鋼板樁在港口碼頭基礎工程中的應用研究

沙飛斐 魏 鵬

（上海振華重工（集團）股份有限公司長興分公司 上海 201913）

自20世紀開始，發達國家就已在工程建設中使用鋼板樁，特別是是在港口碼頭的建設中，應用非常廣泛且作用突出。在實際應用中，鋼板樁表現出如下優勢：節能、環保、安全、可靠，已被大量的應用于各類港口建設項目中。近年來，國內對鋼板樁的廣泛應用，不僅是為了促進港口項目的建設發展，而且也是對綠色發展理念的踐行。因此，本文就鋼板樁在港口碼頭建設項目中的應用情況進行研究。

1 鋼板樁施工要點

1.1 質量控制標準

對于垂直度方面的具體要求是，偏差（相比于樁長）不能超出2%；對于樁頂高程的要求是，偏差應控制在5cm左右；對于彎曲度方面的具體要求是，應低于樁長的1%，對于翹曲度方面的要求則是，應低于樁長的2%。

1.2 施工難題處理

（1）在實際施工階段，如果遭遇大的漂石，且難以碎裂，應選用轉角樁等來進行作業，并選擇繞過，確保施工操作符合設計方面的要求。

（2）如果使用基礎的鋼板樁，沿軸線的傾斜過大，且難以完成修正，則選用上寬下窄的異形樁來操作。

2 整體建模分析

2.1 有限元計算模型

運用ABAQUS軟件工具構建模型，相應的結構選擇要依據現場狀況來定，碼頭的建設一般為狹長體系，除了兩側，中段的受力情況比較接近，在分析過程中為了減少數據計算，取2m寬，也就是4根樁的寬度來分析。本次研究中，設計數值要按照施工項目的實際情況進行分析，使用Q235級鋼材，土體則選用經過修改的相關模型來分析。此外，還應確保樁體沉放完成后的受力平衡，在開挖階段實現相應力的釋放，最后在碼頭的一側增加負載，依據給出的方案及相關建設標準，其值確定為50kPa。

2.2 有限元結果分析

（1）銹蝕作用的影響。運用數據模型對樁體未經過銹蝕，以及銹蝕達到20%、40%時所受到的影響進行具體分析，研究發現，受到侵蝕的樁體的強度有所減弱，使用效果明顯不如從前，發生的位移有所增加。對于所遭受的不同銹蝕程度，鋼板樁碼頭的位移是比較相近的，最大值均發生在池底上部，而池底下部則表現出的是逐步減小，到了樁底下面，又有一定程度的增加。

（2）改善土體性能法。如果想要對樁前的土體性能有所改善，并改進錨固效果，可選用打樁或是拋石等手段；如果想要對樁后的土體性能有所改善，可選用CAM等方法，能夠有效的改進樁后土層粘結參數等數據，使得相應受力盡可能的釋放到下面的地基上，減輕樁體的受力，進而改善整個構件的擋土效能。應用此方法對銹蝕程度達到40%的鋼板樁碼頭進行處理，假定粘結參數等均為處理之前的1.5倍，改變的區域為前、后10m左右，高度則達到樁底為止。結果表明，改善土體性能法的應用效果顯著，有效的限制了鋼板樁的變形，提高了其使用質量。

（3）樁后增建連續墻法。使用該方法，可有效的減輕樁體所受到的水平方向的壓力，進而改進系統構件的應用效能。對于該方法的使用，經過可行性分析后，對銹蝕程度達到40%的樁體進行處理。增建連續墻后，鋼板樁碼頭的最大位移僅為7.2mm，且出現在了池底周邊的區域。此后，運行情況良好，大部分的受力被連續墻所承受，傳送到了地下，通過對比增加連續墻前后的水平位移曲線可發現，鋼板樁下部的位移要更大一些，這是由于受到連續墻的阻滯，導致最大位移發生在了下端位置。

