水冲法及引孔钢板桩施工重难点及控制措施

水冲法及引孔钢板桩施工重难点及控制措施

梁昱洲

上海海科工程咨询有限公司

摘要：钢板桩是应用广泛的主要桩基结构形式。笔者根据近年来监理工作的经验，以护岸工程为例并结合《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）浅谈水冲法及引孔钢板桩施工质量控制要点，供同行借鉴和参考。

关键词：钢板桩、水冲法、引孔法、土质情况复杂、土体预处理、施工方案、施工材料控制、施工质量控制、特殊情况处理。

引言

钢板桩是水运工程常用的一种板桩样式。其自身是带有锁口的一种型钢，截面有直板形、槽形及Z形等，有各种大小尺寸及不同的联锁形式。常见的有拉森钢板桩，拉克万纳式钢板桩等。

钢板桩的优点有很多：强度高，容易打入坚硬土层；防水性能好，可用于临时支护；能按需要组成各种外形的围堰，并可多次重复使用。钢板桩施工在护岸、防波堤、导流堤、船坞、水闸、防渗墙、挡水墙等永久性建筑物，以及挖掘挡土墙，土沙崩溃防止板、临时护岸、围堰工程、临时中心岛等临时性构筑物等过程中经常被应用。

钢板桩施工虽然是一种很成熟且广泛应用的施工工艺，但在日常施工过程中由于复杂的地质条件或施工机械的使用不当，出现沉桩困难或由于强行送桩导致桩身变形过大以致后续板桩无法连锁的情况。针对以上问题通常可以采用预先对地基进行预处理或变换施工机械等办法。本文将对地基预处理中，水冲法及引孔法钢板桩施工的应用及施工重难点的控制做浅要分析。

一、本文背景及相关工程概况：

本文的工程背景是长湖申线航道（上海段）整治工程一标的新建护岸工程。护岸采用前板桩后矩形桩高桩承台的结构形式。钢板桩采用CRP-U-2100型钢板桩，尺度为487（高）ⅹ600（宽）ⅹ11000（长）。

二、使用“水冲法”及“引孔法”钢板桩施工工艺的原因：

在护岸钢板桩施工时，现场钢板桩穿越②1、②3至⑥3夹土层时。现场土质情况详见（表1）。出现板桩挤进较为困难，强行锤打后虽然可以到达设计标高，但导致板桩自身变形过大，导致后续板桩无法连锁的情况。

表1土层物理性质参数表

针对以上情况，参建各方召开现场专项会议，分析原因后拟定两种措施：

1、变更钢板桩桩型，增加板厚或改变板桩用材，从而提高板桩的韧性及强度。

2、对土质进行预处理，采用水冲法或引孔法的施工措施预先对土质进行预处理。给后续钢板桩施工提供较好的施工条件。

经设计单位结合现场情况分析后，决定采用第二种解决方案。即采用水冲法和引孔法对钢板桩沉桩位置的土体进行预处理。再施打钢板桩的施工工艺。

（一）、“水冲法”施工方案

1、施工工序如下：

施工准备→测量放线→插设冲水引桩→拔出冲水引桩→插设钢板桩→机械移位→插设冲水引桩。

2、施工准备

（1）A型护岸钢板桩顶标高为+1.95m，开挖沟槽至+1.9m标高，沟槽地面宽度2.0m，按1：1自然放坡，满足钢板桩插设所须场地要求。

（2）冲水引桩制作，将高压冲水管与拉森钢板桩焊接牢固。

冲水引桩焊制

（3）将高压水泵与冲水引桩连接，连接时注意高压水泵水管长度，保证足够的长度满足施工要求。

3、测量放线

用全站仪放出每仓护岸的护岸前沿线，向内侧偏移25cm，即为钢板桩外边线。

4、插设冲水引桩

采用45kw振动锤进行陆上插设；正式施打钢板桩前，首先进行导向围檩的布设，岸边通过经纬仪进行观测放样，确保导向围檩位置的准确性。

首先进行导向围檩测量放样，施打定位桩，架设导向架及夹具等，架设完毕后开始冲水引桩的插设；履带吊吊起冲水引桩，当冲水引桩呈垂直状态后，纳入振动锤导钳内，夹紧后放松吊钩；由吊机旋转吊臂就位，将冲水引桩插入导向围檩之间，高压水泵开始冲水，同时振动入土，直至插设到设计标高。

