拉森钢板桩围堰在水中墩施工中的应用

拉森钢板桩围堰在xxxxx水中墩施工中的应用xxx（xxxx第六工程局有限公司基础设施事业部xx市300457）摘要采用拉森钢板桩围堰做水中墩时,确定钢板桩的强度、刚度和入土深度是保证承台、墩柱顺利施工的关键。文中以xxxxx水中墩围堰为例,介绍了拉森钢板桩围堰的结构形式、内力和入土深度的计算方法,并对拉森钢板桩围堰的工艺流程和施工方法做了较详细的阐述,可为类似工程的施工提供一定的借鉴作用。关键词市政工程xxxxx拉森钢板桩围堰施工1工程概况xxxxx5、6号墩承台位于xx水中,墩位处淤泥底面标高-5.6m，设计承台底标高在-10m，据现场观测，xx常水位为+1.5m，考虑封底混凝土厚度等因素进行，承台施工时，钢围堰内外水位差为12.5～13.0m，采用拉森钢板桩围堰法进行水中承台施工。设计的钢板桩围堰如图1所示。图1钢板桩围堰2围堰结构受力计算2.1计算选定参数xx水位计算中根据实际情况取xx水位为+1.5m。钢板桩标高及长度钢板桩顶标高为+3.5m,钢板桩长度22m。设计及地质概况墩承台尺寸为7.7m×48.6m×3.0m,承台的顶标高为-7.0m,底标高为-10.0m。经过实测河床墩位处淤泥底面标高-5.6m。淤泥层以下各土层性能参数见表1：表1淤泥层以下各土层性能参数土层名称层顶标高层底标高土层厚度容重（kN/m3）内摩擦角（°）粘聚力（kPa）⑥1粉质粘土-5.60-11.305.7019.217.316.3⑦粉质粘土-11.30-12.401.1020.215.121.0⑧1粉质粘土-12.40-17.705.3020.117.523.3⑨1粉质粘土-17.70-21.403.7019.814.427.9钢板桩型号围堰用钢板桩为日本产SKSP-SX27型，即拉森Ⅵ型高强度钢板桩，其截面尺寸见图2，性能参数见表2、表3。图2钢板桩截面尺寸表2钢板桩技术参数型号（宽度×高度）有效宽Bmm有效高hmm腹板厚tmm单根钢板桩每米板面截面面积cm2理论重量kg/m惯性距Ixcm4截面模量Wxcm3截面面积cm2理论重量kg/m2惯性距Ixcm4截面模量Wxcm3600×21060021018.0135.31068630539225.5177.0567002700表3钢板桩的机械性能标准号牌号机械性能，不小于于屈服强度（N/mmm2）抗拉强度（N/mmm2）延伸率（%）JISA5528SY29529549017围檩及支撑 围堰支撑的围檩、内支撑钢管用料如下：序号位置墩号规格截面面积（cm2）主截面矩（cm3）1第一道围檩2I45b2×111.42×1500.442第二道、第三道围檩2I63a2×154.62×2984.333第一、二、三道内支撑Φ630mm，δ＝88mm钢管156.32400.4土压力系数根据现场实测和地质报告确定水文地质情况,计算土压力系数。土层名称内摩擦角（°）KaKp透水性评价⑥1粉质粘土17.30.540.731.851.36不透水⑦粉质粘土15.10.590.771.701.30不透水⑧1粉质粘土17.50.540.731.861.36不透水⑨1粉质粘土14.40.600.771.661.29不透水2.2计算内容内支撑层数及间距。按等弯距布置确定各层支撑的间距,根据拉森Ⅵ型钢板桩能承受的最大弯距,确定在+3.0m、-2.4m、-6.3m标高处设置三道支撑。钢板桩计算(1)结构内力分析。因为钢板桩打入土层透水性评价均为不透水，因此，利用《理正深基坑设计6.0》软件，取1m板宽，以水土合算的计算方式，通过m值法，对围堰施工各个工况下的结构内力进行分析。得出结构受力的包络图如图3所示：图3钢板桩结构内力计算包络图(2)钢板桩抗弯计算。钢板桩承受的最大弯矩为240.34kN·m,弯应力为89.0MPa,满足受力条件。(3)围檩受力计算根据图3，取1m板宽计算时，支撑反力最大值为274.22kN，采用MIDAS建模，按围檩承受274.22kN/m线荷载进行计算，得出围檩及支撑承受组合应力最大值为85.0MPa，结果满足结构安全要求。钢板桩入土深度。