钢板桩在港口码头基础工程中的应用研究

沙飞斐 魏 鹏

（上海振华重工（集团）股份有限公司长兴分公司 上海 201913）

自20世纪开始，发达国家就已在工程建设中使用钢板桩，特别是是在港口码头的建设中，应用非常广泛且作用突出。在实际应用中，钢板桩表现出如下优势：节能、环保、安全、可靠，已被大量的应用于各类港口建设项目中。近年来，国内对钢板桩的广泛应用，不仅是为了促进港口项目的建设发展，而且也是对绿色发展理念的践行。因此，本文就钢板桩在港口码头建设项目中的应用情况进行研究。

1 钢板桩施工要点

1.1 质量控制标准

对于垂直度方面的具体要求是，偏差（相比于桩长）不能超出2%；对于桩顶高程的要求是，偏差应控制在5cm左右；对于弯曲度方面的具体要求是，应低于桩长的1%，对于翘曲度方面的要求则是，应低于桩长的2%。

1.2 施工难题处理

（1）在实际施工阶段，如果遭遇大的漂石，且难以碎裂，应选用转角桩等来进行作业，并选择绕过，确保施工操作符合设计方面的要求。

（2）如果使用基础的钢板桩，沿轴线的倾斜过大，且难以完成修正，则选用上宽下窄的异形桩来操作。

2 整体建模分析

2.1 有限元计算模型

运用ABAQUS软件工具构建模型，相应的结构选择要依据现场状况来定，码头的建设一般为狭长体系，除了两侧，中段的受力情况比较接近，在分析过程中为了减少数据计算，取2m宽，也就是4根桩的宽度来分析。本次研究中，设计数值要按照施工项目的实际情况进行分析，使用Q235级钢材，土体则选用经过修改的相关模型来分析。此外，还应确保桩体沉放完成后的受力平衡，在开挖阶段实现相应力的释放，最后在码头的一侧增加负载，依据给出的方案及相关建设标准，其值确定为50kPa。

2.2 有限元结果分析

（1）锈蚀作用的影响。运用数据模型对桩体未经过锈蚀，以及锈蚀达到20%、40%时所受到的影响进行具体分析，研究发现，受到侵蚀的桩体的强度有所减弱，使用效果明显不如从前，发生的位移有所增加。对于所遭受的不同锈蚀程度，钢板桩码头的位移是比较相近的，最大值均发生在池底上部，而池底下部则表现出的是逐步减小，到了桩底下面，又有一定程度的增加。

（2）改善土体性能法。如果想要对桩前的土体性能有所改善，并改进锚固效果，可选用打桩或是抛石等手段；如果想要对桩后的土体性能有所改善，可选用CAM等方法，能够有效的改进桩后土层粘结参数等数据，使得相应受力尽可能的释放到下面的地基上，减轻桩体的受力，进而改善整个构件的挡土效能。应用此方法对锈蚀程度达到40%的钢板桩码头进行处理，假定粘结参数等均为处理之前的1.5倍，改变的区域为前、后10m左右，高度则达到桩底为止。结果表明，改善土体性能法的应用效果显著，有效的限制了钢板桩的变形，提高了其使用质量。

（3）桩后增建连续墙法。使用该方法，可有效的减轻桩体所受到的水平方向的压力，进而改进系统构件的应用效能。对于该方法的使用，经过可行性分析后，对锈蚀程度达到40%的桩体进行处理。增建连续墙后，钢板桩码头的最大位移仅为7.2mm，且出现在了池底周边的区域。此后，运行情况良好，大部分的受力被连续墙所承受，传送到了地下，通过对比增加连续墙前后的水平位移曲线可发现，钢板桩下部的位移要更大一些，这是由于受到连续墙的阻滞，导致最大位移发生在了下端位置。

3 施工流程

3.1 施工前准备

在当前高度的基础上剥除大约1.0m的浮土，明确打桩的方位；用专用测量器具测算出相应标高，得到具体的打设深度，从而为后续施工的开展做好准备工作。

3.2 钢板桩打设

3.2.1 钢板桩检查

（1）钢板桩运送到施工场地之内后，要开展认真仔细的检查，包括类型、编码等。

（2）如果长度上不符合要求，则要选用相应的材料进行延长；具体操作阶段，要先对焊或者补焊，再进行后续的焊接，尤其要注意错开相邻板桩的缝隙连接。

（3）使用单桩插打，为了减轻锁口间的摩擦作用，可在其两端锁口涂上黄油等润滑物质，同时也能有效的避免渗漏的发生。

3.2.2 振动锤检查

对于振动锤的选用，要结合桩体的类型、长短、施工环境等来进行合理的选择。

其作为施工过程中的重要设备，必须要提前安排人员进行性能方面的检查，保证线路没问题，可正常使用。使用过程的端电压一般为380～420V，且不可以出现过多的磨损。

3.2.3 导向设备安装

导架，主要是由导梁、导桩等构成，其安放位置的选择一定要避免碰撞的发生。导桩不可以随打设而出现下沉。高度方面的设计，要能够方便的进行施工，并尽可能的提升效率，可用专业工具测量其高度。

3.2.4 插打钢板桩

为了保证插打方位的无误差，首次插打是最为关键的，对后续的操作会产生很大的影响，因此要尽量使其准确无误。在操作中，尤其要确保垂直度符合标准。为了避免锁口发生平移，可在相应的位置设置卡板，限制可能的移动。同时，在围檩上提前计算好所有需要的位置，以便能够方便的予以纠正。接着以第一片钢板桩为参照，依次插打。

