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拉森钢板桩围护施工在蓄水池工程中的应用

来源:正鸿拉森钢板桩施工公司作者:正鸿拉森钢板桩施工公司网址:http://eligotech.com
文章附图

将22m长拉森钢板桩应用在蓄水池工程中作为永久性围堰,在孟加拉国尚属首例。本文对方案实施、质量控制以及施工中常见问题进行阐述,以期为其他同类大型蓄水池工程提供借鉴和参考。


0 前言

水污染一直是孟加拉国所面临的严重的自然环境问题。 随着人民生活质量的提高,对净水资源的需求也日益增加。 本水处理厂与蓄水池项目位于孟加拉国西南部库尔纳市,对本项目中蓄水池工程的永久性钢板桩围堰而言,如何 选用合理的施工方法以及使用正确的质量控制手段,是关系到蓄水池工程成败的决定性因素。

本文结合孟加拉库尔纳水处理厂项目,对超长拉森钢板桩的方案实施、质量控制以及施工中常见问题进行阐述,以期为其他同类大型蓄水池工程提供借鉴和参考。


1 工程概况

1.项目简介

为了解决库尔纳市的净水供应问题,由日本国际协力机构和亚洲发展银行共同在此地区投资修建包括巴格哈特地区 的取水渠、库尔纳地区的水处理厂和蓄水池以及相配套的分流管道工程。

本项目是其中的水处理厂和蓄水池部分,由容量为77.52 万 m3 的蓄水池和日处理能力为11 万m3 的水处理厂组成,总占地面积约23.1公顷。

蓄水池设计长348m,宽216m,深12m,包括土方开挖70万m3,回填碎石3.15 万m3;设计总长度 22m 拉森钢板桩 2,700 根以及配套的钢绞线与锚定块共 340 组;砼砖砌护 坡1.7 万m2。钢板桩桩顶高程5.0m,底高程-17.0m;蓄水 池底高程-7.5m,砼砖砌护坡以 38°角从蓄水池底面下延伸至 -1.5m 标高,坡肩与钢板桩水平距离为 3m,护坡由150mm厚砂垫层和 100mm 厚的砼预制块组成,断面图如图 1 所示。

钢板桩围堰2.jpg

2.工程地质条件

库尔纳地区位于孟加拉国西南部,此区域土层主要由粉 细砂、粉质黏土、含有有机质的淤泥土组成,这部分土天然含水量高、压缩性强、孔隙比大、承载力低,蓄水池开挖范围内的土层分布如下所示。

第一层,淤泥质粘土。表面呈灰色,软塑,含有少量植物碎屑,有着较高的韧性、干强度,土层稳定,压缩性高,层厚度在 4.5~16.5m 之间。

第二层,粉质砂。表面呈灰黄色,潮湿,层间含有粉土薄膜,有着较好的粘塑性,密实程度从松散到密实,砂质不纯,层厚度在13.5~25.5m之间。


2 方案实施

1.钢板桩选型

在项目开展前期,根据合同文件规范中的规定,钢板桩 总长度为 22m,可选择方案一:将 10m 与 12m 同类型钢板桩对接焊接。方案二:22m 钢板桩一次成型。两种方案的优缺点对比如下:

(1)方案一: 将 10m与12m 同类型钢板桩对接焊接

此方法的优点是运输方便,制造工艺成熟。但缺点是施 工前需提供足够的操作平台进行对接焊接,可选择在地面平焊或先打入一根 12m 钢板桩再将另一根10m钢板桩吊焊对接,此方案对施工平台,焊接工艺,工人个人能力等要求较高,需花费时间成本和人力成本较大,且焊接处在断面图中所处的水平位置在蓄水池水位线以下,焊接的缺陷和不足会增加渗水、漏水的风险。此外,焊接处的刚度变化也会影响钢板桩的受力分布,需进行额外的受力验算。

(2)方案二: 一次成型 22m 钢板桩

此方法的优点是一次成型,施工方便,节省场地资源。缺点是由于项目所在地运输道路狭窄多弯,增加了钢板桩的运输难度和成本,且22m长钢板桩一次性打入在孟加拉国尚属首例,此前并没有相关施打经验,若在施打过程中无法控制其精准度则会造成工期延误、资源浪费等不良后果。


