,如此反复可将桩拔出来。3.5　钢板桩的施工中遇到的问题及处理由于河床地质结构复杂,河道有水利部门投放的防冲刷石笼、石块等物体,钢板桩打拔施工中常遇到一些难题,常采用如下几点办法解决:打桩过程中有时遇上大的块石或其他不明障碍物,导致钢板桩打入深度不够,则采用转角桩或弧形桩绕过障碍物;钢板桩在淤泥质地段挤进过程中受到淤泥中块石或其他不明障碍物等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜,采取以下措施进行纠偏:在发生偏斜位置将钢板桩往上拔1.0m～2.0m,再往下锤进,如此上下往复振拔数次,可使大的块石等障碍物被振碎或使其发生位移,让钢板桩的位置得到纠正,减少钢板桩的倾斜度;由于淤泥质基础较软,有时施工发生将邻桩带入现象,采用的措施是把相邻的数根桩焊接在一起。4　围堰挡水效果基坑抽水时,在抽水的同时施行适当的堵漏措施,当水基本抽完后,只需一台水泵在抽水工作,另一台备用,可清楚观察到围堰挡水止水效果;钢板桩围堰内表面基本没有漏水,只有少数钢板桩由于接头不紧密导致一些漏水;基坑内也没有出现渗漏、管涌等现象,说明钢板桩围堰是成功的。5　变形观测在钢板桩围堰挡水期间,我们定期对钢板桩顶的位移进行观测,发现桩顶向基坑内侧位移量稳定在2cm以内,说明堰体是稳定的。6　总结施工实际效果表明:由于河套灌区总干渠河由黄河三盛公枢纽引水,东至乌拉特前旗,年引水量达50亿m3,为河套地区灌溉输水的大动脉,对灌区农牧业和经济发展具有重要意义,每年4月中旬总干渠必须放水灌溉。蒙冀铁路有限责任公司项目部在2007年1月1日开始第一根钻孔桩施工,最终于2007年3月25日全部完成计划工作量,保证了灌溉时间。实际效果证明钢板桩围堰具有施工进度快、更安全、筑岛占地面积小等优点,这对于水深较大、流急、淤泥或粉细砂等软基上等不适宜用填土围堰、客观要求工期紧的工程使用较为有利,而且钢板桩围堰一次性投入费用后可反复利用,占用流动资金较少,因此采用钢板桩围堰,在经过技术性、经济性、施工安全性以及便利性等方面,使用在临策铁路黄河总干渠特大桥的施工中,还是相当合理可行的,并且取得了明显的效果。[参考文献][1]　铁道部第三工程局.铁路工程施工技术手册-桥涵[M].北京:中国铁道出版社,1994.[2]　交通部第一公路工程总公司.公路工程施工手册-桥涵[M].北京:人民交通出版社,2005.(上接第110页) 材料已经顺着纹理完全渗入到缝隙处,填补了裂缝包裹住了骨料,防止雨水等侵入,保护路基,延长路面的使用寿命。并且不会降低路面的摩擦系数,有着耐高温,抗严寒的优越性能,适用于高速公路、城市道路和机场的路面封层改造。封层一年后观察,整体改造效果很好,路面质量提高,大幅度降低了病害发生率,路面美观效果明显。7　西尔玛道路封面材料特点西尔玛路面养护材料不像普通沥青路面那样容易受到损坏,它可以在沥青表面形成一道保护屏障。可以抵御来自各方面如太阳辐射、雨雪侵蚀;延长路面使用寿命,降低路面养护成本;良好的粘结性,无需加热;还可以补充损失掉的沥青并粘接坚牢,小裂缝自然填充功能,并提高地表温度,促进冰雪融化;其施工简单,无刺激性气体产生,且对环境无害的环保材料,是理想的公路路面封层材料。8　结论西尔玛封面材料是一种新型的国内领先的道路养护材料,通过本材料在呼和浩特市机场高速的应用,总结其特点施工简单、使用简便;道路修复作用明显且不降低路面的摩擦系数;高粘度补充沥青流失,柔韧度强,持久耐用;耐高温抗严寒的优越性能。通过西尔玛封层材料在呼和浩特市机场高速的应用提供的经验,对于新材料推广与预防性养护的加强具有重要的现实意义。112