钢板桩围堰在海边的应用

张业灿

张业灿

深圳市水务技术服务有限公司广东深圳518000

摘要：介绍了钢板桩支护的一些优点，从钢板桩的施打、基坑的开挖、钢板桩的拔除、基坑监测及安全措施等方面阐述了水利工程中钢板桩的施工工艺，以进一步推广钢板桩的应用。钢板桩结构具有重量轻、强度高、锁扣紧密、施工方便、施工速度快、安全性高、环保效果显著、对空间要求低等优点，在码头、挡土墙、防洪断流、建桥围堰等很多工程建筑上得到广泛应用。

关键词：拉森钢板桩的特点及用途、施工工艺、处理措施、基坑监测、安全与环保措施

一、钢板桩支护的特点及其用途

拉森钢板桩是一种特制的型钢板桩，用打桩机及振动锤将钢板桩压入地下构成一道连续的板墙，作为深基坑开挖的临时挡土、挡水围护结构。钢板桩结构具有质量轻、强度高、锁口紧密、水密性好、施工方便、施工速度快等优点。近年来随着经济建设和城市建设的快速发展，拉森钢板桩作为围护结构在民用、市政、桥梁、水利、工业建筑的基础工程中得到了广泛应用。拉森钢板桩支护形式有悬臂式、锚拉式、支撑式等。

拉森钢板桩的用途非常广泛，在永久性结构建筑上，可用于码头、卸货场、堤防护岸、护墙、挡土墙、防波堤、导流堤、船坞、闸门等；在临时性构筑物上，可用于封山、临时扩岸、断流、建桥围堰、大型管道铺设临时沟渠开挖的挡土、挡水、挡沙等；在抗洪抢险上，可用于防洪、防塌陷、防流沙等。

二、工程概况

阳江海陵岛恒大御景湾地块项目位于阳江市海陵岛石塘、新盐村委会冲口山、泻湖、三山岛地块，项目东至下牛栏冲，西至新围塘西侧，南至石角湾，面积1.19km2。本次排洪渠设计任务为地块内五围沟、董村沟共3.08km排洪渠施工。其中五围沟左岸和董村沟右岸为扶壁式挡墙结构（A线），共1867.787m；五围沟右岸为空心方块护坡结构（B线），共651m；董村沟左岸为空心方块护坡结构（C线），共560m。

施工项目：恒大御景湾泄洪渠工程的水泥搅拌桩、预制砼方桩、土石方工程、挡土墙工程、防浪墙工程、不锈钢栏杆栏杆护坡、四脚空心方块、B线海堤道路等。

排洪渠防洪标准为50年一遇，防潮标准为100年一遇。结构设计使用年限为50年。

泄洪渠周边虽然具有堆放土料的条件，但若采用封底泄洪渠且埋藏较深时，从岩土工程地质条件考虑不宜采用放坡开挖，建议采用围蔽开挖较为稳妥。泄洪渠开挖建议首先考虑采用拉森钢板桩支护；降水采用管井井点降水，防止沟渠底隆起，确保沟渠施工安全。

为保证在基坑开挖和挡墙结构、回填等施工期间的安全，需在钢板桩之间设置钢板桩支撑体系。采用Ⅰ42双工字钢作水平系梁，Φ380钢管作水平支撑（@4000mm一撑），两端采用Ⅰ42双工字钢作斜撑，自制钢牛腿作水平系梁托（@4000mm一托），详见附图所示。

三、工程地质条件

在基坑开挖范围内主要有以下地层：

①第（0-1）层素填土，轻度压实，局部分布，均匀性较差，承载力低。

②第（1）粉砂、细砂（局部中砂），松散为主；第（3）粉质粘土，软塑为主；承载力低。

③第（2）层淤泥质土、淤泥，流塑，属高压缩性软土层，承载力很低；为不良地基土。

④第（4）层残积土，可塑，有一定的承载力。

⑤第（5）层全风化岩，承载力销高；第（6）层强风化岩，承载力较高。

⑥第（7）层中风化岩，承载力较高；第（8）层微风化岩，承载力高。

泄洪渠开挖土层为第（1）层粉砂、细砂（局部中砂）、第（2）层淤泥质土、淤泥、第（3）层粉质粘土、粘土等。本场地地下水涌水量丰富，地下水位较高，且与海水有较强的水利联系，按类似经验，第（2）层淤泥质土、淤泥易出现滑动破坏；第（1）层粉砂、细砂（局部中砂）渗透系数K20=5.22E-04~4.1E-02cm/s，平均2.10-02cm/s，属于中等~强透水层，沟渠开挖时易发生管涌渗透变形，易出现基坑（槽）边坡失稳。