(3)方案比选

从经济的角度,方案一因钢板桩拼接加工,人员设备等增加的成本远大于方案二中钢板桩因特殊运输方式增加的成本。从技术角度,方案一对施工前钢板桩的预处理工艺复杂,且需承担较大的缺陷风险,方案二虽然对施工质量控制难度较大,但通过对当地地质资料分析,结合国内相关钢板桩的施工案例对比,此方案具有足够的可行性。


2.钢板桩的运输

22m长钢板桩从临时堆放场地转运到施工场地是我项目面临的一大难题。临时堆放场地距离施工场地约4km,但因所经地道路狭窄,弯道较多,常规的拖车无法通行,我方决定使用由型钢组装而成的炮车运输。由于载重限制,每辆炮车只能运送4根板桩,每次吊装、运输、卸货总时长约 2~3h,每天最多4班,即16根钢板桩。为满足施工计划每 天施打20根的基本要求,钢板桩在施打前 1 个半月便开始转运,最终在钢板桩施工完成前全部成功转运。

3. 钢板桩型号及插打设备

围堰采用的钢板桩型号为 FSP-IV 型,即拉森IV型高强度钢板桩,单根长度22m,单根宽度 40cm,截面参数见表1。


表1 钢板桩截面参数

钢板桩插打设备为日本伊丹工业株式会社公司的VM2-5000振动打桩锤,设备自带动力,动力源90kW,最大可提供45t 的击震力和30t的拔桩拉力。震动打桩锤同时配合QUY50B型号履带式起重机使用,其最大起重量为 50t。

4.钢板桩施工方法比选

钢板桩的施工方法对工程质量、工期、安全的影响巨大, 常规的打桩方法分为为单独打入法和屏风式打入法两种,其优缺点对比如下:

(1)法一: 单独打入法

从板桩墙的一角开始,逐块打设,直至工程结束。其优 点是:施工简便、迅速、不需要其他辅助支架。其缺点是: 易使板桩向一侧倾斜,且误差积累后不易纠正。

(2)法二: 屏风式打入法

将 10-20 根钢板桩成排插入导架内,呈屏风状,然后再分批施打。施打时先将屏风墙两端的钢板桩打至设计标高或一定深度,成为定位板桩,然后在中间按顺序分 l/3、1/2 板桩高度呈阶梯状打入。屏风式打入法的优点是:可以减少倾斜误差积累,防止过大的倾斜,能保证板桩墙的施工质量。 其缺点是:插桩的自立高度较大,对插桩的稳定和施工安全 要求较高,施打效率较低,对工期的影响较大。

(3)方案比选

为使打桩效率最大化、施工简便且符合质量控制标准,我方决定首先对钢板桩进行试打,即在使用导架的前提下对钢板桩按一个方向逐根施打至10根,施打过程尽量控制其垂直度偏差,完成后测量其轴向垂直度,最终实验结果为向 前进方向偏斜 0.22%,远小于规范中 1.3%的要求,故我方最终选择此打桩方法,按此方法继续施打所造成的累计误差的控制将在后文中叙述。


3 质量控制


1.钢板桩的检验

在施工现场首先应对到场的钢板桩进行外观检验,以便对不合要求的钢板桩进行矫正,以减少打桩过程中的困难。检验表面缺陷、长度、宽度、厚度、端部矩形比、平直度和锁口形状等项内容。同时应清理锁口间的杂物、观察锁口是否变形,需注意的是对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割 除,割孔、断面缺损的应予以补强处理。

2.钢板桩的插打施工

(1)钢板桩的轴线控制

项目采用单层双面工字钢围檩导向架,由导梁和围檩桩 构成。施工中应经常检查并保证导向架中心线在设计的钢板 桩轴线上,若有偏离则应及时移动恢复,以确保导向架在钢 板桩轴线上。


(2)钢板桩的垂直度控制

为了保证插打位置的准确,第一根钢板桩插打是关键。插打时应在互相垂直的 2 个方向用经纬仪进行观测,以确保钢板桩插正、插直。每施打 1~2m 需进行一次观测,若垂直度出现较大偏差,应及时停止施打并拔起一定的深度经调整后继续施打。