3 施工流程

3.1 施工前準備

在當前高度的基礎上剝除大約1.0m的浮土，明確打樁的方位；用專用測量器具測算出相應標高，得到具體的打設深度，從而為后續施工的開展做好準備工作。

3.2 鋼板樁打設

3.2.1 鋼板樁檢查

（1）鋼板樁運送到施工場地之內后，要開展認真仔細的檢查，包括類型、編碼等。

（2）如果長度上不符合要求，則要選用相應的材料進行延長；具體操作階段，要先對焊或者補焊，再進行后續的焊接，尤其要注意錯開相鄰板樁的縫隙連接。

（3）使用單樁插打，為了減輕鎖口間的摩擦作用，可在其兩端鎖口涂上黃油等潤滑物質，同時也能有效的避免滲漏的發生。

3.2.2 振動錘檢查

對于振動錘的選用，要結合樁體的類型、長短、施工環境等來進行合理的選擇。

其作為施工過程中的重要設備，必須要提前安排人員進行性能方面的檢查，保證線路沒問題，可正常使用。使用過程的端電壓一般為380～420V，且不可以出現過多的磨損。

3.2.3 導向設備安裝

導架，主要是由導梁、導樁等構成，其安放位置的選擇一定要避免碰撞的發生。導樁不可以隨打設而出現下沉。高度方面的設計，要能夠方便的進行施工，并盡可能的提升效率，可用專業工具測量其高度。

3.2.4 插打鋼板樁

為了保證插打方位的無誤差，首次插打是最為關鍵的，對后續的操作會產生很大的影響，因此要盡量使其準確無誤。在操作中，尤其要確保垂直度符合標準。為了避免鎖口發生平移，可在相應的位置設置卡板，限制可能的移動。同時，在圍檁上提前計算好所有需要的位置，以便能夠方便的予以糾正。接著以第一片鋼板樁為參照，依次插打。

插打操作的步驟及施工要點：

（1）在鎖口內涂上黃油，設置好相應的吊點；

（2）將首次插打作為整個項目操作的基準，要仔細測量、檢查，確保方向垂直、準確，某些情況下可通過輔助裝置，對其位置進行有效的控制。

3.2.5 鋼板樁合攏

（1）合攏前的準備

首先，要檢測并運算得到底部的相應距離，再結合相應的寬度，計算得到實際的使用數量，進而明確后續如何操作（是否需要增加鋼板樁）。

（2）合攏時樁的調整處理

施工過程中，應選擇在角樁周圍操作（多數情況下距離4～5對），如果存在較大的差距，可進行適當的調控，向里（或是向外）減小（或是增加）間距。為了有效的避免樁體出現偏離，必須認真控制角樁的方位，使其鎖口與對端盡可能的處在平行位置。在具體的施工階段，先是將每一片樁都順序的依次打入提前設定好的部位，到了最終的5片時，先要進行拼插，如果出現了誤差，使用輔助裝置幫其實施合攏，合攏完成后，再逐一打入。

3.3 基坑開挖

（1）在設計好的區域進行基坑的挖掘，對于降水的處理，一定要保證不會對施工造成不利的影響。

（2）挖掘過程中，對基坑進行清理，并注意排水溝渠的設計，同時設計集水井以用于降水的處理。在相應的范圍內，做好墊層施工。

（3）樁頭、系梁以及承臺施工。

（4）依據現場施工情況，使用三套系梁基坑，以及兩套承臺基坑的鋼板樁進行倒用（需要開挖的深度不同，鋼板樁的長度也就不同）。

3.4 鋼板樁拔除

（1）相應的施工完成后，就要進行鋼板樁的拔除（在這里要注意，不要影響到墩柱等的施工操作）；

（2）開始前，要記得拆掉所有圍檁等；

（3）逐一操作，拔出的次序盡量與打入時的次序相反；

（4）開始時，略微松開吊鉤，之后，隨振幅的增加拉緊，并慢慢提升；

（5）到了能夠用吊車進行操作時，停振，如果同時振起過多，要予以打散；

（6）拔出的鋼板樁要進行清理，如果變形較大需盡快校正，方便以后的使用。

4 施工過程中的幾個問題

4.1 鋼板樁入巖深度

港口施工在進行樁長的測算時，是依據進入巖體內N=100處，再加上1m余量來設計的。操作中，要求使用MB-70錘進行成組施打，再進行單根復打，直貫入度低于1.0～1.5mm為止，樁尖要嵌入巖石內。

