新加坡大士南船厂吹填区域组合钢板桩施工
2022-06-09
摘要：通过对新加坡大士南船厂第四号顺岸码头钢板桩施工的实践，介绍了在施工过程中遇到的问题和解决的办法，对类似吹填区域的施工提供参考。
关键词：船坞；顺岸；钢板桩；
1 工程概况
新加坡大士南新船厂（1期）位于新加坡西南角填海区域的裕廊岛，该工程由四个船坞、四个顺岸码头、三个突堤码头、二座驳岸码头及相应的吊车道等配套设施组成。其中第四号顺岸码头结构部分桩基使用CAZl9型组合钢板桩。
CAZl9组合钢板桩是由从卢森堡进口的AZl9型钢板桩与国产钢板焊接而成的复合结构，其中迎坞面为进口的Azl9型钢板桩，长22m，背坞面为国产钢板，长19m，比进口部分短3 m。组合钢板桩形状及具体尺寸如图l。
吹填区域表层为吹填砂，以灰黄色砂质粉土为主，场地标高在控制在5.0 m。整个项目呈“几”字形布置。
2 施工工艺
2.1施工工艺比选
坞墙钢板桩常规施工一般采用吊车吊挂振动锤配备双层导向架的吊打工艺。由于本工程组合钢板桩桩尖部分长短不一毕业论文格式的特殊结构以及27m的桩长，如采用常规的吊打工艺，容易产生桩位偏移，影响施工质量；由于桩较长需配备的吊车吨位较大，成本相对较大；采用双层导向架施工，拆装麻烦，施工效率低。为解决以上问题，经反复比较，本工程坞墙钢板桩施工采用DH一508履带式打桩架配备D一62柴油锤及单层导向架锤击法施工工艺，屏风式插桩，阶梯形分段送桩的施工方法，见图2。组合钢板桩下端插入导向架围檩，上端通过桩帽桩锤及打桩机导杆与打桩机相连，形成上下两层嵌固，约束钢板桩晃动偏移，可有效控制钢板桩的垂直度及平面偏位，避免了吊车吊挂振动锤上端无固定的缺陷。由于打桩架筒体对组合钢板桩通长的导向及约束作用，可减少由于板桩自身重心偏移所产生的桩身垂直度偏差，同时沉桩过程中可以通过调整桩架简体垂直度进行纠偏，可以有效的保证施工质量。
采用单层导向架，施工拆装方便、灵活，减轻工人的劳动强度，提高施工效率。采用锤击法沉桩避免了振动锤反复震动产生大量热量，对锁口内止水材料及钢材材质本身带来好处。由于锤击法不具备拔桩的特点，一旦施工过程中产生大的偏位及扭转，难以拔起后重新插桩。因此，要求施工过程中严密观测，发现问题及时纠正，对施工人员的素质要求较高。
2.2 配套件的制作
钢板桩施工中，导向架及其限位装置结构及刚度对板桩平面及垂直度偏差的控制起到至关重要的作用。制作前根据地质条件、板桩结构形式、柴油锤的能量、施工经验等仔细验算其刚度。导向架由围檩、定位桩、限位装置等组成，本工程采用H400×400型钢加工制作导向架的围檩，单榀围檩长12m，内径宽度为80cm，比组合钢板桩宽度大5 cm；并设顶轮、卡位板等控制钢板桩平面偏位。导向架定位桩采用大于609 mm钢管制作，长10 m，单侧焊接与钢板桩锁口相同，并在定位桩两侧加设牛腿用以固定搁置围檩，以确保第一根桩沉桩过程中的质量。由于组合钢板桩顶部形状为六角形，需定制异形桩帽及送桩管，保证六角形钢板桩顶面受力均匀。
图2：CAZ组合钢板桩施工
