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發布時間：2021-10-03 11:57
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淺談鋼板樁在荷塘中心河整治工程中的應用
【摘要】鋼板樁防護在基坑防護中已經得到廣泛應用，但對這類結構在本地區的水利工程中的認識還很不充分。本文通過實際工程中的鋼板樁應用，分析了鋼板樁結構受力情況，可供類似工程參考。
【關鍵詞】鋼板樁，支護，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品的主流。20世紀50年代，我國首0次在鐵路橋梁圍堰施工中，由鐵道0部大橋局從原蘇聯引進使用。隨著我國經濟的快速發展，鋼板樁支護在水利行業得到廣泛應用。不足之處是：施工難度較大、危險性較高，線型及垂直度不易控制，地質情況較差時也會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
江門市蓬江區荷塘鎮中心河是貫穿該鎮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。由于經濟發展迅速，交通車輛增多，現有左岸路面寬度已經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，荷塘鎮政府于2008年對中心河田心段進行了綜合整治。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，建成后結合原有左岸路面重新規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，箱涵的基礎不能大開挖，必須進行支護。據以往的經驗，一般采用松木樁、鋼板樁、灌注樁等進行支護，根據本工程屬在河道上建設有度汛要求的特點，工程水下部分必須在枯水期完成，要求施工速度快。經比選，鋼板樁結構具有重量輕，強度高，鎖口緊密，施工方便，施工速度快等優點，因此，采用鋼板樁支護作為本工程的支護方案。鋼板樁圍堰防水性能非常好，可以根據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。
根據地質勘查報告顯示，基巖面起伏較大，強風化花崗巖巖面高程-6.5～-21m，巖面以上主要為砂壤土及填筑土層，地質條件良好。
2鋼板樁支護方案
2.1鋼板樁初步布置
根據工程所在地場地特點，結合鋼板樁的特性、施工方法等方面進行考慮，初步選用拉森Ⅳ號鋼板樁，拉森Ⅳ號鋼板樁寬度適中，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，實際樁長按以下計算確定。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H400圍檁，相互之間焊接牢固，以增強鋼板樁整體性。鋼板樁布置見圖2、圖3。（2）優點：能夠防止板樁過大的傾斜與扭轉，能夠減少打入的累計傾斜誤差，可以實現封閉合攏。
(1)鋼板樁參數:截面抵抗矩：拉森-Ⅳ型;每根w=362cm3，每m鋼板樁w=2270cm3/m。
(2)鋼材抗彎強度設計值:鋼板樁鋼材采用Q235鋼，抗彎強度設計值f=215N/mm2。
以上鋼板樁參數來自廠家，不同廠家生產的鋼板樁上述參數可能稍有差異，但對本計算影響不大。
2.2計算鋼板樁入土深度
根據鋼板樁入土的深度較淺，按單支撐擋土樁樁計算，假定上端為鉸結無移動，下端簡支。這種板樁相當于單跨簡支梁，作用在樁后為主動土壓力，作用在樁前為被動土壓力，壓力坑底以下的土重度不考慮浮力影響，計算簡圖如圖4。
鋼板樁在基坑中密封隔水方法
隨著我國公路建設的飛速發展 , 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鋼板樁插打至設計標高后，立即與導向架進行焊接，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。一般是預先在鋼板樁的鎖口涂上止水材料或者預先焊接鎖口。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先將原狀土替換成水泥膨潤土，也可以在鎖口位置預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進行改變，從而合理，經濟的設計成為可能。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。依靠拉森樁背側的土砂等細小顆粒物質或者是浮游物等來堵塞鎖口，以此達到止水的效果。對于自然密封來說，一般在土砂徑粒分布越好的時候，它的止水效果也就越好。如果背側是水或者土粒較大的話，那么可能會需要很長時間來對縫隙進行堵塞。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，再向兩邊對稱插打每一根鋼板樁到設計位置。不過在實際的施工過程中，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抽水時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鎖口。一般情況下，自然密封需要一定的時間，并且在有波浪或者變動水壓比較大的情況下，會使拉森樁圍堰結構出現擺動的情況，因此我們通常不會完全采用自然密封。
國內外熱軋鋼板樁消費現狀
目前，在整個建筑行業中，我們經?？梢砸姷绞褂美瓨妒┕さ墓こ蹋绨侗凇⒎啦ǖ?、護岸、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、基坑圍護等臨時性工程。但是在工程建設中，冷彎型鋼板樁應用范圍較狹窄，大都只是作為應用的材料補充，熱軋型鋼板樁直是工程應用的主導產品。而對于圓形圍堰而言，插打鋼板樁的順序應該是自上游開始，經過兩側到下游進行合攏。
據了解，國外熱軋型鋼板樁的消費是：60%用于一次性使用的永0久性結構，約40%%在臨時結構中反復使用。由于產品重復使用業務量大，因些，一些專業經營打樁租賃的公司不斷出現，如德國的蒂森克虜伯在德國有13家連鎖經營的專業打樁與租賃公司，基本覆蓋了德國。而在日本專業經營鋼板樁租賃與打樁量超過100萬噸/年，每年周轉次數超過3次（整個應用周期按8次攤銷折舊）。吊運鋼板樁時，要注意鋼板樁根數不能太多，同時需要保護鎖口避免損傷。除日本外，新加坡與韓國的鋼板樁租賃與打樁業也十分發達。
我國熱軋鋼板樁應用尚處于起步階段，與西方發達國家相比仍然存在著巨大的差距。為滿足需求，要與設計、施工、使用方等一起，推廣先進的鋼板樁應用技術。自2009年起，連續數年熱軋U型鋼板樁消費量逾20萬噸（目前受內外經濟大環境惡劣的拖累，年消費量有所回落）。外觀檢驗包括表面缺陷、長度、寬度、厚度、端頭矩形比、平直度等內容。在熱軋U型鋼板樁市場迅速攀升的同時，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識，在一些重大工程中得到了應用。據統計，到2012年時，我國熱軋鋼板樁的年消費量已經超過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生了空隙，他們直接接觸部位不超過整個圍堰的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，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,隨著圍堰內淤泥的進一步開挖,在潮水上漲時,部分圍檁斜向下翻轉。二、沉降觀測對基坑邊上的各點及周邊點建立的沉降觀測網的測量，方法為首先自遠離基坑的城市水準控制點開始觀測，引測至基坑周圍后，按編定的各點觀測次序依次觀測，最后測至另一水準控制點符合，觀測儀器采用S3型精密水準儀。后在圍檁與板樁之間塞入槽鋼，根據受力情況不同，在不同的位置應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構，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。