四、钢板桩支护的施工工艺

4.1设备选型

为了节约工期，综合考虑现场的施工场地，桩打拔时采用履带式打拔机。该设备自重相对于履带吊振动锤较轻，行走自如，施工速度快，安全性能高。

4.2拉森钢板桩施工的顺序

根据施工图及高程填筑施工平台、放设沉桩定位线→根据定位线控设沉桩导向槽→填筑施工平台→打钢板桩→安装钢围檩和支撑→基坑开挖→基坑结构施工（基坑结构施工前进行降水）→基坑回填→拆除支撑围檩→拔出拉森钢板桩→在桩的缝隙处用中细砂回填密实。

4.3定位放线

放出结构准确的灰线，从结构线每边按图纸引出一定的尺寸（给基坑施工预留施工作业面），作为打桩的方向线。在方向线以外挖宽0.5米深0.8米的沟槽，在沟槽的两端用木桩将定位线引出，在施工过程中随时校合，保证桩打在一条直线上，开挖前方可做围檩和支撑施工。

4.4钢板桩打入

钢板桩采用Ⅳ型拉森钢板桩，桩长为9m。钢板桩的机械性能和尺寸应符合要求。经过整修或焊接后的钢板桩，堆存、搬运、起吊时应防止由于自重而引起的变形与损坏。进桩时把桩卸到打拔机附近6米范围之内），打拔机把桩夹起同时吊到打桩灰线上空，两辅助工利用工具辅助打拔机对好方向。再沿灰线对好前一根桨的止口插入土体，为了防止钢板桩的自然跟进，第一根桩应高出地面1米左右，后续钢板桩打之前应将前一根板桩与前面的桩用钢筋临时焊接。

4.5垂直度标高控制

钢板桩打入时有一人专门指挥，随时调整钢板的垂直度，保证其垂直，钢板桩在插入土体比较浅时（4～5m）,利用两支架在钢板桩长边和短边轴线方向分别吊住一个5公分线锤（见控制钢板桩垂直度平面示意图），观测线锤与钢板桩的相对位置，在钢板桩插打过程中，随着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，必须拔起重打。桩顶标高与自然地面相平，第一根桩用水准仪控制桩顶标高，后的桩参照前面桩的标高，每隔10米距利用水准仪复核一次桩顶标高。使打入的桩整齐，受力均匀。在打钢板桩的过程中，应随即检查其平面位置是否正确，桩身是否垂直，如发现倾斜（不论是前后倾斜或左右倾斜）应立即纠正或拔起重打。钢板桩采用振动等方法下沉。开始沉桩时宜用自重下沉，待桩身有足够稳定后再采用振动下沉。打桩机械采用38吨履带吊车，DZ45A型振动沉拔桩锤。

4.6围檩施工

围檩和支撑的中心标高按图纸标高控制在2.50m，围檩下方用厚10mm以上的钢板做牛腿，间距4米。围檩与钢板桩的空隙用碎钢板垫实。围檩采用I42双工字钢。

4.7支撑的施工

支撑采用Ⅰ42双工字钢作水平系梁，Φ380钢管作水平支撑（@4000mm一撑），两端采用Ⅰ42双工字钢作斜撑，自制钢牛腿作水平系梁托（@4000mm一托），支撑着力处的围檩应局部焊加劲板，详见附图所示。

4.8钢板桩的拔出

钢板桩的拔出仍用履带式液压拔桩机，在拔桩机行驶的路径上铺设路基箱板，钢板桩拔出时拔桩机尽量少振动，减少对周围土体的扰动。桩拔出后留下的空隙用中细砂回填密实，防止日后周围土体位移。

4.9钢板桩的施工允许偏差：Ⅳ型拉森钢沉桩的垂直度控制1.5%。

4.10焊缝形式：围檩与钢板桩之间连接采用焊接。焊缝质量等级为三级。

4.11除以上要求外，还应符合《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《钢结构工程质量验收规范》（GB50205-2001）中有关规定及质量验收标准。

五、常见钢板桩施工遇到的问题及处理方法

由于河床地质结构复杂,钢板桩打拔施工中常遇到一些难题,常采用的解决办法如下:

(1)障碍物。桩过程中有时遇上大的块石或其它不明障碍物,导致钢板桩打入深度不够,采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。

(2)偏斜。钢板桩杂填土地段挤进过程中受到石块等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜,采取的纠偏措施是:在发生偏斜位置将钢板桩往上拔1.0m~2.0m,再往下锤进,如此上下往复振拔数次,可使大的块石被振碎或使其发生位移,让钢板桩的位置得到纠正,减少钢板桩的倾斜度。

(3)异形桩纠正。钢板桩沿轴线倾斜度较大时,采用异形桩来纠正,异形桩一般为上宽下窄和宽度大于或小于标准宽度的板桩,异形桩可根据实际倾斜度进行焊接加工;倾斜度较小时也可以用卷扬机或葫芦和钢索将桩反向拉住再锤击。

