拉森钢板桩施工工艺及质量控制要点

拉森钢板桩施工工艺及质量控制要点XXXXXXXXX摘要本文通过施工实践与摸索并结合了施工过程中遇到的具体问题及解决问题的方法，较为详细地阐述了18米拉森钢板桩的施工工艺和质量控制要点。关键词拉森钢板桩施工工艺质量控制要点1.项目概况甬江特大桥是浙江省宁波市绕城高速公路东段的一座特大型桥梁，大桥跨越宁波市镇海和北仑两个辖区，建成后为宁波市标志性工程。经变更后：全长1.478km，桥的主桥跨径组成为（54+166+468+166+54）m，双菱形连体桥塔斜拉桥。索塔承台为62×33×5.5m的矩形整体式钢筋混凝土结构。D2索塔位置现地面标高为＋2.45m，承台基坑开挖平面尺寸为65×36m，开挖深度为6.45m，开挖面积2340m2左右，开挖方量约m3。2.土层技术参数在D2索塔承台基坑支护设想深度内的地基土，由浅至深主要有以下几层：2.1I1填土：层厚0.7～1.7m。2.2I2亚粘土灰黄色、灰褐色，软塑～硬塑，含少量铁锰质斑块，层厚0.0～1.0m。层底深度1.4～3.6m。地基土容许承载力[σ0]=70kpa。2.3II1淤泥质亚粘土灰色、流塑、饱和，多呈薄层状，局部相变成淤泥质粘土。顶板埋深1.4～3.6m。层底深度10.50～18.00。地基土容许承载力[σ0]=50kpa。自然孔隙比1.394,饱和度97.6％，液性指数1.99，塑性指数13.5，粘聚力5.0kPa，内摩擦角8.1°。高含水量、高压缩性，物理力性子差，为本工程主要地基压缩层，易变形和失稳。2.4II2淤泥淤泥，灰色，流塑，厚层状，土质不均一，局部为淤泥质粘土，含少量贝壳碎片。顶板埋深2.00m。层底深度11.00m。厚度9.00m。地基土容许承载力[σ0]=50kpa。天然孔隙比1.631，饱和度96.6％，液性指数1.52，塑性指数27.0，粘聚力6.0kPa，内摩擦角0.9°。高含水量、高压缩性，物理力学性质差，为本工程主要地基压缩层，易变形和失稳。2.5III1淤泥质粘土灰色、饱和、流塑，薄层状～鳞片状结构。顶板埋深10.50～17.30m，层厚18.80～33.50m。地基土容许承载力[σ0]=58kpa。自然孔隙比1.407，饱和度97.8，液性指数1.37，塑性指数17.4，粘聚力8.0kPa，内摩擦角6.8°。高含水量、高压缩性，物理力学性子差，为本工程主要地基压缩层，易变形和失稳。2.6III2亚粘土灰色，流塑～软塑，薄层，夹亚砂土薄层。顶板埋深20.5～35.5m，层厚30.00～43.8m。厚度3.0～19.1。地基土容许承载力[σ0]=90kpa。自然孔隙比0.937，饱和度100.0，液性指数0.79，塑性指数15.1，粘聚力30.0Pa，内摩擦角17.3°。本工程公开土层没有承压水。图1钻探孔平面位置图图2工程地质断面图3.不利因素3.1宁波地区的软土力学性子差，对变形比较敏锐；土层为鳞片状，排水性能很差；自然孔隙比、饱和度高。3.2承台边线距离水渠最近约为7.0m左右，距离甬江大堤最近20.39m，东侧边线距离便道最近9.5m左右；承台南侧边线距离便道最近约为12.5m左右；承台西侧边线距离施工道路最近为7.6m左右；承台北侧边线距离热力管道最近为4.3m左右，重力式大堤高出基坑底近5m，要考虑大堤和水渠的整体稳定性。3.3基坑开挖时间为2008年10月份，这个季节处于位期、台风期，百年一遇水位为＋3.72m，此时水压高度7.72m。3.4受水渠、热力管道、防汛大堤、水平支持的影响，出土方向只能在南边，挖土比较慢。工程桩净间距约为3.4m，导致局部修土困难。4.围堰设计形式D2索塔承台根据基坑工程上述特点及施工条件并结合以往工程实践经验和项目自身的条件（镇海侧采用钢管桩施工，采用的钢管桩材料将用在全桥支架上，如果北仑侧也采用钢管桩施工，将产生多余的支撑材料且北仑侧土质较镇海侧差，水位较高，土体稳定性受渗水影响较大），经过多个方案的分析计算比较，决定选用以下支护结构形式：基坑东侧、南侧、西侧三侧采用ⅣW型（600mm×210mm×18mm）钢板桩围护，靠近水渠一侧（北侧）采用φ610δ8螺旋电焊钢管桩，按照不同地段土层情况，桩长24.00m～27.00m。