硬质土层施工中热轧钢板桩损伤处置的应用实践

摘要：锡澄运河新夏港船闸采用钢板桩闸室墙，在沉桩过程中遇到密实砂层，沉桩困难，引起部分钢板桩变形受损。本文根据受损桩情况，简要分析了施工中出现的问题及其克服措施、修复办法及施工中的注意事项。

关键词：钢板桩；施工损伤；处置措施

中图分类号：TU71文献标识码： A

一、工程概况

锡澄运河新夏港船闸位于江阴市新夏港河原水利套闸处，该船闸为Ⅲ级船闸，建设规模为2×180×23×4.0m（线数×闸室长×口门宽×最小槛上水深）。闸室为分离式结构，两线船闸共用中间闸墙。东西两侧闸墙均为锚碇墙钢板桩结构，中间共用闸墙采用钢板桩单层拉杆对拉结构，钢板桩闸墙由前墙、导梁、拉杆及锚定墙组成，东西两侧钢板桩长19米，中间共用闸墙钢板桩长18米。

其工程主要特点是：双线船闸采用闸首错位布置，闸室及导航墙采用钢板桩结构。闸首错位布置、中间闸墙（16米间距钢板桩对拉）共用的三墙两闸结构，能有效的减少了建设用地，更符合江阴地区寸土寸金的土地资源状况，船闸结构新颖，为国内首创。闸室墙及导航墙采用钢板桩结构在国内亦较少采用。

钢板桩结构具有强度高、接合紧密不易漏水、施工简便、速度快、可减少基坑土方开挖量等特点，广泛应用于各类基础工程施工。钢板桩结构施工原理是将钢板桩用打桩机打（压）入地基，使其互相连结成钢板桩墙，达到用来挡土和挡水。可总结为八个字：在其结构上可“护锁成墙”，在其使用功能上能“挡土止水”。其优点是施工简便，止水性能好，可根据施工需求定制，降低成本。

为满足整体稳定和地基渗透稳定的要求，新夏港船闸设计采用热轧钢板桩结构的闸室墙（桩长达18米与19米），拟建船闸最大开挖深度约15米，要求桩体应进入③-1d1～2层或以下土层一定深度。为此设计要求采用高强度、长桩身、大截面模量、具备一定耐候性能的热轧U型钢板桩。经过对安赛乐米塔尔、蒂森克虏伯、新日铁等多家国外主流钢板桩生产厂家产品的）比选，该工程最终采用了综合性能尤为突出的德国蒂森克虏伯的L628型钢板桩。其钢板桩主要参数为：尺寸600mm×228mm,截面积210.8cm2/m,惯性矩63380cm4/m,截面模量2780cm3/m,屈服强度为390MPa。项目设计使用热轧钢板桩1264根，约2400吨。

二、地质条件

据江苏省水文地质工程地质勘察院于2011年2月完成的《锡澄运河航道整治工程新夏港河船闸工程地质勘察报告》：闸室区域范围内存在着两大土层：一是③-1b1层为韧性及干强度较高且存在直径2～6mm含铁锰质结核的硬塑粉质黏土；二是③-1d1层为饱和密实型粉砂粘土，偶含直径2.5～9mm含砂质结核,其标准贯入击数值超过40（最大达54）。如此特殊地质条件，使得采用常规方法插打钢板桩几无施工可能，因而该项目的实施面临着钢板桩施工应用等诸多难题。

三、主要难题与处置措施

由于施工区域地下存在着标贯击数（SPT）超过40、俗称“铁板砂”的密实砂层，部分地段地质条件较为复杂、沉桩困难，前期施工过程中出现了钢板桩损伤比例较高，导致项目进度滞后并需投入一定精力进行修复处理。

1、主要问题

1）土中遗留石块致桩体变形

（1）产生原因：硬质石块对桩体产生较大阻力，导致桩体接触部位外扭，同时锁口因此而弯曲变形，与前根桩间咬合过紧，急剧增大的摩擦力产生高热致使锁口尖部熔融缩小；硬质石块直接作用于锁口产生较大阻力，导致锁口外斜变形，桩体扭曲。

