鋼板樁在濱海泵站圍堰中的應用

馬 棟 梁, 李 強

(中國水利水電第十工程局有限公司,四川 成都 610036)

1 概 述

?？谑旋埨夏┒诵藿ǖ凝埨媳庇晁艥潮谜窘ㄖ镏械谋谜竞退l位于濱海防潮堤上,其外河出水口為龍珠灣,泵站流量為80 m3/s,安裝5臺、單機容量為16 m3/s的濕式全貫流潛水泵。該項目的主要建設內容包括改線污水箱涵、重建龍昆溝排水閘、新建排水泵房和泵房進出水池、引水箱涵、外河翼墻、管理用房以及泵站配套的電氣儀表設備等。

龍昆溝泵站和水閘外河側為龍珠灣海域,泵站和水閘新建時需要修筑圍堰,其外河側圍堰標準為4級水工建筑物,擋水標準采用龍珠灣20 a一遇高潮位2.8 m,其安全超高取0.5 m[1]。

在泵站外海側設置了長度為91.7 m的雙排鋼板樁圍堰;水閘分兩期施工,一期施工時設置了長度為35.5 m的雙排鋼板樁圍堰,二期施工設置了長度為38 m的雙排鋼板樁圍堰,臨時占用的海域面積為793 m2。

工程擋水用的雙排鋼板樁圍堰主要用于水閘和泵站外海側。由于其工況類似且施工時泵站開挖深度大于水閘,故以泵站外海側圍堰施工為例進行了闡述。外海側圍堰平面情況見圖1。

圖1 外海側圍堰平面圖

2 鋼板樁圍堰方案的確定

考慮到施工時盡量少占用海域范圍,故對其外海側圍堰采用雙排AU25型、單根長度為15 m的拉森鋼板樁圍堰,圍堰高4.3 m、頂寬6 m。施工圍堰的頂層兼做施工便道,在雙排拉森鋼板樁中間采用黏土夯實回填,頂層鋪設袋裝土一層,其頂面鋪設200 mm厚的素混凝土路面作為臨時道路通行。雙排鋼板樁外側采用20號槽鋼和Φ50 mm@2 250 mm鋼拉桿進行支護與拉結。外海側圍堰斷面情況見圖2。

圖2 外海側圍堰斷面圖

3 鋼板樁圍堰的計算

3.1 鋼板樁圍堰的整體穩定性計算

根據《堤防工程設計規范》GB50286-2013,對于4級堤防,在不利的條件下,其堤防抗滑穩定安全系數不能小于1.05[2]。在邊坡計算軟件中輸入圍堰斷面,計算方法采用簡化bishop法,其最危險的滑動面經過鋼板樁底部,標高約為-11.7 m。根據軟件計算成果:邊坡的穩定安全系數為2.4,遠大于規范要求的安全系數1.05,故圍堰的整體穩定滿足規范要求。

3.2 圍堰抗傾覆穩定計算

根據《堤防工程設計規范》GB 50286-2013,對于4級堤防,在不利的條件下,其堤防抗傾覆穩定安全系數不能小于1.35。計算時將內河側鋼板樁的腳點作為抗傾覆計算的基準點對圍堰抗傾覆穩定性進行計算。經計算,該圍堰抗傾覆安全系數為1.35.滿足規范要求。

綜上所述,雙排鋼板樁圍堰整體穩定安全系數為2.4,抗傾覆穩定安全系數為1.35,均滿足相關規范要求。

4 鋼板樁圍堰采用的施工方法

4.1 施工流程

施工準備→定位測量→導向樁制作→打鋼板樁→安裝導梁、拉桿→分階段填筑→排水、堵漏、清淤→結構施工→鋼板樁圍堰拆除[3]。

4.2 施工準備

(1)鋼板樁的選用及檢驗。該工程選用拉森AU25型止水鋼板樁。該鋼板樁為小鎖口,其止水能力強。外觀檢驗主要檢查其表面缺陷、寬度、長度、厚度、高度、平直度、端頭矩形比和鎖口形狀等內容。

(2)鋼板樁的吊運及堆放。鋼板樁的吊運方式包括單根起吊和成捆起吊。單根吊運采用專用的吊具,對于成捆起吊通常采用鋼索捆扎。鋼板樁堆放的地點選擇在平坦、堅固、不會因壓重而發生較大沉陷變形的場地上,且該場地便于運往打樁施工現場。