考虑到北面接近河渠，为了防止渗水，在钢管桩外侧施打一排长12m，型号为（400mm×170mm×15.5mm）的钢板桩。钢板桩中心离承台边距离≥1.5m。围堰支护桩与围檩需尽量紧靠，在牛腿位置两者需采用焊接连接，其中空隙采用素混凝土充实，在其间放置一定数量的φ10钢筋防止混凝土受力后开裂后掉落。φ10钢筋必要时与围檩、支护桩焊接固定。具体分布如下图：图3图4基坑支撑示意图5.钢板桩围堰施工结构的设计计算5.1计算方式计较工具接纳理正基坑支护软件，结合部别离工复核计较。5.2计较思路（1）接纳钢板（管）桩加设钢支持的支护形式，单元计较接纳m法，结合经历系数进行调解；（2）地面超载按不同的周边环境及施工围堰的结构形式进行设置；（3）截面设计按以下工况计算的最大弯矩进行设计：工况一：自然地坪放坡开挖至钢支持围檩底-0.300，安装围檩及一道钢支持；工况二：第二次开挖至开挖标高－4.00；工况三：钢支持安装完毕后后，土体开挖到基坑底部并及时施工500厚钢筋混凝土垫层；（因设计按最不利因素考虑该工况视同工况二处理下列计算就不予列出）工况四：桥墩承台分层浇捣，第一层2500厚混凝土施工完毕（至-1.000），承台周围和围护桩之间浇捣混凝土换撑带强度达到80%后，拆除钢支撑；工况五：承台全部施工完毕，承台周围土体回填后拔除钢管桩。5.3支护计较各工况：5.4支护桩单元计算结果汇总表：基坑等级：Ⅱ级重要性系数：1.00计算区域Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区XXX度（m）6.5006.5006.500支护桩型桩长（m）单桩最大弯矩(kN.m)挖至坑底275.15275.60267.89支撑力桩身最（kN/0大位移.71m）（mm）122.99131.46139.5946.4248.7949.61整体稳定系数1.3731.3611.323抗隆起系数XXX3.1976.8397.840抗倾覆系数1.3801.3651.375φ610钢管桩24.00ⅣW型18.00ⅣW型18.005.5支护桩单元计较结论从以上一系列的计算及分析中可看出采用设计的钢板桩及钢管桩作为围堰施工是能够满足施工要求的也是合理的。6.拉森钢板桩施工工艺流程：现场三通一平试桩施打设备进场装备调试定位夹桩及就位确定施打机械与方式垂直度控制插桩平面位置控制桩位底部障物清除吊送钢板桩桩位放样钢板桩预购钢板桩进场检测钢板桩吊装运输钢板桩贮存拔桩试验捶击沉桩停锤桩机挪动定位桩顶标高控制7.施工准备：7.1试桩钢板桩沉桩施工前先试桩，试桩位置选择在离施工现场不远处与施工现场地质条件相似位置或在钢板桩施工位置选取具有代表性区域，试桩数量不小于10根。试桩的各项试验数据经分析后确定现场施工所采用的钢板桩类型及施打机械型号。7.2钢板桩的检验对钢板桩，一般有材质检验和外观检验，以便对不合请求的钢板桩进行矫正，以削减打桩过程当中的困难。7.2.1外观检验：包孕表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形比、平直度和锁口形状等项内容。搜检中要留意：a）对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除；b）割孔、断面缺损的应予以补强；c）若钢板桩有严峻锈蚀，应测量其实际断面厚度。原则上要对全部钢板桩进行外观搜检。7.2.2材质检验：对钢板桩母材的化学成分及机械性能进行全口试验。包孕钢材的化学成分分析，构件的拉伸、弯曲试验，锁口强度试验和延长率试验等项内容。每种规格的钢板桩至少进行一个拉伸、弯曲试验。每20-50t重的钢板桩应进行两个试件试验。7.3钢板桩吊运装卸钢板桩宜采用两点吊。吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁口免受损伤。