采用圆弧滑动简单条分法进行分析，计算出钢板桩嵌固深度设计值为4.2m，而实际施工嵌固深度采用值为7.5m能够满足施工要求。此外,设计的钢板桩围堰均满足抗倾覆验算、基坑底管涌、隆起验算和抗浮稳定性验算。3施工工艺3.1施工工艺流程施工准备→测量定位→第1道围檩及支撑兼导向架→打钢板桩→排水→堵漏→第2道围檩及支撑→排水→堵漏→第3道围檩及支撑→排水→堵漏→清淤→封底→承台及墩柱施工→钢板桩围堰拆除。3.2钢板桩施工导向布置钢板桩插打之前，在钻孔桩钢护筒上焊接牛腿，安装第一道支撑围檩，作为钢板桩插打时的导向架，以控制钢板桩的平面尺寸和垂直度。第一层钢支撑的围檩是钢板桩打入时的依托，所以第一层围檩的平直与否，将影响到整个钢板桩围堰内钢支撑的施工。首先，弯曲排列的钢板桩会给第二、三层的围檩带来拼装时的困难，因为此时的对接接口是呈斜状的。必须强调的是，大范围弯曲排列的钢板桩，其相应二、三层的围檩必须基本上贴着钢板桩走，才不至于在围檩与钢板桩之间留下大的间隙，增加二次支撑的工作量，同时使钢支撑的受力复杂化。其次，大范围弯曲排列的钢板桩，将使围堰局部产生位移。因此第一层围檩安装时直以及钢板桩打入时是否垂直、平整，是影响整个钢支撑否顺利进行的关键点。为此，第一层围檩与钢护筒之间应焊接牢固的三角形支撑结构。钢板桩插打通过检测确定第一片钢板桩插打合格后，以其为基准，再向两边对称插打钢板桩到设计位置，最后在一侧的中间合龙。整个施工过程中，要用锤球控制每片桩的垂直度，并及时调整；在钢板桩的插打时注意钢板桩的拼接缝不能在围堰的同一断面上，应上下交替错开。每一片钢板桩先利用自重下插，当自重不能下插时，才进行加压；钢板桩插打至设计标高后，立即与导向架进行焊接，以抵抗水流冲击；插打过程中，须遵守“插桩正直，分散即纠，调整合龙”的施工要点。拉森板桩的起插控制第一根拉森板桩以导梁为定位、垂直插（此项工作应反复仔细校正拉森板桩位，确保垂直）至设计标高。其余各拉森板桩，则以已插好的拉森板桩为准，起吊后人工扶持插入前一根拉森板桩锁口，然后用振动锤振动下沉。插入桩位的拉森板桩须紧靠导梁。插打一根或几根后，将已插好的拉森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根桩的垂直度，及时调整。调整工具有千斤顶、木楔、导链等。围堰合龙钢板桩合龙技术是钢板桩围堰施工过程中的关键，合龙成功与否决定了围堰的施工质量及进度。（1）合龙点选择根据施工布置及工期，在最后插打的1侧围堰中段设置一个合龙口，板桩根数约为3～5根。（2）合龙准备为控制合龙口处钢板桩垂直度,在距合龙口两侧还剩10余根钢板桩时便严格控制钢板桩的倾斜度。每插打一根钢板桩就测量其轴向及法向倾斜度,并根据其倾斜度的累积增加规律及已有的施工经验预计其后几根桩的倾斜度。为保证合龙口处钢板桩的垂直度，在距合龙口还剩几根钢板桩时立即下异形钢板桩，将桩的轴向倾斜度纠正为负数，然后再插打桩至合龙处，使其轴向及法向倾斜度均控制在0.2%以内。（3）确定合龙钢板桩尺寸合龙桩的宽度确定。根据合龙口的形状确定合龙桩的尺寸,其具体方法是：测量合龙口的宽度，12h后再复测一次。目的是让合龙口各桩向自由端释放插打嵌合过程中的内力和位移，待其充分释放后再测合龙口宽度。复核合龙桩尺寸。按最终实测的合龙口宽度焊接一根合龙桩试样，将试样在合龙口处试插，若试样能在两相邻桩锁口中自由上下移动，即可确定合龙钢板桩的加工尺寸。合龙钢板桩的检测。检测项目包括钢板桩的长度、宽度、弯曲度等。（4）插打合龙钢板桩为了使合龙钢板桩能顺利与相邻桩的锁口相互咬合,插打前应使合龙钢板桩两侧桩高度不同，高差控制在100～200mm，这样合龙钢板桩的锁口可较方便地先与高桩套好，再套低桩的锁口。插打合龙桩时，使与相邻桩套好锁口的合龙桩自由落入，并将振动锤垂直降落，使其重量全部压在合龙桩上，开启振动锤，随着桩进入土体的深度增加，阻力逐渐增大，此时控制器电流表的电流值亦增大，当电流值升至400A时，将桩上提2m左右，待电流值降至100A时，再向下施打。如此反复几次，将桩打至预定高程。（5）合龙施工质量评价合龙质量评价的标准如下：合龙钢板桩施打时间与一般钢板桩插打时间基本一致；在打桩过程中，合龙钢板桩的锁口与相邻桩的锁口连结完好，未发现锁口破坏现象；合龙钢板桩打入后，其相邻两根桩的倾斜度仍保持在0.2%以内，与合龙前倾斜度一致。