定位桩施工：在起始段打入两根咖609 mm钢管桩，距离和围檩长度相当，要求平面位置定位准确；在钢板桩中心线延长线上，起始点钢管桩一侧焊接锁口，以确保第一根CAZ钢板桩施工时的稳定性；限位桩入土5 m，露出地面部分5 m。在离地面50 cm处焊接钢牛腿，用以安放围檩，安放前用经纬仪在牛腿上弹出定位线，两根围檩用对拉螺栓及槽钢卡位板固定。CAZ钢板桩施工：打桩架与吊车分别位于围檩两侧。打桩架平行于围檩行走，打CAZ钢板桩时机身转90。角与履带垂直。钢板桩由吊车起吊送人桩架笼口，下端套进定位桩的锁口后进入导向架围檩。用经纬仪调整垂直度后，开锤施打至桩顶离地6 m时停止，移机施工下一根。以此类推，直至一组钢板桩施工完毕后，拆除导向架，在第二组钢板桩位置重新安装导向架，循环施工。每组钢板桩插桩完成并拆除导向架后，为降低打桩过程中桩位偏差的叠加效应，采用逐根跳打方式进行送桩.最后一根桩作为后一组的控制定位桩。为防止钢板桩沉桩过程中相邻桩锁口间摩擦生热现象，可用水不间断冲刷锁口部分。钢板桩沉桩施工在沉入过程中发生倾斜时，可用50kN卷扬机进行牵拉纠偏。对于侧向偏差呈一个方向扭转趋势，要及时缓慢纠正，以防出现棱角现象，桩侧向偏差值控制在6cm以内，打设过程中产生的异形桩要标明位置、桩号。
2.4钢板桩闭合
闭合是钢板桩施工过程中的一个技术难点，闭合施工对闭合前插打的钢板桩质量要求较高，这一部分桩的质量控制是闭合成功与否的关键。同时根据施工场地不同的地质条件选择最佳的闭合点。本工程闭合桩采用标准钢板桩，闭合点选择在标贯击数较小，地质条件好，打桩阻力小，深度较浅的部位。这样其法向和轴向倾斜度均易保证，便于闭合桩采用标准钢板桩，为确保闭合处钢板桩的垂直度，在距闭合口还剩几根桩时打一根异形钢板桩，将桩的轴向倾斜度纠正为负数，然后打桩至闭合处，使其轴向及法向倾斜度均控制在7‰之间。为了使闭合钢板桩能顺利与相邻桩的锁口相互咬合，插打前应使闭合钢板桩两侧桩高度不同，以便闭合钢板桩的锁口可先与高桩套好，再与低桩的锁口套好。锁口套好后，缓慢施打闭合钢板桩至设计桩顶标高。
3 施工中遇到的问题及解决措施
3.1钢板桩锁口扭转现象
由于钢板桩壁厚仅lOmm，且国产钢板和进口钢板长度不同等原因，插桩过程中会产生锁口扭转现象，造成施工后的钢板桩轴向直线度不好。通过加强导架的刚度和导架与钢板桩问的约束可以有效地解决此问题。导架刚度好，可减少锤击震动带来的导架挠度及变形。导架与钢板桩间隙不宜过大，且间隙由顶轮顶紧，避免钢板桩跑位。
3.2钢板桩发生扇形倾斜
钢板桩沉桩过程中发生扇形倾斜一直是钢板桩施工的难题，发生扇形倾斜与钢板桩挤土效应有关，原因比较复杂，据实测组合钢板桩内土芯深度约18m，地面以下8 m未有土体，由于上下土体压缩的不均匀性造成钢板桩产生扇形倾斜。以下几个办法可有效减少或部分减少倾斜：
（1）控制沉桩的流程，采用屏风式插桩，逆向阶梯送桩的施工工艺。插桩和送桩施工应有一定距离，能控制扇形面的倾斜程度。
（2）利用钢板桩加工过程中的上下宽度偏差调整，尽量将钢板桩宽度较大的朝下。
（3）采用异形桩纠偏时应尽量采用单根异形桩小量偏差纠位，多根纠偏到位的措施，对钢板桩施工质量有利。
3.3钢板桩锁口脱开现象
由于钢板桩制桩过程中的偏差及施工过程中的挤压等原因，施工时可能造成钢板桩锁口扭转和脱开现象。该问题的解决办法是：
（1）严格控制钢板桩的制作质量，对锁口质量要逐根逐段验收。
（2）沉桩过程中严格控制定位桩的垂直度及钢板桩的垂直度。
（3）送桩杆、导向架围檩及卡板等配套件的刚度、尺寸等必须经过计算，要与打桩机的性能、组合钢板桩的结构相匹配。
