水上插打超长钢板桩纠偏关键技术

江兴南，施立军

（1.浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心，浙江 杭州 310012；2.中交第三航务工程局有限公司宁波分公司，浙江 宁波 315200）

1 工程概况

温州市瓯飞一期围垦工程位于温州市江口、飞云江入海口平直岸滩，中交第三航务工程局宁波分公司承建施工Ⅰ标，该标段主要水工建筑物除海堤外，还有2座水闸（北1#、2#水闸）、1座通航孔、2座桥梁（北一、二闸桥）及联接空箱挡墙等，采用集中布置设计。水闸、桥梁、通航孔等施工共用一座围堰，围堰地处瓯江入海口西岸，为典型的海上孤岛施工。围堰设计采用双排冷弯钢板桩结合土石方压护结构形式，有效使用期达3 a，围区面积近14万m2。如果钢板桩施工偏差超过设计规范的要求，将给基坑内水工建筑物的施工带来极大的安全隐患。所以钢板桩施工过程中的纠偏技术直接决定钢板桩的施工质量，其意义十分重大。

2 工况条件

根据施工图纸，围堰建筑物级别为4级，其设计挡潮标准为20 a一遇设计高潮位，允许越浪；围堰结构按3级建筑物标准设计；围堰总长约1 533 m；围堰主体采用双排钢板桩结构，与海堤结合部位采用土石围堰结构。

2.1 水文气象

工程所在区域多年平均降雨量为1 725 mm，雨季主要分为4 — 7月梅汛期和7 — 10月台汛期，瓯飞一期围垦工程北1#、北2#水闸区域设计20 a一遇高潮位为4.79 m，相应低潮位为-3.14 m（1998国家高程基准），北1#、北2#水闸所在区域年平均风速为2.0 m/s，最大风速为34.0 m/s，风向为东北风。

2.2 地质条件

围堰基坑地质各土层主要物理力学指标见表1。

表1 围堰基坑地质各土层主要物理力学指标表

2.3 钢板桩材料

钢板桩采用冷轧工艺制作，共需16 383 t U型冷弯钢板桩以及614 t配套拉杆，其中91.8%为27 m超长桩，8.2%为18 m桩。其中27 m钢板桩的截面尺寸为70.0 cm×29.0 cm，18 m钢板桩的截面尺寸为65.0 cm×24.4 cm，底板与侧翼板的夹角103°（见图1）。

图1 钢板桩构造图

2.4 施工技术指标

钢板桩施工设计指标见表2，施工现场的泥面高程在-3.00 m，桩顶高程外侧+6.30 m，内测 +5.50 m，钢板桩入土的底高程外侧-17.70 m，内侧-21.50 m。

表2 钢板桩施工设计指标表

3 施打方案

3.1 常规施打方法（船打法）

采用平板驳配平板驳载履带吊工艺上载80 t履带吊、60振动锤铺助施工，利用导向架固定钢板桩进行施打的工艺（见图2）。

图2 钢板桩常规插打法图

3.2 平台插打法

采用钢架构搭设平台由定位桩联合平台定位准确安装导向架，配80 t履带吊以振动锤铺助施工，利用导向架导入固定钢板桩进行施打的工艺（见图3）。

图3 平台法插打图

4 扭偏原因分析

4.1 扭偏的类型

在钢板桩的施工过程中发现产生偏差的类型有下列几个：高程的控制偏差、2排钢板桩仓位之间的水平距离控制偏差、钢板桩本身在施打过程中产生的由于风力、风浪及振动锤夹点等因素产生的偏差及自身扭曲变形产生的偏差。

4.2 产生扭偏的原因

高程偏差的形成主要是由于在施打过程中临近钢板桩被顺带打至设计高程以下形成的高程偏差。2排钢板桩仓位之间水平偏差的形成，主要是由于导向架安装定位位置偏移，以及钢板桩在插打过程中形成的本身的垂直度偏差产生的距离偏差。

钢板桩本身的垂直扭曲倾斜引起的偏差除上述距离偏差外，还有在施打过程中由于振动锤压力点位置的偏移、下锤的速度过快使振动锤的冲量全部压在钢板桩上使钢板桩扭曲变形、垂直度测量观察不到位、起重机吊架在受风力及风浪影响而形成的左右摇摆偏离、入土后由于土体的挤压形成顶高程和底高程不在一条垂直线上的平面前后左右的扭曲变形偏差。此种扭曲变形偏差的形成是钢板桩在施打过程中对质量、进度及效益造成严重影响的主要因素之一。

