摘要：以改建西安至合肥鐵路湍河特大橋深水基礎(chǔ)30m長(zhǎng)的拉森Ⅳ型鋼板樁圍堰施工實(shí)踐為例，探討了穿越硬塑粉質(zhì)黏土層的超長(zhǎng)鋼板樁快速插打施工技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：超長(zhǎng)鋼板樁,特殊地質(zhì),施工技術(shù)

　　深水特大橋施工中鋼板樁的插打施工質(zhì)量影響到圍堰結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，也影響到結(jié)構(gòu)的防水效果，在整個(gè)鋼板樁圍堰施工過(guò)程中占有重要地位。長(zhǎng)度為30m的拉森Ⅳ型鋼板樁剛度有限，插打施工難度較大，特別是在穿越硬側(cè)摩阻力較大塑粉質(zhì)黏土層的施工過(guò)程中，其插打施工更為困難。本文以改建西安至合肥鐵路湍河特大橋深水基礎(chǔ)30m長(zhǎng)的拉森Ⅳ型鋼板樁圍堰施工實(shí)踐為例，探討特殊地質(zhì)條件下，穿越硬塑粉質(zhì)黏土層的鋼板樁快速插打施工技術(shù)，其施工經(jīng)驗(yàn)可為今后類似工程提供借鑒和參考。

　　一、工程概況

　　改建西安至合肥鐵路(簡(jiǎn)稱寧西鐵路)湍河特大橋位于河南省內(nèi)鄉(xiāng)縣境內(nèi)，在湍動(dòng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府中心穿越湍河。湍河特大橋設(shè)計(jì)采用一聯(lián)(48+80+48)m連續(xù)梁跨越湍河主河道，橋梁法線與河流中心線夾角15度。湍河特大橋既有通航凈空≥6m，通航寬度為90m。主墩橋梁基礎(chǔ)為15根直徑1.5米的群樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)56m。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，主墩處主要地層巖性特征自上而下分別為粉砂、下覆粉質(zhì)黏土和粉土交替分布。除粉砂層下第1層粉質(zhì)黏土軟塑、局部硬塑外，其他粉質(zhì)黏土呈硬塑狀。通過(guò)對(duì)雙壁鋼圍堰、鋼板樁圍堰和鋼筋混凝土圍堰等多種施工方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，鋼板樁圍堰以其施工速度快、效率高、成本低、止水效果滿足要求等特點(diǎn)成為湍河特大橋深水基礎(chǔ)低樁承臺(tái)施工的首選方案。

　　設(shè)計(jì)采用的鋼板樁圍堰為矩形，平面尺寸為28m×22.4m。鋼板樁采用拉森Ⅳ型鋼板樁，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度30m。鋼板樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高283.6m，鋼板樁樁尖標(biāo)高為253.6m，樁尖在封底混凝土底面以下≥9m。

　　二、鋼板樁插打施工設(shè)備

　　根據(jù)各種鋼板樁施工機(jī)具的適用條件，考慮工程規(guī)模、地質(zhì)條件、作業(yè)能力和作業(yè)環(huán)境等因素，并結(jié)合本工程的特點(diǎn)，進(jìn)行插打試驗(yàn)，本工程選用DzJl20A型振動(dòng)錘作為打樁機(jī)械設(shè)備，可以滿足施工要求。在插打鋼板樁時(shí)，與振動(dòng)錘配套的起吊設(shè)備所具備的起吊能力應(yīng)能滿足起吊半徑15m時(shí)，起吊重量不小于振動(dòng)錘的自重和鋼板樁的自重之和。根據(jù)以上要求，湍河特大橋超長(zhǎng)鋼板樁施工采用QuY50型履帶式起重機(jī)，其在起吊半徑為15m的條件下，最大起重量為12．1t，滿足30m長(zhǎng)拉森Ⅳ型鋼板樁插打施工的使用要求。

　　三、施工問(wèn)題及處理對(duì)策

　　面對(duì)湍河特大橋主墩基礎(chǔ)特殊的地質(zhì)條件，鋼板樁插打施工過(guò)程中出現(xiàn)一些問(wèn)題，比如斷樁、變形過(guò)大、下沉困難等。下面對(duì)施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，分析產(chǎn)生問(wèn)題的原因，并提出相應(yīng)的處理措施。

　　1、部分鋼板樁插打過(guò)程中出現(xiàn)斷裂

　　1)問(wèn)題及原因分析

　　13號(hào)墩鋼板樁插打施工過(guò)程中，出現(xiàn)部分鋼板樁樁端鋼板斷裂和鎖口開(kāi)裂的情況。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)該問(wèn)題的主要原因是湍河特大橋橋址處的地層較硬，鋼板樁所受到的側(cè)摩阻力較大，舊的鋼板樁因使用時(shí)間較長(zhǎng)，樁壁銹蝕，鋼板樁的有效厚度變薄，在受力較大的情況時(shí)，鋼板樁會(huì)出現(xiàn)樁身斷裂或者是鎖口開(kāi)裂現(xiàn)象。

　　2)解決措施

　　發(fā)生這種情況后，施工單位及時(shí)更換了鋼板樁。湍河特大橋13，14號(hào)主墩鋼板樁圍堰在后期施工過(guò)程中，基本采用的是全新鋼板樁或是使用不超過(guò)2次的鋼板樁，雖然此舉增加了材料的費(fèi)用，但是充分保證了鋼板樁插打施工的質(zhì)量。另外，施工過(guò)程中通過(guò)調(diào)整振動(dòng)錘的電流，控制鋼板樁插打施工的激振力，從而避免鋼板樁斷裂。

