淺談鋼板樁在荷塘中心河整治工程中的應(yīng)用

【摘要】鋼板樁防護(hù)在基坑防護(hù)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，但對這類結(jié)構(gòu)在本地區(qū)的水利工程中的認(rèn)識(shí)還很不充分。本文通過實(shí)際工程中的鋼板樁應(yīng)用，分析了鋼板樁結(jié)構(gòu)受力情況，可供類似工程參考。

　　【關(guān)鍵詞】鋼板樁，支護(hù)，河道綜合整治

　　鋼板樁起始有冷彎薄壁輕型和熱軋型，由于前者具有較大的加工、使用局限性，因而，熱軋鋼板樁成為目前鋼板樁產(chǎn)品的主流。20世紀(jì)50年代，我國首0次在鐵路橋梁圍堰施工中，由鐵道0部大橋局從原蘇聯(lián)引進(jìn)使用。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋼板樁支護(hù)在水利行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。不足之處是：施工難度較大、危險(xiǎn)性較高，線型及垂直度不易控制，地質(zhì)情況較差時(shí)也會(huì)引起鎖扣及涂層的破損，且同樣避免不了樁頭撕裂。

　　1工程概況

　　江門市蓬江區(qū)荷塘鎮(zhèn)中心河是貫穿該鎮(zhèn)南北的一條重要排洪渠，原河床寬10－24m，河底高程深約為－1.0m（珠基）。新建箱涵總寬13.05m，高6.7m，河道左岸是雙車道混凝土路面，右岸是2-5層住宅，距離原漿砌石墻較近，約3-6m。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，交通車輛增多，現(xiàn)有左岸路面寬度已經(jīng)不能滿足日益繁忙的交通要求。為提高河道的排澇能力，改善中心河左岸道路的交通狀況，荷塘鎮(zhèn)政府于2008年對中心河田心段進(jìn)行了綜合整治。在地面上一定高度處離軸線一定距離，先筑起2層檁架，而后把板樁依次在圍檁中全部插好。整治內(nèi)容包括在河道位置新建箱涵，箱涵頂兼作交通道路，建成后結(jié)合原有左岸路面重新規(guī)劃為雙向雙車道瀝青路面，斷面見圖1，首期整治長度為648m。

　　新建箱涵基本布置在原河道位置，由于受到工程地形條件的制約，箱涵的基礎(chǔ)不能大開挖，必須進(jìn)行支護(hù)。據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，一般采用松木樁、鋼板樁、灌注樁等進(jìn)行支護(hù)，根據(jù)本工程屬在河道上建設(shè)有度汛要求的特點(diǎn)，工程水下部分必須在枯水期完成，要求施工速度快。經(jīng)比選，鋼板樁結(jié)構(gòu)具有重量輕，強(qiáng)度高，鎖口緊密，施工方便，施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此，采用鋼板樁支護(hù)作為本工程的支護(hù)方案。鋼板樁圍堰防水性能非常好，可以根據(jù)不同的需要組成各種外形的圍堰，并且能夠充分的得以利用，因此，鋼板樁圍堰在工程施工中的用途非常廣泛。

　　根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告顯示，基巖面起伏較大，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖巖面高程-6.5～-21m，巖面以上主要為砂壤土及填筑土層，地質(zhì)條件良好。

　　2鋼板樁支護(hù)方案

　　2.1鋼板樁初步布置

　　根據(jù)工程所在地場地特點(diǎn)，結(jié)合鋼板樁的特性、施工方法等方面進(jìn)行考慮，初步選用拉森Ⅳ號(hào)鋼板樁，拉森Ⅳ號(hào)鋼板樁寬度適中，抗彎性能好。鋼板樁采用密扣，選用長度9～12m，要求鋼板樁入土深度不小于樁長0.5倍，實(shí)際樁長按以下計(jì)算確定。為減少樁頂位移，樁頂采用Φ400鋼管作為橫向支撐，間距4m，鋼板樁樁頂與鋼管之間設(shè)H400圍檁，相互之間焊接牢固，以增強(qiáng)鋼板樁整體性。鋼板樁布置見圖2、圖3。（2）優(yōu)點(diǎn)：能夠防止板樁過大的傾斜與扭轉(zhuǎn)，能夠減少打入的累計(jì)傾斜誤差，可以實(shí)現(xiàn)封閉合攏。

