馬來西亞康諾橋項目拉森鋼板樁施工技術(shù)研究

【摘要】拉森鋼板樁（Lassen Steel Sheet Pile 或 Lassen Steel Sheet Piling）是一種新型建材，目前我國生產(chǎn)和使用都很少；為了滿足馬來西亞Connaught Bridge項目施工需要和推廣該項技術(shù)，依托于項目進行了研究和實踐，順利完成了項目所有工作，培養(yǎng)了一批專業(yè)技術(shù)人員，形成了一套鋼板樁圍護設(shè)計和施工工藝，為后續(xù)項目建設(shè)提供了經(jīng)驗和重要參考實例。

【關(guān)鍵詞】馬來西亞 燃?xì)怆娬?首次 拉森鋼板樁 施工技術(shù)研究

1 引言

拉森鋼板樁是一種新型建材，目前在國內(nèi)使用非常少，據(jù)統(tǒng)計，目前我國的鋼板樁年消耗量保持在3萬噸左右，僅占全球的1%，而且僅限于一些港口、碼頭、船廠建設(shè)等永久性工程和建橋圍堰、基坑圍護等臨時性工程；在普通工程建設(shè)中使用的很少。在公司承建的項目中，使用拉森鋼板樁尚屬首次。

2 工程概況

馬來西亞康諾橋384.7MW聯(lián)合循環(huán)電站地處馬來西亞吉隆坡市西南32公里的巴生谷（Klang Valley），項目建成后，將為馬來西亞雪蘭莪州提供強大的動力支撐。

電站所在區(qū)域為原河床沖積灘地回填形成，表層2米左右為回填土，表層以下淤泥層厚達24～30米。

馬來西亞因位于赤道附近，屬于熱帶雨林氣候和熱帶季風(fēng)氣候，項目所在地屬于熱帶季風(fēng)氣候，全年雨量充沛。

3 拉森鋼板樁圍護規(guī)劃布置及結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1鋼板樁圍護規(guī)劃布置

馬來西亞康諾橋項目取水口、循環(huán)水泵房、循環(huán)水管、工業(yè)水池、酸堿儲存池、275KV電纜終端、河水處理站等結(jié)構(gòu)物的設(shè)計開挖深度為4～8米；因地下淤泥層厚，淤泥穩(wěn)定性差，普通的放坡開挖難以實施，當(dāng)?shù)睾觿?wù)局因環(huán)保問題不允許采用土料填筑取水口圍堰，故，本項目決定采用拉森鋼板樁做基坑圍護。

3.2鋼板樁圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

基坑圍護鋼板樁結(jié)構(gòu)設(shè)計按照以下原則進行：①鋼板樁的設(shè)置位置符合設(shè)計要求，同時便于基礎(chǔ)施工，在基礎(chǔ)最突出的邊緣外留有支模、拆模的余地。②基坑護壁鋼板樁的平面布置形狀盡量平直整齊，避免不規(guī)則的轉(zhuǎn)角，以便標(biāo)準(zhǔn)鋼板樁的利用和支撐設(shè)置。各周邊尺寸盡量符合板樁模數(shù)。③保證圍護結(jié)構(gòu)自身的穩(wěn)定性，有效地控制變形，保證基坑安全。④合理地布置水平支撐，盡量地滿足機械化施工的需求，以縮短工期。

鋼板樁型號一般根據(jù)結(jié)構(gòu)計算結(jié)果統(tǒng)一選取，一個項目盡量采用同一種鋼板樁，以便于相互周轉(zhuǎn)或替換使用。本項目因市場原因，采用當(dāng)?shù)貎H有的拉森Ⅲ型鋼板樁。拉森Ⅲ型鋼板樁寬度適中，抗彎性能好，其主要技術(shù)參數(shù)為：W=1600cm3，g=60kg/m，長度根據(jù)各部位的開挖深度而定，主要為9m及18m兩種，按照不同深度設(shè)置多道鋼圍柃和鋼支撐。

本項目根據(jù)各部位基坑需求特點和周邊地質(zhì)條件，鋼板樁圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案分以下幾種：

按照支撐圍柃層數(shù)，分為不支撐（懸臂形式）、一層支撐、兩層支撐和三層支撐四種。支撐層數(shù)根據(jù)開挖深度確定，一般開挖深度在3米以內(nèi)的，采用不支撐方式；開挖深度3～4m的采用一層支撐；開挖深度4～6m的采用兩層支撐；開挖深度6m以上的采用三層支撐。