　　2、鋼板樁在振動(dòng)下沉過(guò)程中彈性變形過(guò)大

　　1)過(guò)程描述及原因分析

　　在插打試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，30m長(zhǎng)拉森Ⅳ型鋼板樁由于其剛度有限，鋼板樁在插打至施工平臺(tái)以下20m處，開(kāi)始發(fā)生嚴(yán)重扭曲變形，并開(kāi)始出現(xiàn)左右大幅晃動(dòng)或扭曲；繼續(xù)插打至施工平臺(tái)以下25m處后，鋼板樁繼續(xù)插打時(shí)開(kāi)始帶動(dòng)周邊的鋼板樁大幅振動(dòng)并有相鄰鋼板樁出現(xiàn)同時(shí)下沉現(xiàn)象，繼續(xù)往下插打貫入度過(guò)小。

　　鋼板樁由于較長(zhǎng)，其整體剛度較低；同時(shí)，由于鋼板樁穿過(guò)的硬塑粉質(zhì)黏土層側(cè)摩阻力較大，鋼板樁在振動(dòng)下沉的過(guò)程中，樁端由于受到較大的阻力無(wú)法順利下沉，而頂部樁端需隨振動(dòng)錘一起振動(dòng)，在振動(dòng)錘激振力作用下，樁端受到約束便產(chǎn)生嚴(yán)重變形。

　　3)解決措施

　　為了增加鋼板樁的整體剛度，方便插打施工，在樁頂面以下6m位置，沿內(nèi)側(cè)凹槽處設(shè)置130a，長(zhǎng)12m，進(jìn)入封底混凝土底面以下30cm，鋼板樁與工字鋼點(diǎn)焊連接，焊點(diǎn)間距30cm。這種帶有工字鋼的鋼板樁稱為加強(qiáng)型鋼板樁。此舉使得鋼板樁在插打過(guò)程中剛度增強(qiáng)，不會(huì)出現(xiàn)較大的彎曲、扭曲變形，保證了鋼板樁插打時(shí)的施工質(zhì)量。與此同時(shí)，在施工過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，采用間隔一根鋼板樁設(shè)置工字鋼增強(qiáng)其剛度，比每根鋼板樁均設(shè)置工字鋼插打速度要快。經(jīng)過(guò)分析初步判斷，主要是因?yàn)樵黾庸ぷ咒摰募訌?qiáng)型鋼板樁接觸面積比未加強(qiáng)的鋼板樁接觸面積大，插打時(shí)需克服的摩阻力大。隔一個(gè)未加強(qiáng)的鋼板樁插打加強(qiáng)型鋼板樁，雖然部分未焊接工字鋼的鋼板樁本身剛度小，但在已經(jīng)施工到位的加強(qiáng)型鋼板樁的整體約束下也不會(huì)產(chǎn)生太大變形，使未加強(qiáng)的鋼板樁可以順利插打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

　　3、特殊地質(zhì)條件下鋼板樁下沉困難

　　1）過(guò)程描述及原因分析

　　湍河特大橋13號(hào)主墩鋼板樁圍堰的部分鋼板樁在插打至施工平臺(tái)以下25m左右時(shí)進(jìn)入硬塑粉質(zhì)黏土層，振動(dòng)下沉速度非常緩慢，甚至出現(xiàn)振動(dòng)錘插打5min下沉深度只有1cm的情況，此時(shí)鋼板樁只見(jiàn)上下振動(dòng)而不見(jiàn)下沉。

　　通過(guò)查閱地質(zhì)資料，鋼板樁進(jìn)人的地層為硬塑粉質(zhì)黏土層，局部夾雜鐵錳質(zhì)及姜結(jié)石，側(cè)摩阻力較大。通過(guò)對(duì)地質(zhì)情況的分析，初步判斷導(dǎo)致鋼板樁無(wú)法順利下沉的原因有兩個(gè)：①鋼板樁在打人粉質(zhì)黏土層后由于其側(cè)摩阻力增大，振動(dòng)錘為克服摩阻力需增大振動(dòng)錘的激振力，從而導(dǎo)致振動(dòng)錘的振幅變小。②鋼板樁樁端遇到姜結(jié)石等障礙物。

　　2）解決措施

　　A、原位多次反復(fù)插打

　　在鋼板樁插打至施工平臺(tái)以下約25m的位置(具體位置還視鋼板樁插打的情況而定)時(shí)拔出已經(jīng)打入的鋼板樁，使河水滲入樁位處的下部黏土中。鋼板樁再重新插打時(shí)，黏土中由于存在大量自由水，而不至于大量的附著在鋼板樁上，從而減少鋼板樁的下沉阻力，使得插打施工變得容易。

　　B、小型機(jī)械引孔施工

　　引孔孔位的設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，首先在鋼板樁樁位中間位置進(jìn)行鉆孔，鉆孔的深度距鋼板樁底部5m左右。在鉆完第1個(gè)孔后，嘗試打設(shè)1根鋼板樁，如果鋼板樁的摩阻力仍然較大，便增加引孔數(shù)量，采取在鋼板樁鎖口處增加鉆孔至承臺(tái)設(shè)計(jì)底面以下的土層。通過(guò)上述處理措施后，鋼板樁插打困難的問(wèn)題迎刃而解。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　總體而言，采用鋼板樁施工可以不受天氣條件的制約，其施工工藝簡(jiǎn)單，并且有顯著的環(huán)保效果，大量減少了取土量和混凝土的使用量，有效地保護(hù)了土地資源；對(duì)于建設(shè)任務(wù)而言，也降低了對(duì)空間的要求，縮短了工期，施工進(jìn)度得到一定的保障。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　【3】晃剛剛李彩霞，袍江大橋承臺(tái)鋼板樁圍堰設(shè)計(jì)與施工.西部交通科技.2010(11)：4752

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