（4）不宜插桩太多后再送桩，要合理控制插桩、送桩距离。
关键词：船坞；顺岸；钢板桩；
1 工程概况
新加坡大士南新船厂（1期）位于新加坡西南角填海区域的裕廊岛，该工程由四个船坞、四个顺岸码头、三个突堤码头、二座驳岸码头及相应的吊车道等配套设施组成。其中第四号顺岸码头结构部分桩基使用CAZl9型组合钢板桩。
CAZl9组合钢板桩是由从卢森堡进口的AZl9型钢板桩与国产钢板焊接而成的复合结构，其中迎坞面为进口的Azl9型钢板桩，长22m，背坞面为国产钢板，长19m，比进口部分短3 m。组合钢板桩形状及具体尺寸如图l。
吹填区域表层为吹填砂，以灰黄色砂质粉土为主，场地标高在控制在5.0 m。整个项目呈“几”字形布置。
2 施工工艺
2.1施工工艺比选
坞墙钢板桩常规施工一般采用吊车吊挂振动锤配备双层导向架的吊打工艺。由于本工程组合钢板桩桩尖部分长短不一毕业论文格式的特殊结构以及27m的桩长，如采用常规的吊打工艺，容易产生桩位偏移，影响施工质量；由于桩较长需配备的吊车吨位较大，成本相对较大；采用双层导向架施工，拆装麻烦，施工效率低。为解决以上问题，经反复比较，本工程坞墙钢板桩施工采用DH一508履带式打桩架配备D一62柴油锤及单层导向架锤击法施工工艺，屏风式插桩，阶梯形分段送桩的施工方法，见图2。组合钢板桩下端插入导向架围檩，上端通过桩帽桩锤及打桩机导杆与打桩机相连，形成上下两层嵌固，约束钢板桩晃动偏移，可有效控制钢板桩的垂直度及平面偏位，避免了吊车吊挂振动锤上端无固定的缺陷。由于打桩架筒体对组合钢板桩通长的导向及约束作用，可减少由于板桩自身重心偏移所产生的桩身垂直度偏差，同时沉桩过程中可以通过调整桩架简体垂直度进行纠偏，可以有效的保证施工质量。
采用单层导向架，施工拆装方便、灵活，减轻工人的劳动强度，提高施工效率。采用锤击法沉桩避免了振动锤反复震动产生大量热量，对锁口内止水材料及钢材材质本身带来好处。由于锤击法不具备拔桩的特点，一旦施工过程中产生大的偏位及扭转，难以拔起后重新插桩。因此，要求施工过程中严密观测，发现问题及时纠正，对施工人员的素质要求较高。
2.2 配套件的制作
钢板桩施工中，导向架及其限位装置结构及刚度对板桩平面及垂直度偏差的控制起到至关重要的作用。制作前根据地质条件、板桩结构形式、柴油锤的能量、施工经验等仔细验算其刚度。导向架由围檩、定位桩、限位装置等组成，本工程采用H400×400型钢加工制作导向架的围檩，单榀围檩长12m，内径宽度为80cm，比组合钢板桩宽度大5 cm；并设顶轮、卡位板等控制钢板桩平面偏位。导向架定位桩采用大于609 mm钢管制作，长10 m，单侧焊接与钢板桩锁口相同，并在定位桩两侧加设牛腿用以固定搁置围檩，以确保第一根桩沉桩过程中的质量。由于组合钢板桩顶部形状为六角形，需定制异形桩帽及送桩管，保证六角形钢板桩顶面受力均匀。
图2：CAZ组合钢板桩施工