　　(1)鋼板樁參數(shù):截面抵抗矩：拉森-Ⅳ型;每根w=362cm3，每m鋼板樁w=2270cm3/m。

　　(2)鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:鋼板樁鋼材采用Q235鋼，抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215N/mm2。

　　以上鋼板樁參數(shù)來自廠家，不同廠家生產(chǎn)的鋼板樁上述參數(shù)可能稍有差異，但對本計(jì)算影響不大。

　　2.2計(jì)算鋼板樁入土深度

　　根據(jù)鋼板樁入土的深度較淺，按單支撐擋土樁樁計(jì)算，假定上端為鉸結(jié)無移動(dòng)，下端簡支。這種板樁相當(dāng)于單跨簡支梁，作用在樁后為主動(dòng)土壓力，作用在樁前為被動(dòng)土壓力，壓力坑底以下的土重度不考慮浮力影響，計(jì)算簡圖如圖4。

鋼板樁在基坑中密封隔水方法

隨著我國公路建設(shè)的飛速發(fā)展 , 跨越江河湖泊的公路橋越來越多。采用小止口鋼板樁阻水圍堰施工可以在不斷流 、不斷航的條件下完成橋墩水下施工。不過影響鋼板樁鎖口止水的因素有很多，像鎖扣的形狀、鎖扣的咬合程度、水土的腐蝕、地質(zhì)條件等等。不過在日常的施工中，常用人工密封以及自然密封兩種。⑤鋼板樁插打至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，立即與導(dǎo)向架進(jìn)行焊接，以抵抗水流沖擊。

1、人工方法。一般分為沉樁前以及沉樁后密封兩種。（1）沉樁前的密封。一般是預(yù)先在鋼板樁的鎖口涂上止水材料或者預(yù)先焊接鎖口。止水材料的組成主要是膨潤性的溶劑彈性密封料、以及樹脂類溶劑和膨脹性橡膠等。（2）沉樁前?？梢栽诔翗兜奈恢妙A(yù)先將原狀土替換成水泥膨潤土，也可以在鎖口位置預(yù)先鉆孔填上水泥膨潤土。（3）沉樁后?？梢圆扇≡阪i口中使用木楔以及橡膠繩或者塑料繩輔以膨脹性材料來填充；然后將鎖扣焊接，在鎖口縫干凈且不透水的情況下可以進(jìn)行直接焊接，如果鎖扣透水，則需要用扁平鋼或者型鋼覆蓋再加以角鋼焊接來完成密封。3、鋼板樁的斷面和長度與地基狀況相適應(yīng)進(jìn)行改變，從而合理，經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)成為可能。另外在一些對止水效果要求較高的情況，可以考慮多種止水措施并用的方式。

2、自然密封。依靠拉森樁背側(cè)的土砂等細(xì)小顆粒物質(zhì)或者是浮游物等來堵塞鎖口，以此達(dá)到止水的效果。對于自然密封來說，一般在土砂徑粒分布越好的時(shí)候，它的止水效果也就越好。如果背側(cè)是水或者土粒較大的話，那么可能會(huì)需要很長時(shí)間來對縫隙進(jìn)行堵塞。③通過檢測，確定第0一片鋼板樁插打合格后，然后以第0一根鋼板樁為基準(zhǔn)，再向兩邊對稱插打每一根鋼板樁到設(shè)計(jì)位置。不過在實(shí)際的施工過程中，可以采取一定的措施來加快這一過程，可以在水中加入爐渣這樣的密封材料或者在基坑內(nèi)抽水時(shí)加快抽水速度以形成較大的水位差，這樣可以將密封材料沖進(jìn)鎖口。一般情況下，自然密封需要一定的時(shí)間，并且在有波浪或者變動(dòng)水壓比較大的情況下，會(huì)使拉森樁圍堰結(jié)構(gòu)出現(xiàn)擺動(dòng)的情況，因此我們通常不會(huì)完全采用自然密封。

國內(nèi)外熱軋鋼板樁消費(fèi)現(xiàn)狀

目前，在整個(gè)建筑行業(yè)中，我們經(jīng)?？梢砸姷绞褂美瓨妒┕さ墓こ?，例如岸壁、防波堤、護(hù)岸、船塢、碼頭、人工島、水、船閘、地下隧道、路堤、擋土墻、防滲墻、地基加固等永0久性工程以及圍堰、基坑圍護(hù)等臨時(shí)性工程。但是在工程建設(shè)中，冷彎型鋼板樁應(yīng)用范圍較狹窄，大都只是作為應(yīng)用的材料補(bǔ)充，熱軋型鋼板樁直是工程應(yīng)用的主導(dǎo)產(chǎn)品。而對于圓形圍堰而言，插打鋼板樁的順序應(yīng)該是自上游開始，經(jīng)過兩側(cè)到下游進(jìn)行合攏。