4.3 定位測量

測量人員根據設計施工圖計算出放樣的坐標、高程,待計算校核無誤后,采用經鑒定合格的GPS進行放樣并用鋼筋樁標定放樣點位,用以指導開挖及鋼板樁施工,應將放樣點位的誤差控制在相關規范和設計要求的允許范圍內。將施工區域的控制點標明并經復核無誤后加以有效保護。打鋼板樁時,使用鋼筋樁標定的定位兩端將其拉線作為導向位置及高程控制的標志。

4.4 鋼板樁的插打

4.4.1 鋼板樁插打的施工順序

從圍堰設計中線開始打入第一片鋼板樁,然后逐步向兩邊插打,先插打外側,待其完成后再插打內側。最初的一、二塊鋼板樁的打設位置和方向要確保其精度以起到樣板的作用。當雙排鋼板樁施打完畢、通過鋼板樁上預留的孔洞安裝槽鋼導梁和鋼拉桿。

4.4.2 鋼板樁插打采用的施工工藝

由于鋼板樁圍堰設置在海灣中,其距離海岸線8～10 m,故先采用PC300反鏟挖掘機拋填塊石進行填筑,填筑寬度為3～5 m,并需保證CAT349D鋼板樁打樁機在最大打樁范圍5 m內。將CAT349D鋼板樁打樁機停在距打樁點約5 m左右的地點側向施工,以便于測量人員觀察。

(1)錘下降,開液壓口,拉一根樁至打樁錘下,在鎖口處涂抹潤滑油,起錘。

(2)錘下降,將樁移至夾口中,開動液壓機夾緊樁。上升錘與樁至打樁地點。

(3)對準樁與定位樁的鎖口,錘下降,靠錘與樁的自重壓樁至地面以下一定深度至其不能下降為止。

(4)試打樁錘30 s左右、停止振動,利用錘的慣性打樁至堅實土層,開動振動錘打樁使其下降,控制樁錘下降的速度并保持樁豎直,以保證其鎖口順利咬合,提高其止水能力。

(5)在板樁至設計高度前40 cm時停止振動,振動錘因慣性繼續轉動一定時間,打樁至設計高度。

(6)松開液壓夾口,錘上升,打第二根樁,以此類推至打完所有樁。打樁前應在鎖口內涂抹黃油。施打完鋼板樁后,開始進行鋼板樁系統內的止水處理。

4.4.3 打樁時特殊問題的處理

(1)阻力過大、不易貫入。其原因主要有兩方面:一是鋼板樁連接鎖口銹蝕、變形、入土阻力大;二是在堅實的砂層、砂礫層中沉樁的阻力過大。對于第一種情況,宜采用除銹、矯正的措施,在鎖口內涂抹油脂以減少阻力;對于第二種情況,可采用高壓沖水或改為振動法沉樁,不能采用錘硬打。

(2)打設時將相鄰板樁帶入。在軟土中打設鋼板樁時,如遇到不明障礙物或板樁傾斜而導致板樁阻力增大時會將相鄰的板樁帶入。其處理方法是采用屏風法打設,將相鄰的板樁焊在導梁上,在鎖口處涂抹黃油以減少阻力。

(3)鋼板樁向打設的前進方向傾斜。在軟土中打樁,由于其鎖口處的阻力大于板樁與土體間的阻力,易使板樁向前進方向傾斜。其糾正的方法是使用卷揚機和鋼絲繩將板樁反向拉住后再捶擊,或采用特制的楔形板樁進行糾正。

4.4.4 鋼板樁施工的注意事項

(1)導向樁打好后用槽鋼焊接牢固以確保導向樁不晃動,進而提高打樁的精確度。

(2)線樁的插打。鋼板樁起吊后采用人力將樁插入鎖口,其動作需緩慢,以防止損壞鎖口,插入后可稍松吊繩使樁憑自重滑入。

(3)當鋼板樁振動插打到小于設計標高40 cm 時,一定要小心施工,以防止超深情況的發生。

(4)封口時,必須精確計算異形鋼板樁的尺寸,確保止水質量。

4.5 回填及安裝導梁與拉桿

鋼板樁插打完并實施系統封閉后立即進行排水。在雙排鋼板樁內鋪設單層500 g/m2的土工膜并進行土方分層均衡回填。當回填至底層拉桿高程時進行槽鋼導梁和鋼拉桿的安裝并加固牢靠,外側槽鋼導梁的安裝由30 t吊車吊裝,焊工站在船只上進行焊接;當土方回填至上層拉桿高程時進行導梁及上層拉桿的安裝,回填至設計高程時鋪設一層袋裝土,最后進行頂層混凝土路面的施工。