若是施工現場的環境過于復雜，起伏程度較大，一些樁體不能進入到巖內，則要采用間隔補打長樁的方法，以有效解決可能發生的不達標的問題。

4.2 清淤的質量標堆

打樁完成后，在后續的拋填操作過程中，又會有淤泥進入，有的部位還會很多。可使用噴射式挖泥船等進行仔細的清理，對于相應質量標準的控制非常關鍵，一般來說：使用抓斗清淤，當再抓不出淤泥時，并經過進一步的檢查確認，就可以實施拋石作業了，其他浮泥可用小型工具慢慢清理。

4.3 棱體拋填程序與樁的傾斜

操作過程中，要依據以下流程進行作業，可有效的防止出現過大的傾斜：

（1）拋填作業，開槽后裝設錨旋板；

（2）開始穿拉桿前，對于板樁墻后船，選擇拋至大約-0.6m，對于后排管樁船，選擇拋至（或選擇陸拋）大約-0.2m；

（3）前沿線10m以后，選擇拋至大約-0.5m，錨旋板后，選擇拋至大約+1.0m；

（4）可采取船拋、陸拋兩種方法同時進行，將板樁墻后全部拋到大約0～-0.5m。

穿拉桿前，樁頂因為拋石作用會形成偏位情況（可達到20cm），在穿拉桿完成后，可進行相應的操作，以調整到設計區域。

4.4 施工水位要求

（1）對于施工水位的要求，尤其要考慮到要有充足的作業時間。

（2）要求的水位一般為-0.5m，高程一般為-1.0m。

（3）通過對施工情況的研究分析，可得到低于-0.50m的時間大約為342h，低于-1.00m的時間大約為97h，發生低于該水位的次數為30，且更多的發生于每月的月初以及月末。

（4）受到風浪等的影響，以及具體的施工要求，應在低于-1.30～1.40m時，才方便后續的作業，而低于該潮位的時間非常短，發生的次數就更少了。

（5）研究發現，水位設定為-0.50m，高程設定為-1.00m，是不合理的。

4.5 拉桿、防壓罩設計

對于拉桿的防蝕作用，多采用涂抹紅丹及防銹漆各兩道，并在外層纏繞纖維布及熱瀝青各三道。對于腐蝕的發生，上述操作更多的是起到某種程度上的延緩，在具體操作中受到意外的損傷時，或是出現漏檢等情況，就有可能造成嚴重的銹蝕，影響到后續的穩定運行。磚砌的（之后改為安裝預制塊）防壓罩，在采取機械操作時很容易受到損傷；當地基出現下降時（施工期大約為10cm），防壓罩會受到很大的影響，因此是否能夠起到相應的防護作用是值得進一步研究的。

5 結語

隨著港口碼頭建設的深入發展，鋼板樁的應用越來越廣泛，實際應用中表現出節能、環保等方面的優勢，已被大量應用于港口項目施工中。而鋼板樁的應用，不僅是為了促進港口施工的建設發展，而且也是對綠色環保理念的踐行。但在具體的使用中也發現了多方面的不足與問題，比如銹蝕問題，輥軋工藝粗糙問題等。隨著建筑工程技術的不斷進步，港口泊位的進一步擴大，研究人員應探索新的施工材料及工藝技術，以不斷完善港口碼頭的建設發展。

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