按照支撐桿是否需要增加立柱支撐和中間導(dǎo)梁，分為需要和不需要兩種。其中基坑寬度6m以內(nèi)的，不考慮中間增加立柱支撐和導(dǎo)梁；基坑開挖寬度6米以上的，為減小支撐桿件長細(xì)比和增加穩(wěn)定性，在跨中位置增加了立柱支撐，立柱間距約6米，立柱間采用聯(lián)系梁聯(lián)系。

典型的鋼板樁支撐布置平面圖如圖3-1所示，斷面圖如圖3-2所示。

圖3-1 鋼板樁支撐典型平面布置圖 圖3-2 圍柃及支撐系統(tǒng)布置斷面圖

4 拉森鋼板樁施工工藝流程

鋼板樁的打設(shè)雖然在基坑開挖前已完成，但整個板樁圍護結(jié)構(gòu)需要隨開挖的進行逐步安裝，且需等地下結(jié)構(gòu)施工完成后，在許可的條件下將板樁拔除才算完全結(jié)束。因此，對于鋼板樁的施工應(yīng)考慮打設(shè)、挖土、支撐、地下結(jié)構(gòu)施工、支撐拆除及板樁的拔除。

本項目制定的鋼板樁施工工藝流程如框圖4-1所示。

圖4-1 鋼板樁施工工藝流程框圖

5 鋼板樁檢驗、吊運及堆放

鋼板樁，一般有材質(zhì)檢驗和外觀檢驗，由于本工程為鋼板樁用于基坑的臨時圍護，故只對其做外觀檢驗，以便對不符合形狀要求的鋼板樁進行矯正，以減少打樁過程中的困難。

外觀檢驗包括表面缺陷、長度、寬度、厚度、端頭矩形比、平直度和鎖口形狀等內(nèi)容。檢查中要注意：①對打入鋼板樁有影響的焊接件應(yīng)予以割除；②有割孔、斷面缺損的應(yīng)予以補強；③若鋼板樁有嚴(yán)重銹蝕，應(yīng)測量其實際斷面厚度，以便決定在計算中是否需要折減。原則上要對全部鋼板樁進行外觀檢查，對不符合要求的鋼板樁需進行矯正。

6 拉森鋼板樁的打設(shè)

6.1 打樁機械選擇

鋼板樁可采用錘擊打入法、振動打入法、靜力壓入法及振動錘擊打入法等施打方法，工程中采用前兩者居多。

本項目采用振動打入法，打樁機械采用2臺PCF450型強力高速液壓打拔樁機，設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如表6-1。

6.2拉森鋼板樁打入主要施工工藝

（1）打拔樁機優(yōu)先選擇與鋼板樁布置軸線垂直的方向，側(cè)向施工，以便于測量人員和操作手觀察鋼板樁打入時的位置和角度偏差。（2）振動錘振動頻率大于鋼樁的自振頻率。振樁前，振動錘的樁夾應(yīng)夾緊鋼樁上端，并使振動錘與鋼板樁重心在同一直線上。（3）振動錘夾緊鋼樁吊起，使鋼板樁垂直就位或鋼板樁鎖口插入相鄰樁鎖口內(nèi)，待樁穩(wěn)定、位置正確并垂直后，再振動下沉。鋼樁每下沉1～2m左右，停振檢測樁的垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差，及時糾正。（4）打樁中鋼樁下沉速度突然減小，應(yīng)停止打樁，并鋼樁向上拔起0.6～1.0m，然后重新快速下沉，如仍不能下沉，采取其他措施。（5）鋼板樁至設(shè)計高度前40cm時，停止振動，振動錘因慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動一定時間，打樁至設(shè)計高度。（6）松開液壓夾口，打第二根樁，以上類推至打完所有樁。