據(jù)了解，國外熱軋型鋼板樁的消費(fèi)是：60%用于一次性使用的永0久性結(jié)構(gòu)，約40%%在臨時(shí)結(jié)構(gòu)中反復(fù)使用。由于產(chǎn)品重復(fù)使用業(yè)務(wù)量大，因些，一些專業(yè)經(jīng)營打樁租賃的公司不斷出現(xiàn)，如德國的蒂森克虜伯在德國有13家連鎖經(jīng)營的專業(yè)打樁與租賃公司，基本覆蓋了德國。而在日本專業(yè)經(jīng)營鋼板樁租賃與打樁量超過100萬噸/年，每年周轉(zhuǎn)次數(shù)超過3次（整個(gè)應(yīng)用周期按8次攤銷折舊）。吊運(yùn)鋼板樁時(shí)，要注意鋼板樁根數(shù)不能太多，同時(shí)需要保護(hù)鎖口避免損傷。除日本外，新加坡與韓國的鋼板樁租賃與打樁業(yè)也十分發(fā)達(dá)。

我國熱軋鋼板樁應(yīng)用尚處于起步階段，與西方發(fā)達(dá)國家相比仍然存在著巨大的差距。為滿足需求，要與設(shè)計(jì)、施工、使用方等一起，推廣先進(jìn)的鋼板樁應(yīng)用技術(shù)。自2009年起，連續(xù)數(shù)年熱軋U型鋼板樁消費(fèi)量逾20萬噸（目前受內(nèi)外經(jīng)濟(jì)大環(huán)境惡劣的拖累，年消費(fèi)量有所回落）。外觀檢驗(yàn)包括表面缺陷、長度、寬度、厚度、端頭矩形比、平直度等內(nèi)容。在熱軋U型鋼板樁市場迅速攀升的同時(shí)，Z型、直線型等原先甚少使用的品種也逐漸為我國用戶所認(rèn)識(shí)，在一些重大工程中得到了應(yīng)用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2012年時(shí)，我國熱軋鋼板樁的年消費(fèi)量已經(jīng)超過50萬噸。

圍檁與鋼板樁之間空隙的處理

1、圍檁與鋼板樁之間空隙小于40cm的處理

在圍堰施工中，因小范圍彎曲排列的板樁較多，在第四層圍檁與鋼板樁之間產(chǎn)生了空隙，他們直接接觸部位不超過整個(gè)圍堰的1/3，在第四層圍檁與板樁之間塞入的幾乎全是木頭，由于板樁呈彎曲狀態(tài)，斜狀木頭由上至下塞入板樁之間。塞木給圍檁一斜向下的作用力,隨著圍堰內(nèi)淤泥的進(jìn)一步開挖,在潮水上漲時(shí),部分圍檁斜向下翻轉(zhuǎn)。二、沉降觀測對基坑邊上的各點(diǎn)及周邊點(diǎn)建立的沉降觀測網(wǎng)的測量，方法為首先自遠(yuǎn)離基坑的城市水準(zhǔn)控制點(diǎn)開始觀測，引測至基坑周圍后，按編定的各點(diǎn)觀測次序依次觀測，最后測至另一水準(zhǔn)控制點(diǎn)符合，觀測儀器采用S3型精密水準(zhǔn)儀。后在圍檁與板樁之間塞入槽鋼，根據(jù)受力情況不同，在不同的位置應(yīng)使用大小不一的槽鋼，并將槽鋼與板樁、圍檁以及頂撐頭焊成整體，避免了圍檁相對于板樁之間的上下、左右滑動(dòng)及傾翻。

在后期的施工中，圍檁與鋼板樁之間的空隙全部由槽鋼塞填并焊牢，效果非常理想。

2、圍檁與鋼板樁之間空隙大于40cm的處理

如板樁在打入過程中遇到水下障礙物，需選用槽鋼組焊成二次支撐結(jié)構(gòu)，很明顯左右分力基本可以互相抵消，終傳到圍檁上的是與圍檁方向垂直的力。