5 纠偏方法

5.1 高程、距离偏差控制的设备工具

在已打设的钢板桩与刚打设完成的钢板桩进行焊接并与导向架焊接固定，避免钢板桩在打设过程中被带打的情况，保持钢板桩高程的一致性。钢板桩2排之间距离的误差调整，可采取GPS、红外测距仪相配合进行定位，在安装导向架时进行测量、校准并固定（见图4）。

图4 高程误差控制图

5.2 纠偏方法的几种探索

由于钢板桩的倾斜所形成的偏差增加了下一根钢板桩在施打过程中的插打难度，高程打不到位。首先采用上下拔插的方法使钢板桩本身在拔插过程中自行调整到位而打设到高程位置，但该工艺容易引起土层土体结构的破坏而不利土体结构的稳定，其施工进度非常缓慢且效益不高。改进方案后采用2 t葫芦在已经打设的钢板桩上口进行调整，使其钢板桩本身的垂直度调整到理想的位置。然而该措施控制的垂直度局限于钢板桩上顶口到泥面的位置，并不是钢板桩本身整体的垂直，施打质量的保证率及效率不高，达不到设计要求。

5.3 纠偏较成功的几种方案

5.3.1 振动锤夹点位置调整

钢板桩在施打过程中垂直度倾斜的调整。在钢板桩施打前，利用设置在平台或船体两边的垂直吊线进行交叉目测控制垂直度，确保入土前钢板桩的垂直度。由于钢板桩与钢板桩锁扣之间的间隙有1.0 ～ 2.0 cm，确定振动锤夹点位置比较重要。夹点偏前施打时产生钢板桩上口的锁扣锁紧下口未紧的情况，就会在入土前锁扣咬合的9 m左右处钢板桩的垂直度产生上下2.0 cm的偏差，再加上偏心压力使U型钢板桩的侧翼板与底板之间的夹角扩大使截面尺寸模数变大，造成钢板桩上下的偏差值拉伸扩大甚至超出设计规范的要求。振动锤夹点偏后则反之。因此入土前必须将振动锤的夹点位置控制在钢板桩的中心位置，在下桩的过程中保持钢板桩的垂直度，基本消除因锁扣间隙及偏心压力引起的垂直偏差。

5.3.2 钢板桩入土前利用导向架支点扭曲调整

由于其他各种因素导致已经打设的钢板桩产生垂直偏差，如果不调整则下一根钢板桩有可能无法正常打设，侥幸打下会导致钢板桩垂直度偏差的进一步扩大，甚至超出设计规范的要求，所以必须进行调整。采用另一种下桩方法，钢板桩入土前利用导向架和已经打设的钢板桩作为支点进行前后左右的扭曲调整，使该钢板桩的另一边（锁扣未咬合边）边线的垂直度调整到理想的垂直位置后下桩，保持现状打设到设计高程，效果理想。

5.3.3 钢板桩入土前制作成微型异形钢板桩

在上述调整方法基础上，在实际的施工过程中又探索出其他方法。在已经打设的钢板桩垂直度偏差稍大，扭曲调整的幅度不能满足的情况下，可采用自行制作小型异形钢板桩（见图5）。采用现场实测的偏差数据经过计算利用千斤顶顶到位置加焊内支撑固定，使钢板桩的2条边线偏差度符合计算所要求的偏差补差数据，加焊支撑后进行打设。

图5 小型异形钢板桩图

6 结 语

钢板桩施工过程中的纠偏工作非常重要，如果不及时纠偏则容易引起各种偏差模数的积累将增加后续钢板桩插打难度，甚至由于偏差模数累积值超出设计规范的要求而造成返工。

钢板桩施工有较多的纠偏工艺。上述的纠偏方法操作上简易可行，基本无需增加额外费用，效果明显。可靠的纠偏措施确保瓯飞一期围垦工程钢板桩围堰顺利施工，攻克全盘施工的难点及关键点，为主体水工建筑物施工“保驾护航”。