6.3施工注意事項

（1）施打前先熟悉地下管線、構(gòu)筑物的情況，認(rèn)真放出準(zhǔn)確的圍護樁中線。（2）打樁前，對鋼板樁逐根檢查，剔除連接鎖口銹蝕、變形嚴(yán)重的鋼板樁，不合格者待修整后才可使用。（3）打樁前，在鋼板樁的鎖口內(nèi)涂油脂，以方便打入拔出。（4）在插打過程中隨時測量監(jiān)控每塊樁的斜度不超過2%，當(dāng)偏斜過大不能用拉齊方法調(diào)正時，拔起重打。（5）鋼板樁最初的一、二塊鋼板樁的打設(shè)位置和方向要確保準(zhǔn)確，以起到樣板的作用。每完成3米測量校正1次，確保在同一直線上。（6）線樁插打，鋼板樁起吊后人力將樁插入鎖口，動作緩慢，防止損壞鎖口，插入后使樁憑自重滑入。（7）鋼板樁振動插打到小于設(shè)計標(biāo)高40cm時，小心施工，防止超深發(fā)生。

7 土方開挖及內(nèi)支撐安裝

（1）鋼板樁的內(nèi)部支撐系統(tǒng)與內(nèi)部的土方開挖過程密切相關(guān)；開挖前根據(jù)設(shè)計好的每層支撐系統(tǒng)的高程確定開挖分層線，分層線設(shè)在相應(yīng)支撐系統(tǒng)的下部50cm～100cm為宜，以保證安全并方便支撐系統(tǒng)施工。（2）土方開挖按照分層分區(qū)連續(xù)施工，并對稱開挖，每層開挖完成后及時做好圍護圍柃的施工，等相應(yīng)的支撐層完成才能繼續(xù)進行下一層的開挖作業(yè)，直至最后開挖完成。（3）基坑周邊（約一倍樁長距離）不能堆載土方及其他較重物品，土方開挖及運輸臨時路線設(shè)在基坑5米以外范圍。（4）圍柃制做安裝：根據(jù)設(shè)計位置在鋼板樁內(nèi)壁上焊圍柃托架，然后吊裝H型鋼圍柃并焊接加固。然后焊接橫向支撐桿件及聯(lián)系桿件。如果橫向跨度較大，則需根據(jù)計算結(jié)果在跨中（或其它位置）適當(dāng)增加豎向支撐樁，以免支撐桿件失穩(wěn)或在自身重力過大的影響下引起變形失穩(wěn)。（5）挖土和支撐的架設(shè)施工過程必須緊密配合，挖土過程要保證安全的前提下，迅速為支撐施工創(chuàng)造工作面，支撐結(jié)構(gòu)必須能較快地產(chǎn)生整體剛度或預(yù)緊力，兩者配合就能較好地利用軟土施工中的時空效應(yīng)，有效地控制圍護體系在受力后的變形。施工中切不可超挖和不及時施加支撐，土方施工要求分層均勻高效，以使圍護結(jié)構(gòu)處于正常的受力狀態(tài)。（6）基坑開挖時，頂部和底部設(shè)置排水設(shè)施，以避免施工期間雨水侵泡基坑。（7）開挖過程中注意圍護體系的變形觀測。（8）基坑內(nèi)作業(yè)時，有專職安全員負(fù)責(zé)。

8 基坑回填及內(nèi)部支撐拆除

鋼板樁圍護基坑內(nèi)的結(jié)構(gòu)物需分層施工，分層高度需與鋼板樁內(nèi)支撐高程相匹配（設(shè)計內(nèi)支撐高程時亦需事先考慮到內(nèi)部結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)特點與分層要求），盡可能減少鋼板樁支撐被埋入混凝土的事件發(fā)生。結(jié)構(gòu)物混凝土每施工到一個鋼板樁內(nèi)部支撐層之下高程時，下部應(yīng)及時回填土（或沙）并夯實，以便于該層支撐系拆除和確保該層支撐系拆除后的鋼板樁安全；然后繼續(xù)施工上面的結(jié)構(gòu)物，以此類推，直至結(jié)構(gòu)物施工完成或者內(nèi)部支撐拆除完成。

支撐拆除順序與安裝順序相反。

拆除時，應(yīng)注意同時割除鋼板樁內(nèi)壁上的圍柃托架及其它各種連接焊接件，以免鋼板樁拔除時發(fā)生困難。

9 拉森鋼板樁拔除

9.1拔樁準(zhǔn)備

鋼板樁圍護基坑內(nèi)構(gòu)筑物施工完成，內(nèi)部支撐系統(tǒng)按照上一章順序拆除完成，并內(nèi)部回填夯實土（沙）層接近鋼板樁頂部時，鋼板樁即可拔除。