吊运方式有成捆起吊和单根起吊。成捆起吊通常采用钢索捆扎，而单根吊运常用专用的吊具。7.4钢板桩堆放钢板桩堆放的地址，要挑选在不会因压重而产生较大沉陷变形的平坦而坚固的园地上，并便于运往打桩施工现场。堆放时应留意：7.4.1堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便；7.4.2钢板桩要按型号、规格、长度分别堆放，并在堆放处设置标牌说明；7.4.3钢板桩应分层堆放，每层堆放数量一般不超过5根，各层间要垫枕木，垫木间距一般为3-4米，且上、下层垫木应在统一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2米。7.5机械设备配置在较深水中打桩时，要根据工地使用机械及水上作业的设备要求安排；在岸边或浅水处，可采用用简易脚手架或直接用打桩机或吊机、扒杆等机械打桩。打钢板桩时选用较轻型桩架，一般锤重宜大于桩重、锤击能要恰当。本项目18米拉森钢板桩及钢管桩接纳50t履带吊及DZ90型液压振动锤配合沉桩；12米拉森钢板桩接纳专业50t履带式高频钢板桩打桩机。7－150t履带吊及DZ90型液压振动锤配合沉桩7－2专业50t履带式高频钢板桩打桩机7.6导架的安装在钢板桩施工中，为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，一般都需要设置一定刚度的、坚固的导架，亦称“施工围檩”。导架采用单层双面形式，通常由导梁和围檩桩等组成，围檩桩的间距一般为2．5～3．5米，双面围擦之间的间距不宜过大，一般略比板桩墙厚度大8～15mm。导架的安装，一般是先打定位桩或作临时施工平台。导架采用在工厂或现场分段制作，在平台上组装，固定在定位桩上。当未设定位桩时，直接放置在施工平台上，待插打入少量钢板桩后，逐渐将导框固定到钢板桩上。安装导架时应留意以下几点：（1）采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。（2）导梁的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效。（3）导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形。（4）导梁的位置应尽可能垂直，并不克不及与钢板桩碰撞。7－3钢板桩施工导架8.钢板桩施打拉森钢板桩施工质量直接关系到施工止水、挡土和基坑安全，是本工程施工最关键的工序之一。8.1钢板桩施打办法的辨别及各法优缺点的比较8.1.1按照钢板桩打入办法不同可接纳“单独打入法”和“屏风打入法”施工。两种办法的优缺点及适用前提见表2。单独打入法和屏风打入法优缺点比较表2比较内容施工方法单独打入法优点缺点适用条件打入方法简便迅速不需易使钢板桩向一侧倾板桩墙要求不高，板辅助支架斜，误差积累后不易纠正桩长度较小的情况可减少倾斜误差积累，插桩的自立高度较大，禁止大的倾斜，易于实现封必需留意插桩稳定和施工闭合拢，保证施工质量安全，施工速度较慢除个别情况外均适用屏风式打入法8.1.2根据钢板桩之间的锁扣方式，还可采取大锁扣扣打施工法及小锁扣扣打施工法施工。如图8－2所示。两种方法的优缺点及适用条件见表3。图8－2钢板桩打入方式示意图(a)大锁扣扣打施工法；(b)小锁扣扣打施工法大锁扣和小锁扣扣打施工法优缺点比较表3比较内容施工办法大锁扣扣打施工法优点缺点适用前提打入方法简便迅速能保证施工质量,且止水效果、支护效果均较好，板桩用量较少钢板桩有一定倾仅适用于强度较高斜度不止水,整体性透水性差，对围护系统要较差,板桩用量较大求精度低的工程打法较复杂适用范围广，大都采用此种办法小锁扣扣打施工法8.2钢板桩施打方式方法的确定8.2.1试桩施工过程及出现的问题试桩位置选择在承台东侧，由东北角开始进行，试桩共安排了11根钢板桩做为试桩；首先由测量队准确放出围堰在东侧的施打位置，根据围堰尺寸及现场情况制作导架，采用50t履带吊及DZ60型液压振动锤配合按小锁扣扣打施工法和单独打入法沉桩。