5、插设钢板桩

冲水引桩插设至设计标高后，停止冲水拔出引桩，开始插设钢板桩，方法与插设冲水引桩相同。

重复上述操作过程，使钢板桩锁口互相咬合，最终形成一道钢板桩墙。

（二）、“引孔法”施工方案

1、施工工序如下：

施工准备→测量放线→引孔→插设钢板桩→机械移位

2、施工准备

（1）、钢板桩顶标高为+1.35m，开挖沟槽至+1.3m标高，沟槽地面宽度

2.0m，按1：1自然放坡，满足引孔设备操作和钢板桩插设所须场地要求。

（2）、完成引孔设备的拼装工作和振动锤所须的走道板铺设。

3、引孔施工

采用小型引孔机，沿钢板桩锁扣位置进行引孔，孔直径15cm，孔深12m。

4、插设钢板桩

引孔完成后，引孔机械移位，采用振动锤进行钢板桩插设施工。首先进行导向围檩测量放样，施打定位桩，架设导向架及夹具等，架设完毕后开始钢板桩的插设；履带吊吊起钢板桩，当钢板桩呈垂直状态后，纳入振动锤导钳内，夹紧后放松吊钩；由吊机旋转吊臂就位，将钢板桩插入导向围檩之间，振动入土，直至插设到设计标高。

三、“水冲法”及“引孔法”钢板桩施工重难点控制

水冲法及引孔法本质是在钢板桩施工前对土体进行预处理，是钢板桩施工前的准备工作。所以整个施工工艺重点难点为水冲法及引孔法的预处理效果控制及钢板桩的施工质量的控制两点。

（一）、水冲法施工重难点控制：

水冲法施工的重点控制项为射水管的配置安装及沉桩过程的控制

1、射水管的配置及安装：

（1）、检查射水管配置长度是否满足设计要求，各接头间是否连接牢固。

（2）、射水管配置完成后并与输水胶管接通后，应进行通水试验。

（3）、通水试验完成后，射水管装上导向环并焊接在钢板桩上。应检查焊接质量是否牢固可靠。

2、沉桩过程控制：

（1）、振动锤吊插带水枪的钢板桩插正立稳后，应开启水阀，开始射水冲刷桩尖下的土层，使桩下沉。

（2）、做好沉桩速度的控制，初期应控制桩身不使下沉过快，以免阻塞水嘴。沉桩速度应做到随时控制和桩的方向应做到随时校正。

（3）、下沉渐趋缓慢时，可开振动锤轻击，下沉转快，应停止振动锤击。

（4）、当桩下沉至设计标高约1m时，即停止射水，拔出射水管板桩，用震动沉桩法沉入钢板桩，使桩下沉到设计要求为止。

（二）、引孔法施工重难点控制：

1、严格控制引孔直径，直径不宜太大，影响桩体的抗弯能力。

2、引孔时严格控制孔的垂直度，否则会影响钢板桩沉桩的垂直度。

3、引孔一段时间后，引孔设备与振动锤相隔24m以上时，才能开始钢板桩插设施工，以避免相互影响。

4、每天的引孔数量和钢板桩插设数量应控制在一定比例内，防止引孔塌陷，钢板桩施工困难。

5、由于引孔，造成钢板桩底部受力不均匀，容易造成垂直度偏差，打桩时应随时注意桩体垂直度，并随时校正桩的方向。

（三）、钢板桩施工重难点控制：

1、施工材料控制

（1）、钢板桩进场应具有产品出厂质量证明文件，钢板桩的品种、规格和材质按批次（每批次不超过50t）进行验收；进口钢板桩尚应检查商检报告。

（2）、钢板桩外形尺寸检测：钢板桩长度允许偏差为±100mm，宽度允许偏差为±10mm。

（3）、板桩表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈等附着物，任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑。