在插打过程中,钢板桩下端向内侧挤压,由于钢板桩锁口之间具有缝隙,上端会向远离第一根钢板桩的方向倾斜。 因此,超过限定倾斜度应进行纠偏,当钢板桩偏移太大时,可采用多次纠偏的方法逐步减小偏移量。

(3) 插打的标高控制

由于项目所在地为软土地基,在打入过程中可能发生将邻桩带入情况。为防止发生此种情况,可以将相邻的数根桩焊接在一起,并在连接锁口上涂抹黄油,起到一定润滑作用。 此外,在施打过程中接近标高位置时应减小施打速率并控制好停止时间。施打完成后每 5~10 根测量一次桩顶标高,以方便为后面打桩高度做适当调整。

(4)围堰拉森钢板桩的合拢

为了便于合拢,合拢处的两片钢板桩应一高一低。合拢时往往出现两片钢板桩之间的距离上小下大的情况,此时可用电动葫芦将之向两边拉开,直到合拢处的两片钢板桩桩顶的距离等于钢板桩宽度为止,在接近平行时,再将合拢桩插 入,打到设计标高。


3.钢板桩变形监测

利用项目现有的水准仪和经纬仪对钢板桩外地表沉降和钢板桩顶点水平位移进行测量。水准仪用于测量地面和开挖过程控制标高以及施工中的沉降,经纬仪用于测量在钢板桩 顶不同位置的施工控制点的水平位移,以确保钢板桩的变形处于合理范围之内。


4 常见问题


1.钢板桩倾斜纠偏

钢板桩在施打过程中由于侧面土压力的影响会使钢板桩 上部向前进方向偏斜,累计误差的增加会造成钢板桩垂直度 有超过规定值的趋势,本项目所使用的纠偏措施如下:

(1)用葫芦和钢索拉紧已打入的钢板桩,这样可使钢板 桩上部向后拉回一微小位移,同时可避免在打桩时带动前边 已打入的桩一起向前进方向倾斜;当钢板桩打入一定深度时, 拉钢板桩的葫芦已变松,此时可再次拉紧葫芦,将钢板桩打至设计高程。

(2)打桩锤的功率选择应适当,适当放慢钢板桩的入土速度,钢板桩打入一定深度后向上提升一定高度再向下打,几次反复,最终将钢板桩打至设计高程,以减小钢板桩下部 的偏转和弯曲。

(3)打桩时使振动锤的打击方向略微倾斜。

(4)由于本项目的钢板桩作为永久结构物的特殊性,为达到良好的防水止水效果、良好的整体一致性,不建议使用异形板桩调整轴向倾斜。

2.钢板桩打入遇障碍物

虽然本项目所在地土质以淤泥质黏土和粉细砂为主,但由于蓄水池钢板桩施工范围过大,在打入过程中难免遇到底层大的石块等障碍物,此类障碍物可能导致钢板桩偏斜或难以打入。

解决此类问题的方法为:在遇到障碍物的位置将钢板桩往上拔 1.0~2.0m,再往下锤进,如此上下往复数次,可使大的块石被震碎或使其发生位移,让钢板桩能以正确的位置继续打入。

3.钢板桩围堰的开口

本项目的钢板桩围堰完成后顶标高为 5.0m,比原地面 1.5m 高出 3.5m,为保证在钢板桩围堰合拢后人员车辆在施 工期间可以继续进入蓄水池内工作,钢板桩在施工过程中需 提前布置开口的位置并做好相关准备。

本项目采用的是阶梯打桩法,如图3。



由于振动锤的构造所限,两根相邻的钢板桩最大高度差为 0.5m 左右,通过计算至少需要 8 根钢板桩下降,然后保持高度施打至开口所需的宽度再通过施打 7 根钢板桩上升至设计标高。所有处于开口段的钢板桩在将来完成蓄水池的土方工程及其他相关工作后将被逐个拔出至设计标高。


5 钢板桩工程总结


综上所述,在蓄水池工程中采用 22m 长拉森钢板桩,其适应性与实用性良好。此外,此类型钢板桩施工在孟加拉地区史无前例,其按期完工不仅使项目部取得了较好的经济和社会效益,也丰富了我方与孟方施工人员的钢板桩施工经验。


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