(4)带入现象。在基础较软处,有时发生施工当时将邻桩带入现象,采用的措施是把相邻的数根桩焊接在一起,并且在施打当桩的连接锁口上涂以黄油等润滑剂减少阻力。

（5）渗漏和涌沙。基坑挖土过半时，发现钢板桩渗漏，主要在接缝处和转角处，有的地方还涌沙。采用水玻璃水泥浆以阀管双液灌浆系统施工堵漏。

（6）拉森钢板桩侧倾和基坑底土隆起及地面裂缝。采用拉森钢板桩，开挖土方的挖土机及运土车辆设在地面钢板桩侧，开挖不久即发现钢板桩顶侧倾，坑底土隆起，地面裂缝并下沉。基底做压密注浆，其厚度按土质而定。如地下水位较高时需进行轻型井点降水配合。

（7）打桩受阻现象。指打桩阻力大不易贯入。打桩前对钢板桩逐根检查，剔除连接锁口锈蚀和严重变形的钢板桩；施工时可用高压水或振动法辅助沉桩；在钢板桩的锁口内涂油脂。

（8）拔桩困难现象。打入的钢板桩在回收时，难以从地基土中拨出。打桩前，在钢板桩的锁口内涂油脂；拔桩时，拔桩设备与钢板桩保持一段距离，必要时在拔桩设备下放置路基箱或垫木，以此减小钢板桩接受土的附加侧压力；按与打桩顺序相反的次序拔桩；在钢板桩两侧开槽，灌膨润土泥浆，使拔桩阻力减小。

六、基坑支护结构监测与检测要求

6.1、基坑支护结构的安危关系到本工程的安全，因此必须采取信息施工的方法对基坑施工的全过程进行监测。

6.2、监测工作的主要内容如下：

a土体深层水平位移（测斜）

b坡顶水平位移，沉降

c地下水位

6.3、监测时间及问隔：

a在土方开挖之前应进行基数测量，且次数不少于两次。

b在每层土方开挖前后，支护完成前后，工况发生变化时应进测量，其它正常情况下每2～3天测量一次，如发现变形速率增大或总变形较大时应加密测量次数。

6.4、基坑支护施工及使用过程中，应安排专人进行巡视检查。

6.5、施工单位应与监测单位密切配合，做好检测元件的安放及保护工作。

6.6、监测过程中发现有异常情况必须及时通知施工单位及设计人员，施工单位应有紧急防患措施，以防发生工程事故。

6.7、在基坑支护结构的施工与使用过程中，应对支护结构和已有建筑物进行监测，若遇到下列可能影响建筑物安全的情况之一时，应立即报警，若情况比较严重，应立即停止施工，并对支护结构和已有建筑物采取应急措施。

⑴地面沉降接近20mm，桩顶位移接近20mm，支护结构最大水平位移大于基坑开挖深度的1/200。支护结构水平位移速率连续三天>3mm/d，且不能收敛。

⑵支护结构的支撑休系中有个别构件出现应力骤增,压屈,断裂,松驰或拨出的迹象.

⑶建筑物的不均匀沉降已大于《建筑地基基础设计规范》(GBJ7-89)规定的允许沉降差或建筑物的倾斜速率连续三日>0.0001H/d(H建筑承重结构高度)。

⑷基坑底部或周围土体出现可能导致剪切破坏的迹象或其它可能影响安全的征兆(如少量流砂,涌土,隆起,陷落等)。

⑸根据经验判断已出现其它必须加强监测的情况。

6.8、监控预警指标为：基坑支护结构的最大水平位移已大于基坑开挖深度的1/200，或其水平位移速率已连续三日大于3mm/d；基坑支护结构的支撑体系中有个别构件出现应力骤增、裂缝的迹象；支护结构个别出现开裂、位移突变；周围建构筑物的不均匀沉降已大于现行建筑地基基础设计规范规定的允许沉降差，或建筑物的倾斜速率已连续三日大于0.0001H/d；道路路面水平位移大于40mm或附近地面裂缝大于10mm；基坑底部或周围土体出现可能导致剪切破坏的迹象或其它可能影响安全的征兆（如少量硫砂、涌土、隆起、陷落等）。

七、应急方案安全与环保措施

在土方挖到淤泥层以下后，场地内保证有一台挖土机可以随时调用，如发现开挖后，坡顶位移呈增大趋势且不收敛，立即用挖土机挖土向坡脚回填反压，直至位移稳定再采取加固措施而后再继续开挖。平时备好500个编织袋，100m2木板等相关的应急材料。注浆设备，挖掘机、吊车、汽车随时调用。基坑开挖期间派工人跟踪，发生漏水与流砂情况立即处理。一旦发现位移增大不稳定时，可用砂袋回填反压。整个支护施工过程必须与设计人员保持联系，及时共同处理各种疑问题。