（4）、钢板桩的材料化学成分、力学性能、可焊接性、表面质量、连接锁扣必须符合《冷弯钢板桩（GB/T29654-2013）》中7.2~7.6条要求。

（5）、各项检验应委托具有相应的检验资质单位或机构进行检验。

（6）、钢板桩的锁口应保持平直、通顺；使用前应用短节钢板桩或专用检查器做套锁通过检查。

（7）、钢板桩堆放时注意保护锁扣，堆垛高度不宜大于2米，适当保护下层钢板桩。

（8）、须采取额外措施保护涂层，确保涂层在打桩前无较大破损，如有破损，须及时修补。

（9）、打桩期间通过在钢板桩和导向架之间安置木条、胶带等缓冲设施防止刮擦防腐层。

2、施工质量控制

（1）、施工参数控制

1）、桩顶平面位置检测：垂直于钢板桩轴线方向允许偏差为±50mm，检测数量为总数的100%。

2）、桩身垂直度检测：垂直板桩轴线方向允许偏差为1%；沿板桩轴线方向允许偏差为1.5%；检测数量为总数的10%。

3）、桩顶高程控制：桩顶高程允许偏差为±100mm；检测数量为总数的100%。

4）、沉桩过程中和沉桩完成后对位移和沉降监测，确保安全。

具体控制参数如表2.5.2.5所示（《水运工程质量检验标准》JTS257-2008）

（2）、钢板桩施工注意事项

1）、桩身垂直打入，用二台经纬仪从两个方向观测，控制垂直度，一台水准仪控制标高。

2）、打桩时作业人员必须密切观测钢板桩倾斜、弯曲和锁扣脱开情况，如有发生立即纠正，必要时拨出重打。

3）、在软土中，钢板桩在高于设计位置处停止打入，预留空间防止“一起下沉”。

4）、振动锤振动频率大于钢桩的自振频率。振桩前，振动锤的桩夹应夹紧钢桩上端，并使振动锤与钢桩重心在同一直线上。

5）、振动锤夹紧钢桩吊起，使钢板桩锁口插入相邻桩锁口内，待桩稳定、位置正确并垂直后，再振动下沉。每下沉1～2㎜左右，停振检测桩的垂直度，发现偏差，及时纠正。

6）、砂土挤入锁扣空隙中是引起锁扣脱开的一个原因。这种情况下，有效的方法是在锁扣下部装上一个栓帽，栓帽也可用小螺栓代替。

7）、插打次序自一侧向另一侧插打，在边缘合拢；

8）、在硬塑性粘土上插打钢板桩时，采用“插打一拔起一再插打”的方法，让水渗人到钢板极与粘土之间，减小摩擦，加快插打速度；

9）、当钢板桩难以下插时，应停下来分析原因，检查锁口是否变形，桩身是否变形，钢板桩有无障碍物等，不能一味蛮干，磨损钢板桩；

10）、定期检查打桩锤上的螺栓，以防松动掉落；

11）、振动锤的夹板由液压控制，必须经常检查液压设备，防止因液压泵失灵而引起钢板桩掉落；

12）、振动锤的电动机长期超负荷运转，容易发热烧毁，尤其在硬塑性粘土上打拔钢板桩时更应注意。

3、施工特殊情况处理

（1）、钢板桩偏移、倾斜的原因分析

1）、由于锤击力作用的位置与相邻钢板桩咬合摩擦力作用的位置不同，因而在该处产生扭转力，导致钢板桩向桩墙的定位轴线倾斜。

2）、虽然钢板桩在地表面被垂直打入，但在某种程度上有扭转倾向以及底部曲折的倾向。因此钢板桩的顶部比底部更前倾，且钢板桩易于向桩墙定位轴线倾斜。

3）、入土越深，作用于钢板桩的土压力就越大，钢板桩下部宽度就有减小的趋势。但桩顶受锤击影响，其宽度有增大的趋势，因此，钢板桩发生轴线方向倾斜。

图5-1钢板桩倾斜原因

（2）、轴线偏移、倾斜控制措施

1）、打好第一根基准桩；

2）、钢板桩不能拖拉，避免造成桩身扭曲；

3）、采用夹紧式导向架，控制桩位的偏移；

4）、在边坡打桩时轴线向陆地测偏移5~10cm。

（3）、钢板桩倾斜解决措施

1）、倾斜较小时利用绞车等工具将已打入钢板桩的顶部朝倾斜的反方向拉。

2）、如采用单桩打入法，应将打桩方法改为屏风式打入法来纠斜。

3）、倾斜度还是超过了一桩宽时采用顶部和底部宽度不一的楔形钢板桩来纠斜，禁止连续使用楔形钢板桩当预计需要使用楔形钢板桩时，应快速准备好楔形钢板桩以使打桩过程不中断。

图5-2钢板桩倾斜解决措施

（4）、钢板桩脱扣应对措施

1）、在锁扣下部装上一个栓帽或小螺栓，防止砂土挤入锁扣空隙中而导致锁扣脱开。

2）、穿透力不够时可用高压喷水装置来减小土层的打桩阻力。

3）、单桩打入法改为屏风式打入法，每次入土深度应不超过2～3m，这样通过减小土壤的脱水而减少打桩阻力。

结束语：

施工时要将钢板桩施工质量控制好，须对施工全过程进行严格的质量控制和监督，采取有效的防范措施，才能够避免降低工程质量等级和质量事故的发生，达到预期目标。

参考文献：

1、《水运工程施工监理规范》（JTS252-2015）

2、《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）

3、《板桩码头设计与施工规范》（JTS167-3-2009）

4、《港口工程桩基规范》（JTS167-4-2012）