黄河河漫滩拉森钢板桩插打实践

梁建军+李凯

摘 要：钢板桩插打过程中，垂直度控制难度大、合龙困难。介绍国道108线禹门口黄河大桥主桥承台基坑开挖采用SP-Ⅳw型钢板桩围护结构时，钢板桩插打的机械选型、垂直度的保障措施、围堰合龙的控制要点，以及施工过程中，采用引孔措施解决钢板桩难以穿越大厚度砂卵石层的困难，以供今后類似工程参考。

关键词：钢板桩；机械选型；垂直度；围堰合龙；引孔

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.19.106

1 引言

随着经济的快速发展，中国基础设施建设行业发展迅猛，有时需要在很多现状河道上修筑跨河建筑物，在有条件限制时，需要对河道进行开挖施工。拉森钢板桩作为一种绿色、环保，而且施工速度快、施工费用低、有效减少开挖范围的临时支护结构。禹门口黄河大桥主塔承台基坑最大尺寸为54m×34m×11m，基坑范围地质均为粉细砂，本文将重点论述粉细砂中拉森钢板的插打工艺。

2 工程概况

禹门口黄河大桥位于秦晋交界的黄河龙门峡谷出口处，桥位处为典型的河流堆积地貌，黄河在此处由峡谷区进入平原区，河槽骤然展开，河谷急剧变宽，形成宽浅性河床，地形略有起伏。此处河床河漫滩地带，上部为厚越14.7～29.6m细砂，下部为14.2～77.4m厚卵石层。

主桥承台结构尺寸为：11#索塔承台结构尺寸为49×29×6m、12#索塔承台结构尺寸为49×24×6m（横桥向×顺桥向×高）。拉森六型（SP-Ⅳw）钢板桩结构尺寸如表1所示。11#承台共用钢板桩284根（含4根异形桩），12#承台共用钢板桩264根（含4根异形桩），钢板桩入土深度为16.021m。

3 机械选型

3.1 振动锤选型

钢板桩围堰施工采用履带吊+振动沉桩锤插打。

11号索塔承台围堰钢板桩总长为18m，河床标高（地面）+377.81m，钢板桩底部标高+361.789m，顶部标高389.789m，钢板桩围堰最大入土深度为16.021m；12号索塔承台围堰钢板桩总长为18m，先行开挖河床标高至+378m，钢板桩底部标高+362.853m，钢板桩围堰最大入土深度为15.147m。根据设计图纸提供的地质资料进行振动锤的选型，均为粉砂层，但施工过程中实际地质资料与地勘资料不完全一致，为确保钢板桩插打施工的机械设备能够满足要求，在钢板桩正式插打前，在钢板桩桩位处进行插打试验。

振动锤的选型参考《桥梁施工工程师手册》（人民交通出版社）第5.1.5条。应满足振动锤的振动力P能克服插打钢板桩过程中土的摩擦力R，即P>R。

土对桩的摩擦力：R=fuL

式中：f——土单位面积的动摩擦力（kPa），根据设计单位地质勘察报告提供的标准贯入度取对应的f值，对于细砂层摩阻力为-10kPa，计算时取10kPa；

u——钢板桩的周边长度（m），SP-Ⅳw型钢板桩取2.513m；

L——钢板桩的入土深度（m），本工程钢板桩入土深度为16.021m。

则细砂对钢板桩的理论摩阻力R=402.61kN。

根据计算的土的摩阻力R值，采用DZ90型振动锤。DZ90型振动锤主要技术性能：电机功率为90kW，激振力为677kN，振动锤质量为5864kg，允许拔桩力为400kN。DZ90型振动锤可满足施工要求，安全系数K=677/402.61=1.68。

3.2 辅助设备

根据前期现场进场机械情况，初期采用50t履带式高频钢板桩打桩机定位插打6-8m，然后采用50t履带吊与DZ90型振动锤组合，将钢板桩插打到设计标高，如图1所示。

4 插打钢板桩

4.1 插打顺序

结合现场承台实际施工进度，钢板桩插打应从黄河上游中间开始，分两个工作面同时作业。第一根钢板桩位置应准确、垂直，然后以第一根钢板桩为基准，再向两边对称插打钢板桩。合龙位置选择在下游侧的某个角点附近，以保证其垂直准确，其插打施工顺序如图2所示。

4.2 钢板桩插打

开始使用50t履带式高频钢板桩打桩机，将钢板桩抓起，并放入导向架中，插打6-8m深，确保钢板桩自身稳定性满足要求，然后使用履带吊和DZ90型振动锤将钢板桩插打到设计标高。在振动锤打设钢板桩时，高频钢板桩打桩机从反方向继续插打钢板桩，如此交替插打，提高机械使用率和钢板桩插打效率。

插打钢板桩前，采用5m长的疏通钢板桩，将需插打的钢板桩疏通一遍，检查钢板是否存在局部变形情况，并将锁口中的垃圾淤泥清理干净，在每片钢板桩两侧锁口内均涂填黄油，以减少钢板桩插打或拔除时相互间的摩擦力，且提高了钢板桩的抗渗漏能力。