在试桩施打过程中1、4、6号桩在施打过程中的前6米左右下沉速度较快，待下沉6米左右后下沉速度逐渐缓慢，钢板桩下沉的前6米平均下沉速度为5～15s/m，待下沉6米左右后下沉速度仅为180～360s/m，6号桩甚至在沉桩10米后不再下沉，且有出现倾斜现象，需不时调整振动锤方向来调整斜率，但最后还是只能重新拔起进行二次施打。由于1号桩施打过程中仅考虑到钢板桩的垂直度而忽略了其与围堰坐标控制线的顺直度，施工中虽按照质量控制标准控制但由于1号桩是定位桩，对质量要求需更严格，但在施工中并没有提高对定位桩的质量控制，同时导架在试桩时也过于薄弱（简单地在施工现场放置2根焊接到一起并平联起来的12米300×300×21的H型钢，而且也未对导架进行必要的固定），从而使得7、8、9、10、11号桩施打中位置渐渐偏离围堰坐标线，且7、9、11号桩在施打过程中引起周边相临桩溜桩情况出现，使得7、9、11号桩不能施工至所需的标高高度。试桩进行了整整3个工作日，整个过程中效率低下且施工质量不容乐观，在11根试桩中仅2、3、5号桩施工正常，其它桩都不同程度的出现溜桩或周边板桩溜桩以及因斜率控制不好形成相临桩相互挤压不能下沉，导架也在试桩过程中散架2次，不能够起到应有的导向作用。最后只能对6、7、11号桩采用大锁扣施打，3、4、5号桩采用小锁扣扣打法。8.2.2试桩问题的解决及正确钢板桩施打方式方法的确定颠末前期施工试桩阶段出现的问题进行分析后以为：（一）导架钢度及整体性较差且自我稳定性不足；（二）振动锤振动力不足，在受到一定阻力后不克不及下沉板桩，近而只是在一个范围土层产生振动，导致附近土体液化使得临近钢板桩溜桩。（三）对定位桩质量请求不严，重视不够。（四）钢板桩施打法需多样化，不克不及只拘于一种，需集所有施工办法方式的优势。所以在钢板桩的施工进入正轨后项目部在施工时首先加强了导架强度的本身稳定性（如照片7－3所示）；并在振动锤方面将原本的DZ60型液压振动锤更改成DZ90型液压振动锤（如照片7－1所示）；定位桩施工（基本上都为承台转角处的钢板桩）时加强对其斜率、顺直度等控制；通过对两种钢板桩施打办法及两种锁扣扣打施工办法的摸索与比较，从项目实际情况出发为包管钢板桩打设精度总体接纳了屏风式打入法，少数量特殊情况接纳单独打入法，锁扣接纳大锁扣扣打施工法和小锁扣扣打施工法相结合即承台转角和沉桩施工中跟桩严峻需重新施打导向桩时接纳大锁扣扣打法，其它情况全部接纳小锁扣扣打法。8－1沉桩施工中跟桩严峻需重新施打导向桩时接纳大锁扣扣打法8－2承台转角接纳大锁扣扣打法8－3小锁扣扣打施工法8.3钢板桩施工过程在施工过程中要求注意以下几点要求：（1）钢板桩放线施工，桩头就位必需精确、垂直、沉桩过程当中，随时检测，发现问题，及时处理。沉桩容许误差：平面位置纵向100㎜，横向为-50㎜～㎜；垂直度为≤5‰。（2）沉桩施前必需平整清除公开、地面及高空障碍物，需保留的公开管线应挖暴露来，加以保护。（3）基坑开挖后钢板桩垂直平顺，无严重扭曲、倾斜和劈裂现象，锁口连接严密。（4）打桩前，在钢板桩的锁口内涂油脂，以方便打入拔出。组桩及单桩的锁口内，涂以黄油混合物油膏（重量配合比为：黄油：沥青：干锯末：干粘土=2：2：2：1），以减少插打时的摩阻力，并加强防渗性能。（5）在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。（6）振桩前，振动锤的桩夹应夹紧钢桩上端，并使振动锤与钢板桩重心在同一直线上。（7）振动锤夹紧钢桩吊起，使钢板桩垂直就位或钢板桩锁口插入相邻桩锁口内，待桩稳定、位置正确并垂直后，再振动下沉。钢板桩每下沉1～2㎜左右，停振检测桩的垂直度，发现偏差，及时纠正。（8）沉桩中钢桩下沉速度突然减小，应停止沉桩，并钢桩向上拔起0.6～1.0m，然后重新快速下沉，如仍不能下沉，采取其他措施。钢板桩打设公差标准项目允许公差板桩轴线误差土10Cm桩顶标