八、安全与环保措施

8.1、建立健全安全环保体系，使安全生产与环境保护工作制度化、经常化，保证工地的安全与环境保护工作惯穿整个工程施工的全过程。

8.2、认真惯彻执行广东省省、阳江市有关安全的方针政策、规章制度，对参与工程项目的职工进行教育和培训，牢固树立“安全第一”的思想，坚持“安全生产、预防为主”的方针。

8.3、做好安全工作交底，坚持工前讲安全，工中检查安全，工后评安全的“三工制”活动。

8.4、项目负责人对施工全过程的安全生产与环境保护工作承担领导和管理责任。

8.5、根据钢支护工程的特点以下主要工种应注意的安全事项；

8.5.1、司机与起重工

司机与起重工必须是按劳动人事部门有关规定进行考核并取得合格证者。

司机必须了解所操作的起重机的工作原理，熟悉该起重机的构造、各安全装置的功用及其调整方法，掌握该起重机各项性能的操作方法以及该起重机的维修保养技术。

不准斜吊物品,不准抽吊交错挤压物品，不准起吊埋在土里或冻粘在地上的物品。

有物品悬挂在空中时,司机与起重工不得离开工作岗位。

司机必须认真做好起重机的使用、维修、保养和交接班的记录工作。

严禁司机酒后上机操作。

8.5.2、电焊工

电焊机外壳,必须接地良好，其电源的装拆应由电工进行。

电焊机要设单独的开关,开关应放在防雨的闸箱内，拉合时应戴手套侧向操作。

焊钳与把线必须绝缘良好，连接牢固,更换焊条应戴手套。在潮湿地点工作，应站在绝缘胶板或木板上。

严禁在带压力的容器或管道上施焊，焊接带电的设备必须先切断电源。

焊接贮存过易燃、易爆、有毒物品的容器或管道,必须清除干净,并将所有孔口打开。

在密闭金属容器内施焊时，容器必须可靠接地，通风良好，并应有人监护。严禁向容器内输入氧气。

焊接预热工件时，应有石棉布或档板等隔热措施。

把线、地线、禁止与钢丝绳接触，更不得用钢丝绳或机电设备代替零线。所有地线接头，必须连接牢固。

更换场地移动把线时，应切断电源，并不得手持把线爬梯登高。

清除焊渣、采用电弧气刨清根时，应戴防护眼镜或面罩,防止铁渣溅伤人。

多台焊机在一起集中施焊时，焊接平台或焊件必须接地，并应有隔光板。

钍钨极要放置在密闭铅盒内，磨削钍钨极时，必须戴手套、口罩，并将尘及时排除。

二氧化碳气体预热器的外壳应绝缘，端电压不应大于36V。

雷雨时，应停止露天焊接作业。

施焊场地周围应清除易燃易爆物品，或进行覆盖、隔离。

必须在易燃易爆气体或液体扩散区施焊时，应经有关部门检试许可后，方可施焊。

工作结束,应切断焊机电源，并检查操作地点，确认无起火危险后，方可离开。

8.5.3、震动沉桩机

震动拔桩时，应垂直向上,边震边拔。震动沉桩时，禁止任何人停留在机架下部。调整好偏心块后，应清除箱内余物，方可试车。

打桩作业振动、噪音较大，打桩施工应按阳江市、公司、项目部的环境保护规定的时间段进行施工，应避开午休和晚间等休息时间。

九、结束语

钢板桩施工总结,钢板桩围堰与填土围堰相比,具有对周围环境影响较小，施工简便，工序简单，质量容易控制，工期短，且现场整洁，施工进度快、更安全、占地空间小等优点,这对于海边修建泄洪工程、水较深、流急、淤泥或粉细砂等软基土等不适宜用填土围堰的工程使用较为有利,但缺点是钢板桩材料一次性投入费用高,占用流动资金多,因此是否采用钢板桩围堰以及钢板桩投入数量和周转次数等问题必须认真分析,宜经过技术经济比较后方可决定。

参考文献：

[1]根据阳江市海陵岛恒大御景湾项目泄洪渠工程施工图设计和岩土工程勘察报告。

[2]施工现场及周边环境调查资料。

[3]《建筑基坑支护技术规范》JGJ120－99。

[4]国家、行业、省、市有关法律、法规、技术规范等。

[5]《建筑地基与基础施工手册》汪正荣主编建筑工业出版社2005。

[6]《土力学与地基基础》张伯平党进谦编著西安地图出版社2001。

[7]《土木工程施工》同济大学主编高等教育出版社2003。

[8]梁建林.水利水电工程施工技术[M].北京:中国水利水电出版社2005。