4.3 引孔

主桥12#墩钢板桩插打至靠岸侧1/3位置时，钢板桩只能打入地层13m左右，不能打设至设计标高。经进一步探查，细砂层在此范围内厚度小于13m，其下地层为砂卵石层，导致钢板桩难以插打到位。

为解决此问题，研究提出两个方案：一是增大振动锤激振力，采用DZ120或DZ150振动锤进行钢板桩插打，此方案将大大增加施工成本，经济投入过大，难以保证钢板桩可穿过砂卵层，同时，过大的激振力有可能致使上部钢板桩发生倾斜或变形。二是从减小施工过程中钢板桩的桩端和桩侧摩阻力入手，提出采用长杆螺旋钻引孔，将细砂层对钢板桩的阻力通过引孔进行消减，使钢板桩所受激振力绝大部分去克服卵石层的阻力，从而达到钢板桩设计标高。

经过对比分析，采用引孔工艺进行钢板插打施工。首先按设计位置放样钢板桩桩位，然后采用长螺旋钻机进行钻孔，孔径为35cm，钻孔深度为14m，穿越吸砂层，进入卵石层，每完成一次引孔，安装钢板桩导向架，然后采用履带吊和DZ90型振动锤进行插打，经过引孔处理，钢板桩均按要求插打至设计位置，钢板桩在插打振动过程中，将引孔形成的孔道又填充密实，保证了钢板桩四周的密实。引孔如图3所示。endprint

5 控制要点

5.1 垂直度的控制

钢板桩是刚体，轴线方向锁口将单根桩连接成整体，所以第一根钢板桩的平面位置及垂直度直接影响后续钢板桩的位置及垂直度。轴线方向垂直度要求控制在1.5%范围内，轴线方向垂直度是通过导向架实现的，本工程因钢板桩无法直接插打到位，需进行引孔处理，故导向架为活动式架体，并设置为上下双层结构，导向横梁采用可调节式丝杆实现内外扩张，其固定桩位于引孔作业范围之外，在完成引孔后，按控制点将导向横梁调整到位，然后进行插打钢板桩，根据桩顶标高控制钢板桩底贯入度，然后将导向横梁向外调整，引孔设备继续引孔，调整导向横梁插打钢板桩，反复操作，实现钢板桩的垂直度控制和插打。

钢板桩施工过程中，采用双层双面形式，通常由导梁和围檩桩等组成，双面围檩之间的距离不宜过大，一般比钢板桩高度略大8～15mm，如图4所示。

安装导向架时主要控制点：

（1）采用全站仪控制和调整导向架的位置。

（2）导向架的高度要有利于控制钢板桩的施工高度，满足现场钢板桩最大提升高度。

（3）导向架不能随着钢板桩的插打而下沉、变形，需确保定位桩自身稳定性满足要求。

（4）导向架横梁采用丝杆实现内外扩张，其导向横梁最大间距需满足引孔设备的操作空间要求。

5.2 钢板桩合龙

钢板桩围堰在合龙时，两侧锁口很难保证在一条直线上。虽然使用导向架进行平面位置和垂直度的控制，但是难免出现一定的误差。因此，在钢板桩插打至最后4-6片时，先将剩余钢板桩打设至稳定高度（保证钢板桩自身稳定即可），主要是利于钢板桩的调整，并且合龙处的两片桩应一高一低，便于插桩；若合龙有误，可用手拉葫芦等小型工具配合，对拉使之合龙，若偏差较大时，可采用将最后2片钢板桩改为3片钢板桩呈V字形打入，已调整其插打误差导致的无法合拢的情况。如图5所示。

钢板桩围堰转角处使用异型角桩，可根据围堰形状将一片钢板桩沿长度方向剖开焊接在另一根钢板桩上，焊接成任意角度的异型桩。对于合龙处的异型角桩，在切割和焊接时，应对转角两侧钢板桩的相对位置进行测量，以保证加工的异型桩能与实际位置相吻合，异型角桩如图6所示。

6 结语

国道108線禹门口黄河大桥项目主桥承台基坑钢板桩施工，对于其平面位置、垂直度要求较高，通过导向架等辅助措施可以确保施工满足规范要求。但是对于地层变化的不确定性，导致部分区域钢板桩打设时振动锤激振力不足、桩身插打不到设计标高，采用长杆螺旋钻引孔，减小桩身摩阻力确保钢板桩打设至设计标高。

通过施工实践，结合在现场施工过程中遇到的具体问题及解决办法，总结积累了宝贵的施工经验，为类似工程提供参考。

参考文献

[1]杨文渊、徐犇.桥梁施工工程师手册[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2]张琨，钟启凯，戴小松，刘中涛.超厚砂卵石层钢板桩围堰设计与施工[J].施工技术，2011，（02）：31-40.

[3]龚明，赵永杰.钢板桩海上插打实践[J].中国港湾建设，2005，（10）：54-55+64.

[4]土木工程施工工艺桥梁工程（第2版）[M].北京：中国铁道出版社，2013.endprint