围檩及支撑安装拉森板桩插打施工完后，进行第二道围檩型钢安装，安装时首先在安装位置下方焊接承受围檩自重的临时短型钢，然后吊围檩型钢就位。由于部分拉森板桩侧面与围檩型钢之间存在空隙，将每片有空隙处的拉森板桩用短型钢支撑在围檩型钢上并焊接固定，尤其注意拉森板桩围堰四角与围檩型钢的固定。并按照设计要求安装Ф630钢管桩支撑，对围檩型钢和支撑接头位置用三角加劲板焊接，同时加强焊缝质量检查，形成稳定的内支撑结构。围檩与支撑的连接方式为焊接，支撑钢管与围檩连接部位满焊，为环形焊缝，且在接头位置沿钢管周围焊接6块三角加劲板，每60°焊接1块，三角加劲板同时与钢管和围檩焊接，加强支撑和围檩的连接强度。在拉森钢板桩凸面上每隔5.1m焊接一道牛腿，牛腿采用I45b工字钢制成，长100cm，与拉森钢板桩凸面焊接，牛腿顶面高程根据围檩安装的底标高控制。围檩与钢板桩凸面之间的缝隙采用钢板塞紧并进行焊接固定，围檩与钢板桩凹面之间的缝隙根据缝隙宽度截取同长度的I25b工字钢和钢板塞紧并进行焊接固定。围堰内开始抽水前先用水泵进行试抽水，降水高度1m范围，然后观察拉森板桩之间是否有渗漏水现象，如有进行塞缝堵漏。然后继续降水进行下道围檩焊接与支撑安装。在围檩及支撑施工同时，进行上下楼梯的安装。基坑开挖钢板桩围堰形成并降水后，将基坑开挖至设计标高。开挖采用干挖法，即降水后利用高压水枪将土体冲散后，用排污泵抽出基坑。基坑开挖至承台底设计标高下1.0m即为-11.0m，开挖至设计标高后，进行基面清理工作，清理表面泥渣，并大致整平。清理完后检查基底平整度并作好记录。在围堰基坑底四角埋设四根无砂混凝土滤水管，并各下一台6"水泵，将基坑底水位保持在坑底以下1m即标高-12.00m处。封底混凝土施工封底混凝土采用干做法，即在基坑底面上直接浇筑1m厚C25封底混凝土。一方面通过封底混凝土增加抗水压强度，一方面封底混凝土与围堰形成一个整体，增大围堰的自重，抵抗外侧水浮力。浇筑封底混凝土时应将基坑底降水井的无砂混凝土滤水管接长至封底地面，方便承台及墩柱施工时的降水。封底混凝土浇筑应在开挖至基坑底面后尽快进行。砼浇筑前应将基坑底杂物、松散土体清理干净，在标高达到设计要求后，方可进行砼的浇筑。封底混凝土浇筑前应在封底混凝土顶面即-10.0m上焊接砼工操作平台。混凝土采用泵车浇筑，浇筑砼时分块、分层水平对称浇筑，分块宽度不宜超过2m，分层厚度为30cm为宜。浇筑时应当对称浇筑，防止出现两侧围堰受力不均的情况发生。砼振捣采用插入式振动棒振捣，振捣棒应快插慢拔。振动棒的移动间距不应超过其作用半径的1.5倍，且要求插入下层砼5～10cm，每一处振动完毕后应边振动边提出振动棒。禁止采用振捣方式使混凝土长距离流动或运输混凝土，避免发生混凝土离析。对每一处振动部位，必须振动到该部位砼密实为止，密实的标志是砼停止下沉、不再冒出气泡、表面呈现平坦、泛浆。在砼浇注完毕立即将砼表面压光。再进行养护。钢围堰拆除（1）支撑及围檩拆除待承台、墩身施工结束即可进行钢围堰拆除工作。第三道内支撑拆除前先在钢板桩与承台间回填细砂并在顶部浇筑40cm厚砼冠梁作为临时支撑，第二、一道内支撑拆除前采用水泵加水至围檩标高下1m处，再进行逐层拆除。（2）拉森板桩拔除方法拉森板桩拔出前，注水使钢围堰内、外水位持平，拔除工作先由下游方向开始，对称施工至上游方向，拔桩起点应离开角桩5根以上，可根据沉桩时的情况确定拔桩起点。对于本工程而言，靠近栈桥侧及两个短边侧钢板桩采用DZ90型振动锤配合履带吊进行拔除，靠近主航道侧利用DZ90型振动锤配合80t履带吊进行拔除。钢板桩拔除时先用打拔桩机夹住拉森板桩头部振动1min～2min，使拉森板桩周围的土松动，产生“液化”，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，可先行往下施打少许，再往上拨，如此反复可将桩拔出来。3.2.9防渗与堵漏钢板桩打入之前一般应在锁口内涂以黄油、锯末等混合物。当锁口不紧密漏水时,用棉絮等在内侧嵌塞,外侧包裹一层防水彩条布,起到防水