插打操作的步骤及施工要点：

（1）在锁口内涂上黄油，设置好相应的吊点；

（2）将首次插打作为整个项目操作的基准，要仔细测量、检查，确保方向垂直、准确，某些情况下可通过辅助装置，对其位置进行有效的控制。

3.2.5 钢板桩合拢

（1）合拢前的准备

首先，要检测并运算得到底部的相应距离，再结合相应的宽度，计算得到实际的使用数量，进而明确后续如何操作（是否需要增加钢板桩）。

（2）合拢时桩的调整处理

施工过程中，应选择在角桩周围操作（多数情况下距离4～5对），如果存在较大的差距，可进行适当的调控，向里（或是向外）减小（或是增加）间距。为了有效的避免桩体出现偏离，必须认真控制角桩的方位，使其锁口与对端尽可能的处在平行位置。在具体的施工阶段，先是将每一片桩都顺序的依次打入提前设定好的部位，到了最终的5片时，先要进行拼插，如果出现了误差，使用辅助装置帮其实施合拢，合拢完成后，再逐一打入。

3.3 基坑开挖

（1）在设计好的区域进行基坑的挖掘，对于降水的处理，一定要保证不会对施工造成不利的影响。

（2）挖掘过程中，对基坑进行清理，并注意排水沟渠的设计，同时设计集水井以用于降水的处理。在相应的范围内，做好垫层施工。

（3）桩头、系梁以及承台施工。

（4）依据现场施工情况，使用三套系梁基坑，以及两套承台基坑的钢板桩进行倒用（需要开挖的深度不同，钢板桩的长度也就不同）。

3.4 钢板桩拔除

（1）相应的施工完成后，就要进行钢板桩的拔除（在这里要注意，不要影响到墩柱等的施工操作）；

（2）开始前，要记得拆掉所有围檩等；

（3）逐一操作，拔出的次序尽量与打入时的次序相反；

（4）开始时，略微松开吊钩，之后，随振幅的增加拉紧，并慢慢提升；

（5）到了能够用吊车进行操作时，停振，如果同时振起过多，要予以打散；

（6）拔出的钢板桩要进行清理，如果变形较大需尽快校正，方便以后的使用。

4 施工过程中的几个问题

4.1 钢板桩入岩深度

港口施工在进行桩长的测算时，是依据进入岩体内N=100处，再加上1m余量来设计的。操作中，要求使用MB-70锤进行成组施打，再进行单根复打，直贯入度低于1.0～1.5mm为止，桩尖要嵌入岩石内。

若是施工现场的环境过于复杂，起伏程度较大，一些桩体不能进入到岩内，则要采用间隔补打长桩的方法，以有效解决可能发生的不达标的问题。

4.2 清淤的质量标堆

打桩完成后，在后续的抛填操作过程中，又会有淤泥进入，有的部位还会很多。可使用喷射式挖泥船等进行仔细的清理，对于相应质量标准的控制非常关键，一般来说：使用抓斗清淤，当再抓不出淤泥时，并经过进一步的检查确认，就可以实施抛石作业了，其他浮泥可用小型工具慢慢清理。

4.3 棱体抛填程序与桩的倾斜

操作过程中，要依据以下流程进行作业，可有效的防止出现过大的倾斜：

（1）抛填作业，开槽后装设锚旋板；

（2）开始穿拉杆前，对于板桩墙后船，选择抛至大约-0.6m，对于后排管桩船，选择抛至（或选择陆抛）大约-0.2m；

（3）前沿线10m以后，选择抛至大约-0.5m，锚旋板后，选择抛至大约+1.0m；

（4）可采取船抛、陆抛两种方法同时进行，将板桩墙后全部抛到大约0～-0.5m。

穿拉杆前，桩顶因为抛石作用会形成偏位情况（可达到20cm），在穿拉杆完成后，可进行相应的操作，以调整到设计区域。

4.4 施工水位要求

（1）对于施工水位的要求，尤其要考虑到要有充足的作业时间。

（2）要求的水位一般为-0.5m，高程一般为-1.0m。

（3）通过对施工情况的研究分析，可得到低于-0.50m的时间大约为342h，低于-1.00m的时间大约为97h，发生低于该水位的次数为30，且更多的发生于每月的月初以及月末。

（4）受到风浪等的影响，以及具体的施工要求，应在低于-1.30～1.40m时，才方便后续的作业，而低于该潮位的时间非常短，发生的次数就更少了。

（5）研究发现，水位设定为-0.50m，高程设定为-1.00m，是不合理的。

4.5 拉杆、防压罩设计

对于拉杆的防蚀作用，多采用涂抹红丹及防锈漆各两道，并在外层缠绕纤维布及热沥青各三道。对于腐蚀的发生，上述操作更多的是起到某种程度上的延缓，在具体操作中受到意外的损伤时，或是出现漏检等情况，就有可能造成严重的锈蚀，影响到后续的稳定运行。砖砌的（之后改为安装预制块）防压罩，在采取机械操作时很容易受到损伤；当地基出现下降时（施工期大约为10cm），防压罩会受到很大的影响，因此是否能够起到相应的防护作用是值得进一步研究的。

5 结语

随着港口码头建设的深入发展，钢板桩的应用越来越广泛，实际应用中表现出节能、环保等方面的优势，已被大量应用于港口项目施工中。而钢板桩的应用，不仅是为了促进港口施工的建设发展，而且也是对绿色环保理念的践行。但在具体的使用中也发现了多方面的不足与问题，比如锈蚀问题，辊轧工艺粗糙问题等。随着建筑工程技术的不断进步，港口泊位的进一步扩大，研究人员应探索新的施工材料及工艺技术，以不断完善港口码头的建设发展。

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