定位桩施工：在起始段打入两根咖609 mm钢管桩，距离和围檩长度相当，要求平面位置定位准确；在钢板桩中心线延长线上，起始点钢管桩一侧焊接锁口，以确保第一根CAZ钢板桩施工时的稳定性；限位桩入土5 m，露出地面部分5 m。在离地面50 cm处焊接钢牛腿，用以安放围檩，安放前用经纬仪在牛腿上弹出定位线，两根围檩用对拉螺栓及槽钢卡位板固定。CAZ钢板桩施工：打桩架与吊车分别位于围檩两侧。打桩架平行于围檩行走，打CAZ钢板桩时机身转90。角与履带垂直。钢板桩由吊车起吊送人桩架笼口，下端套进定位桩的锁口后进入导向架围檩。用经纬仪调整垂直度后，开锤施打至桩顶离地6 m时停止，移机施工下一根。以此类推，直至一组钢板桩施工完毕后，拆除导向架，在第二组钢板桩位置重新安装导向架，循环施工。每组钢板桩插桩完成并拆除导向架后，为降低打桩过程中桩位偏差的叠加效应，采用逐根跳打方式进行送桩.最后一根桩作为后一组的控制定位桩。为防止钢板桩沉桩过程中相邻桩锁口间摩擦生热现象，可用水不间断冲刷锁口部分。钢板桩沉桩施工在沉入过程中发生倾斜时，可用50kN卷扬机进行牵拉纠偏。对于侧向偏差呈一个方向扭转趋势，要及时缓慢纠正，以防出现棱角现象，桩侧向偏差值控制在6cm以内，打设过程中产生的异形桩要标明位置、桩号。
2.4钢板桩闭合
闭合是钢板桩施工过程中的一个技术难点，闭合施工对闭合前插打的钢板桩质量要求较高，这一部分桩的质量控制是闭合成功与否的关键。同时根据施工场地不同的地质条件选择最佳的闭合点。本工程闭合桩采用标准钢板桩，闭合点选择在标贯击数较小，地质条件好，打桩阻力小，深度较浅的部位。这样其法向和轴向倾斜度均易保证，便于闭合桩采用标准钢板桩，为确保闭合处钢板桩的垂直度，在距闭合口还剩几根桩时打一根异形钢板桩，将桩的轴向倾斜度纠正为负数，然后打桩至闭合处，使其轴向及法向倾斜度均控制在7‰之间。为了使闭合钢板桩能顺利与相邻桩的锁口相互咬合，插打前应使闭合钢板桩两侧桩高度不同，以便闭合钢板桩的锁口可先与高桩套好，再与低桩的锁口套好。锁口套好后，缓慢施打闭合钢板桩至设计桩顶标高。
3 施工中遇到的问题及解决措施
3.1钢板桩锁口扭转现象
由于钢板桩壁厚仅lOmm，且国产钢板和进口钢板长度不同等原因，插桩过程中会产生锁口扭转现象，造成施工后的钢板桩轴向直线度不好。通过加强导架的刚度和导架与钢板桩问的约束可以有效地解决此问题。导架刚度好，可减少锤击震动带来的导架挠度及变形。导架与钢板桩间隙不宜过大，且间隙由顶轮顶紧，避免钢板桩跑位。
3.2钢板桩发生扇形倾斜
钢板桩沉桩过程中发生扇形倾斜一直是钢板桩施工的难题，发生扇形倾斜与钢板桩挤土效应有关，原因比较复杂，据实测组合钢板桩内土芯深度约18m，地面以下8 m未有土体，由于上下土体压缩的不均匀性造成钢板桩产生扇形倾斜。以下几个办法可有效减少或部分减少倾斜：
（1）控制沉桩的流程，采用屏风式插桩，逆向阶梯送桩的施工工艺。插桩和送桩施工应有一定距离，能控制扇形面的倾斜程度。
（2）利用钢板桩加工过程中的上下宽度偏差调整，尽量将钢板桩宽度较大的朝下。
（3）采用异形桩纠偏时应尽量采用单根异形桩小量偏差纠位，多根纠偏到位的措施，对钢板桩施工质量有利。
3.3钢板桩锁口脱开现象
由于钢板桩制桩过程中的偏差及施工过程中的挤压等原因，施工时可能造成钢板桩锁口扭转和脱开现象。该问题的解决办法是：
（1）严格控制钢板桩的制作质量，对锁口质量要逐根逐段验收。
（2）沉桩过程中严格控制定位桩的垂直度及钢板桩的垂直度。
（3）送桩杆、导向架围檩及卡板等配套件的刚度、尺寸等必须经过计算，要与打桩机的性能、组合钢板桩的结构相匹配。
（4）不宜插桩太多后再送桩，要合理控制插桩、送桩距离。