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海上插打超长钢板桩纠偏技术

拉森钢板桩 2019年1月22日 项敏 153

全国单体面积最大的围垦项目

温州市瓯飞围垦工程


摘要

超长钢板桩的常规插打法和平台施打法在施工过程中均会产生桩顶高程偏差和垂直度偏差,严重影响钢板桩的施工质量。以温州市瓯飞一期围垦工程北 1#、北 2# 水闸钢板桩围堰为例,结合现场施工条件,介绍海上插打超长钢板桩施工中的偏差原因,并对原因进行分析,对各类纠偏技术进行研究,提出合理纠偏技术, 在施工中取得良好成效。 

关键词

超长钢板桩;偏差;纠偏技术;围垦


1 问题的提出


钢板桩围堰具有施工工期短、止水效果好、堰内可提供施工面积大、材料可重复利用等优点,广泛应用于码 头、港口、桥梁和围垦等工程中。温州市瓯飞一期围垦工 程北 1#、北 2# 水闸钢板桩围堰为国内有史以来最大的双排 冷弯钢板桩围堰,钢板桩围堰施工受海上潮水、风浪和插 打设备等影响,施工质量控制难度较大。钢板桩在施工过程中产生的偏差超过设计规范的要求将给水闸后期的基 础施工带来巨大的安全和质量隐患,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。本文就温州市瓯飞一期围垦工程北 1#、北 2# 水闸钢板 桩围堰为例,结合现场施工条件,介绍海上插打超长钢板桩施工中的偏差原因,针对各种偏差原因进行研究,提出纠偏技术,为类似工程提供参考。 


2 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,施工 I 标段中的北 1#、北 2# 水闸钢板桩围堰 地处瓯江入海口西岸,为典型海上孤岛施工。2座水闸共用1 座围堰,采用双排“U”形冷弯钢板桩结合土石方压护结 构形式,围区面积10万m2。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,在与海堤结合部位采用土石围堰结构。


钢板桩采用冷轧工艺制作,材料共需 16 382.2 t U 型 冷弯钢板桩以及 613.9 t 配套拉杆,其中 91.8% 为 27.0 m超长桩,8.2% 为 18.0 m 桩。其中 27.0 m 钢板桩的截面 尺寸为 70.0 cm×29.0 cm,18.0 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°。温州市瓯飞 一期围垦工程围堰双排钢板桩结构示意见图 1。 

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工程所在区域多年平均降雨量1725 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(1985 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。北 1#、北 2# 闸施工围堰地质各土层物理力学指标见表 1。 

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3 施工方案


该工程的钢板桩围堰原施工工艺采用常规的海上平板驳 载履带吊配振动锤插打施工,即船打法施工。由于本工程采 用 27.0 m 超长钢板桩,钢板桩在打设过程中同样的垂直度 偏差引起的桩底偏差较常规短钢板桩打设要大很多。例如本工程垂直度出现偏差 1°,底部偏差为 27 m×sin1° = 0.47 m, 会导致插打困难。工程所处施工环境受潮水、风浪、台风等 影响,船打法易受风浪影响,垂直度偏差控制更为困难,即 使采用有效的常规纠偏措施,垂直度和水平偏差也无法控制 到设计要求。平台插打法见图 2。


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为确保钢板桩的施工质量,有效减少海上潮水、风浪、 台风等因素的影响,提高工程控制精度,本工程利用设计 的双排钢板桩之间的有效间距,参照海上桥梁施工时搭设 的施工便桥的构思,在本工程中首次采用了平台法施工工艺,即在2排钢板桩中间搭设施工平台,在该平台上停 放履带吊等设备进行施工的工艺。该平台是采用将钢管桩 基打入泥面的稳定土层中,在桩顶上架设纵横向型钢梁, 

再在梁上铺设钢板面层,同时安装导向架,平台上配备80 t 履带吊、DZJ60 型振动锤等设备进行施工,利用导向架 插入钢板桩进行插打。本工程首创的平台插打法由于平台 顶高程远大于最高潮位,所以基本不受潮水影响;另外由 于平台的钢管桩基入土深,具有很大的水平和竖向承载力, 自身的稳定性远大于船载履带吊,故能有效地抵抗风浪、 台风等影响。该方法可有效控制双排钢板桩间距在设计允 许范围内,高程偏差和垂直度偏差也比传统船打法小。

 

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4 问题及原因分析

4.1 存在的问题

采用平台法施工虽然较传统的船打法有很多的优点, 但是该方法在施工过程中也难免会出现一些质量偏差,这些偏差如超过一定数值,将会导致后续钢板桩无法施工。 

 

4.2 偏差原因分析

钢板桩高程偏差是指施打过程中相邻已施工完毕的钢 板桩被正在施工的钢板桩顺带至设计高程以下,造成高程 偏差,严重时将使围堰的顶高程不满足设计要求。

垂直偏差产生的原因:

1、施打过程中由于振动锤压力 点位置的偏移;

2、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;

3、垂直度测量观察不到位; 

4、起重机吊架在受风力及风浪影响而形成左右摇摆偏离; 

5、入土后由于土体的挤压而使钢板桩本身在入土前形成的垂直度的微偏差。垂直度偏差严重影响钢板桩施工中质量、 进度及效益。 


5 纠偏方法

工程钢板桩打设采用焊接固定进行钢板桩高程纠偏, 采用振动锤夹点位置调整、钢板桩入土前利用导向架支点扭曲纠偏和微型异形钢板桩进行垂直度纠偏。


5.1 焊接固定纠偏


将已打设的钢板桩与刚打设完成的钢板桩进行临时焊 接并与平台的导向架焊接成整体,由于导向架的稳定性避免了后续钢板桩在打设过程中被“带打”的情况,保持了 钢板桩高程的一致性。


5.2 振动锤夹点位置的调整

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二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 与钢板桩锁扣之间的间隙有1 ~ 2 cm,振动锤的夹点位置的确定比较重要。夹点偏前则施打时会产生钢板桩上口的锁扣未锁紧下口的情况,在入土前锁扣咬合的9.0m左右处钢 板桩的垂直度会产生上下2cm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。入土前必须将振动锤的夹点控制在钢板桩的中心位置,在下桩的过程中保持 了钢板桩的垂直度,基本消除因锁扣间隙及偏心压力引起 的垂直偏差。 

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5.3 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了垂直偏差,如果不调整则下一根钢板桩有可能无法正常打设, 侥幸打下也可能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。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,使钢板桩的另一边(锁扣未咬合边)边线垂 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,效果比较理想(见图3)。

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5.4 微型异形钢板桩纠偏

在钢板桩弧线区域,钢板桩需进行一定的扭曲插设,已经打设的钢板桩垂直度偏差稍大,扭曲调整的幅度已不能满足的情况下,可以采用经设计验算的小型异形钢板桩 纠偏(见图 4)。具体的操作方法是采用现场实测的偏差数 据,经过计算利用千斤顶顶到位加焊内支撑固定,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。但是此种方法局限于钢板桩的垂直度偏差 较大的情况,并相邻的钢板桩不能有内部钢支撑的焊接(因 为钢板桩内部的钢支撑会减小钢板桩本身的柔性微调)。

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二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 ~ 2 cm,振动锤的夹点位置的 确定比较重要。夹点偏前则施打时会产生钢板桩上口的锁 扣未锁紧下口的情况,在入土前锁扣咬合的 9.0 m 左右处钢板桩的垂直度会产生上下2cm 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。入土前必须将振动 锤的夹点控制在钢板桩的中心位置,在下桩的过程中保持 了钢板桩的垂直度,基本消除因锁扣间隙及偏心压力引起 的垂直偏差。 

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6 结  语

钢板桩施工过程中的纠偏工作非常重要,不及时纠偏容易引起各种偏差模数的积累,增加后续钢板桩插打的难度,严重时偏差模数累积值超出设计规范的要求而造成返工。这不仅影响工程施工的进度也增加了工程施工的成本 而降低经济效益,因此施工过程中的过程纠偏极其重要。

钢板桩的施工过程中,探索出了许多纠偏方法,操作上简易可行,经济上基本无需再投入,在施工过程中可以 直接进行纠偏调整,不影响施工进度且能满足质量要求。 上述多种纠偏措施的应用有效保证进度、质量、效益,奠定瓯飞一期围垦工程钢板桩围堰施工的按期保质保量完成 任务的基础。 

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来源:《浙江水利科技》2018年第1期

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小知识

冷弯钢板桩

  • 英文名称:Cold Formed Sheet Piling

  • 冷弯钢板桩采用较薄的板材(常用厚度为8mm~14mm),以冷弯成型机组加工而成。其生产成本较低而价格便宜,定尺控制也更灵活。但因加工方式简陋,桩体各部位厚度相同,截面尺寸无法优化导致用钢量增加;锁口部位形状难控制,联接处卡扣不严、无法止水;受冷弯加工设备能力制约,只能生产钢种强度级别低、厚度较单薄的产品;且冷弯加工过程中产生的应力较大,桩体使用中易产生撕裂,应用具有较大的局限性。在工程建设中,冷弯钢板桩应用范围较狭窄,大都只是作为应用的材料补充。

  • 冷弯钢板桩特点:可根据工程实际情况,选取最经济、合理的截面,实现工程设计上的最优化,比同性能热轧钢板桩节省材料10-15%,极大的降低了施工成本。


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编辑整理:项敏

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原文始发于微信公众号(拉森钢板桩):海上插打超长钢板桩纠偏技术