（2）克服措施：1、引孔应处理干净；2、反复上下插拔，将石块挤走；3、桩体端部切成锥形减少锁口入土阻力。

（3）桩体修复办法：矫正变形桩体及锁口或直接将桩体端部切成锥形与相关锁口；切除端部变形部分桩体及锁口，可切成锥形。

2）打设倾斜致桩体变形

（1）产生原因：操作或土层硬度不均致桩体打桩未能保持垂直入土，使桩整体逐渐向锁口联接部的反方向倾斜，致桩体向外变形，锁口随桩体与先前打入桩锁口间的拉力而被拉伸变形。

（2）克服措施：1、严格控制打桩锤，使桩体保持垂直入土；2、将打桩锤人为反向施力以纠偏；3、采用屏风式插打可避免此问题出现

（3）桩体修复办法：矫直变形桩体及锁口或部分切除相关锁口。

3）被前根桩桩体锁口异常变形拖累

（1）产生原因：前一根桩侧部在硬质土层作用下带动锁口向内侧大幅收缩变形，使后一根桩打至该区域后，顺着前一根桩锁口的轨迹下行，产生极度外卷变形，被扯直外翻。

（2）克服措施：1、引孔应消除土层大的阻力；2、拔出前桩，清除锁口变形（变形严重者需换用新桩），人为控制插桩方向，调准入土方向。

（3）桩体修复办法：矫正端部锁口变形区域，长度较短也可直接切除变形部分。

4）桩体间扭转严重摩擦力产生高热烧损锁口

（1）产生原因：相邻两根桩不在一条直线上，扭转角度过大，相互憋劲，产生极大的摩擦力造成高热使锁口严重烧坏（锁口内侧与相邻桩接触部位被烧出凹坑）

（2）克服措施：打设中随时控制桩的入土角度，发现问题及时纠偏，否则轻者产生带桩，重者烧桩。

（3）桩体修复办法：局部修磨、焊补锁口损伤部位。

5）土层阻力交变致入土桩体倾斜

（1）产生原因：打设至阻力较大的硬质土层，桩体末端向打设阻力最小的方向倾斜。

（2）克服措施：遇到阻力较大、难以打设下行时，应及时拔桩，观察桩体变形，判断属何种问题，调整桩锤位置反向纠偏插打越过该区域。

（3）桩体修复办法：矫直变形桩体。

2、工作措施

1）引孔应到位

部分桩因土中遗留石块或其它硬质土层，导致钢板桩难以入土并形成局部变形，既损伤桩体也影响打桩质量与速度。

2）打桩锤夹紧钢板桩腹板时应对中

夹头在夹紧钢板桩时操作应细心，注意保持腹板对中，否则打桩锤与桩体将因受力偏心而出现水平分力形成偏心力矩，造成钢板桩自入土始即产生歪斜。

3）钢板桩腹板与打设法线应注意保持平行

施工操作中发现打设进度很慢，应及时停机观察，通过调整打桩锤的角度与方向进行纠偏控制，否则钢板桩若相互间形成扭桩，轻者会产生带桩且难以打到位，严重者将因摩擦力过大出现高温烧损锁口。

4）打设应勤于观察及时修正钢板桩下行情况

科学合理的打设方法是减少钢板桩损耗、确保施工顺利的关键。打设中遇到阻力较大、桩体难以下行时，应及时拔出钢板桩，观察桩体变形情况，判断出现了何种状况，据此相应调整桩锤角度与位置反向纠偏插打越过问题区域。

四、结束语

1、面对各类复杂的钢板桩结构施工作业环境，应勤观察、尽心操作、持续分析总结，认真做好施工方案的优化和改进，才能达到安全可靠、经济合理、施工快捷。

2、通过问题的对症解决，后续的钢板桩施工作业中，桩体损伤数量迅速下降、作业效率提升、打设精度也相应提高。实践证明，该处置方案是有效的。