4.6 鋼板樁的拔除

4.6.1 鋼板樁的拔除

待圍堰內結構物施工完成后即可拆除鋼板樁圍堰。鋼板樁拔除前,先用液壓破碎錘破除圍堰頂的混凝土路面后再拆除槽鋼導梁和拉桿,挖除回填土,最后拔除鋼板樁。

槽鋼導梁和拉桿的拆除采用30 t汽車吊、用2根鋼絲繩對槽鋼導梁兜底(防止切割拉桿后導梁墜落),再用氣焊將槽鋼導梁與鋼板樁焊接部位割開,使用吊車緩慢吊離槽鋼導梁至指定的地方整齊堆放、待后續施工繼續使用。

鋼板樁拔除作業前,對每個板樁的打入情況應作詳細調查并以此判斷拔樁作業的難易程度。拔樁時,采用振動錘拔除,拔一根,清理一根并及時運走,以保證場地的清潔。

4.6.2 拔樁的注意事項

(1)先割除鋼板樁的支撐,然后拔起鋼板樁。

(2)為防止將鄰近的板樁同時拔出,宜將鋼板樁和加固的槽鋼逐根割斷。

(3)對拔出的鋼板樁應及時清除附著在其上的土砂,涂抹油脂。對變形較大的鋼板樁需進行調直。對于完整的鋼板樁要及時將其運出工地、堆置在平整的場地上。

(4)按與打板樁順序相反的次序拔樁。

5 圍堰變形的監測

5.1 測點的布置

(1)平面控制點的設置。將基坑周邊建筑物沉降監測點設置在建筑物的結構墻與柱上,并分別沿平行、垂直于坑邊的方向布設[4]。該項目在已有建筑物泵站和水閘處分別設置了一個平面控制網。

(2)水準基點的設置。水準基點即高程起算點,埋設于基坑影響范圍之外。將水準基點選在基坑影響范圍外已有建筑物或構筑物基礎上,泵站與水閘分別設置一個獨立的高程網。

5.2 觀測頻率

各監測項目在基坑開挖前應測得穩定初始值且不應少于 2次;基坑開挖期間,每天觀測1次,待其穩定后每 5～7 d觀測1次。當大暴雨、結構變形超過有關標準或場地條件變化較大時應加密觀測;當有危險事故征兆時則需進行連續監測。監測工作以儀器測量為主,并與日常巡視工作相結合。施工期間,必須做好現場監測點的保護工作。每次監測前,對所使用的控制點進行校核,發現監測控制有位移時應及時按布網時的測量精度恢復。施工中一定要及時觀測和反饋信息,定期分析監測報告,及時發現報告中存在的問題并予以解決。

5.3 基坑報警值

根據《建筑基坑工程監測技術規范》GB 50497-2009中基坑級別的定義,該工程基坑為二級基坑。不同等級基坑的設計圍護結構墻頂位移預警值、圍護結構墻體最大位移報警值[5]、地面最大沉降預警值列于表1中?；幼冃伪O測報警值的規定見表1。

表1 基坑變形監測報警值規定表 /cm

施工過程中若發現異常情況、監測到超報警值時應立即停止施工,將機械設備及人員全部撤離施工現場,及時采取有效的加固措施待觀測值趨于穩定后方能繼續施工。

6 結 語

采用雙排拉森鋼板樁并在其中間使用黏土夯實回填的圍堰其設計和施工質量的好壞決定著基坑滲水量的大小、泵站主體是否順利施工并且影響到泵站主體工程的施工質量。此次施工的鋼板樁在考慮最不利的施工條件下進行的穩定計算和抗傾覆計算結果均滿足相關規范要求,施工過程中達到了減少所占海域面積、減少對海洋資源的污染、加快施工進度、節約成本、提高經濟和社會效益的目的。