拔樁前先拆除、改移高空障礙物，平整夯實作業(yè)場地。修筑臨時運輸?shù)缆罚茉O(shè)動力及照明線路，清除樁頭附近堆土，檢修機械設(shè)備，擬定施工方案，準(zhǔn)備好施工機具。同時，還應(yīng)仔細(xì)研究拔樁方法順序和拔樁時間。

各項準(zhǔn)備工作完成后，即可開始實施拔樁。

9.2拔樁施工

（1）打拔樁機即可用來拔除鋼板樁：利用振動錘產(chǎn)生的強迫振動，擾動土質(zhì)，破壞鋼板樁周圍土的粘聚力以克服拔樁阻力，依靠附加起吊力的作用將樁拔除。（2）拔樁起點和順序：對封閉式鋼板樁墻，拔樁起點應(yīng)離開角樁5根以上。可根據(jù)打樁時的情況確定拔樁起點，必要時也可用跳拔的方法。拔樁的順序最好與打樁時相反。（3）振打與振拔：拔樁時，可先用振動錘夾住鋼板樁頭部振動1min～2min，使鋼板樁周圍的土松動，產(chǎn)生“液化”，減少土對樁的摩阻力，然后慢慢的邊振邊拔。拔樁時注意樁機的負(fù)荷情況，發(fā)現(xiàn)上拔困難或拔不上來時，應(yīng)停止拔樁，先晃動1min～2min后再往下錘0.5m～1.0m再往上振拔，如此反復(fù)可將樁拔出來。有時，為及時回填拔樁后的土孔，當(dāng)把板樁拔至比基礎(chǔ)底板略高時暫停引拔，用振動錘振動幾分鐘，盡量讓土孔填實一部分。（4）鋼板樁逐根試拔，易拔樁先拔出。（5）起重機應(yīng)隨振動錘的啟動而逐漸加荷，起吊力一般略小于減振器彈簧的壓縮極限。（6）拔出的鋼樁進行修整，并用冷彎法調(diào)直后待用。（7）拔出的鋼板樁應(yīng)及時清除土砂，涂以油脂。變形較大的鋼板樁需調(diào)直，完整的鋼板樁要及時運出工地，堆置在平整的場地上。（8）拔樁過程中，隨時觀察吊機尾部翹起情況，防止傾覆。（9）在地下管線附近拔樁時，必須對地下管線進行保護，機械不得直接在其上面作業(yè)。（10）拔樁施工過程中應(yīng)安排專人檢查監(jiān)管安全事宜，作業(yè)區(qū)域禁止隨意人員、設(shè)備進出。

10 結(jié)語

馬來西亞康諾橋項目拉森鋼板樁墻施工累計完成約2900米，其中取水口包含拉森鋼板樁圍堰約120米，普通基坑圍護約2780米。鋼板樁的實施，對保證項目土建工作的順利進行起到了舉足輕重的作用，為項目按期發(fā)電奠定了堅實的基礎(chǔ)。

項目在施工過程中對拉森鋼板樁施工展開了大量的研究和實踐，順利完成了項目所有工作，培養(yǎng)了一批專業(yè)技術(shù)人員，形成了一套完整的工藝；本文主要總結(jié)了拉森鋼板樁圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計原則和施工工藝，可為后續(xù)項目鋼板樁施工提供實踐經(jīng)驗和有益的參考。

作者簡介：趙吉勝（1974—），男，研究生，教授級高級工程師，1998年參加工作，先后參加了三峽水利樞紐、溪洛渡水電站、糯扎渡水電站等十余座國內(nèi)大型、特大型工程建設(shè)；2009年開始從事國際項目建設(shè)，先后參建了孟加拉國SHIKALBAHA燃?xì)庹{(diào)峰電站、孟加拉國Dhaka-Chittang高速公路項目、委內(nèi)瑞拉新中心緊急電廠、委內(nèi)瑞拉巴里納斯重油發(fā)電項目、馬來西亞康諾橋聯(lián)合循環(huán)燃?xì)怆娬镜软椖拷ㄔO(shè)；現(xiàn)任中國電建水電八局國際公司土建專總，項目工地經(jīng)理兼總工程師。