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拉森鋼板樁圍護施工在蓄水池工程中的應用

來源:正鴻拉森鋼板樁施工公司作者:正鴻拉森鋼板樁施工公司網址:http://www.466093.tw
文章附圖

將22m長拉森鋼板樁應用在蓄水池工程中作為永久性圍堰,在孟加拉國尚屬首例。本文對方案實施、質量控制以及施工中常見問題進行闡述,以期為其他同類大型蓄水池工程提供借鑒和參考。


0 前言

水污染一直是孟加拉國所面臨的嚴重的自然環境問題。 隨著人民生活質量的提高,對凈水資源的需求也日益增加。 本水處理廠與蓄水池項目位于孟加拉國西南部庫爾納市,對本項目中蓄水池工程的永久性鋼板樁圍堰而言,如何 選用合理的施工方法以及使用正確的質量控制手段,是關系到蓄水池工程成敗的決定性因素。

本文結合孟加拉庫爾納水處理廠項目,對超長拉森鋼板樁的方案實施、質量控制以及施工中常見問題進行闡述,以期為其他同類大型蓄水池工程提供借鑒和參考。


1 工程概況

1.項目簡介

為了解決庫爾納市的凈水供應問題,由日本國際協力機構和亞洲發展銀行共同在此地區投資修建包括巴格哈特地區 的取水渠、庫爾納地區的水處理廠和蓄水池以及相配套的分流管道工程。

本項目是其中的水處理廠和蓄水池部分,由容量為77.52 萬 m3 的蓄水池和日處理能力為11 萬m3 的水處理廠組成,總占地面積約23.1公頃。

蓄水池設計長348m,寬216m,深12m,包括土方開挖70萬m3,回填碎石3.15 萬m3;設計總長度 22m 拉森鋼板樁 2,700 根以及配套的鋼絞線與錨定塊共 340 組;砼磚砌護 坡1.7 萬m2。鋼板樁樁頂高程5.0m,底高程-17.0m;蓄水 池底高程-7.5m,砼磚砌護坡以 38°角從蓄水池底面下延伸至 -1.5m 標高,坡肩與鋼板樁水平距離為 3m,護坡由150mm厚砂墊層和 100mm 厚的砼預制塊組成,斷面圖如圖 1 所示。

鋼板樁圍堰2.jpg

2.工程地質條件

庫爾納地區位于孟加拉國西南部,此區域土層主要由粉 細砂、粉質黏土、含有有機質的淤泥土組成,這部分土天然含水量高、壓縮性強、孔隙比大、承載力低,蓄水池開挖范圍內的土層分布如下所示。

第一層,淤泥質粘土。表面呈灰色,軟塑,含有少量植物碎屑,有著較高的韌性、干強度,土層穩定,壓縮性高,層厚度在 4.5~16.5m 之間。

第二層,粉質砂。表面呈灰黃色,潮濕,層間含有粉土薄膜,有著較好的粘塑性,密實程度從松散到密實,砂質不純,層厚度在13.5~25.5m之間。


2 方案實施

1.鋼板樁選型

在項目開展前期,根據合同文件規范中的規定,鋼板樁 總長度為 22m,可選擇方案一:將 10m 與 12m 同類型鋼板樁對接焊接。方案二:22m 鋼板樁一次成型。兩種方案的優缺點對比如下:

(1)方案一: 將 10m與12m 同類型鋼板樁對接焊接

此方法的優點是運輸方便,制造工藝成熟。但缺點是施 工前需提供足夠的操作平臺進行對接焊接,可選擇在地面平焊或先打入一根 12m 鋼板樁再將另一根10m鋼板樁吊焊對接,此方案對施工平臺,焊接工藝,工人個人能力等要求較高,需花費時間成本和人力成本較大,且焊接處在斷面圖中所處的水平位置在蓄水池水位線以下,焊接的缺陷和不足會增加滲水、漏水的風險。此外,焊接處的剛度變化也會影響鋼板樁的受力分布,需進行額外的受力驗算。

(2)方案二: 一次成型 22m 鋼板樁

此方法的優點是一次成型,施工方便,節省場地資源。缺點是由于項目所在地運輸道路狹窄多彎,增加了鋼板樁的運輸難度和成本,且22m長鋼板樁一次性打入在孟加拉國尚屬首例,此前并沒有相關施打經驗,若在施打過程中無法控制其精準度則會造成工期延誤、資源浪費等不良后果。


(3)方案比選

從經濟的角度,方案一因鋼板樁拼接加工,人員設備等增加的成本遠大于方案二中鋼板樁因特殊運輸方式增加的成本。從技術角度,方案一對施工前鋼板樁的預處理工藝復雜,且需承擔較大的缺陷風險,方案二雖然對施工質量控制難度較大,但通過對當地地質資料分析,結合國內相關鋼板樁的施工案例對比,此方案具有足夠的可行性。


2.鋼板樁的運輸

22m長鋼板樁從臨時堆放場地轉運到施工場地是我項目面臨的一大難題。臨時堆放場地距離施工場地約4km,但因所經地道路狹窄,彎道較多,常規的拖車無法通行,我方決定使用由型鋼組裝而成的炮車運輸。由于載重限制,每輛炮車只能運送4根板樁,每次吊裝、運輸、卸貨總時長約 2~3h,每天最多4班,即16根鋼板樁。為滿足施工計劃每 天施打20根的基本要求,鋼板樁在施打前 1 個半月便開始轉運,最終在鋼板樁施工完成前全部成功轉運。

3. 鋼板樁型號及插打設備

圍堰采用的鋼板樁型號為 FSP-IV 型,即拉森IV型高強度鋼板樁,單根長度22m,單根寬度 40cm,截面參數見表1。


表1 鋼板樁截面參數

鋼板樁插打設備為日本伊丹工業株式會社公司的VM2-5000振動打樁錘,設備自帶動力,動力源90kW,最大可提供45t 的擊震力和30t的拔樁拉力。震動打樁錘同時配合QUY50B型號履帶式起重機使用,其最大起重量為 50t。

4.鋼板樁施工方法比選

鋼板樁的施工方法對工程質量、工期、安全的影響巨大, 常規的打樁方法分為為單獨打入法和屏風式打入法兩種,其優缺點對比如下:

(1)法一: 單獨打入法

從板樁墻的一角開始,逐塊打設,直至工程結束。其優 點是:施工簡便、迅速、不需要其他輔助支架。其缺點是: 易使板樁向一側傾斜,且誤差積累后不易糾正。

(2)法二: 屏風式打入法

將 10-20 根鋼板樁成排插入導架內,呈屏風狀,然后再分批施打。施打時先將屏風墻兩端的鋼板樁打至設計標高或一定深度,成為定位板樁,然后在中間按順序分 l/3、1/2 板樁高度呈階梯狀打入。屏風式打入法的優點是:可以減少傾斜誤差積累,防止過大的傾斜,能保證板樁墻的施工質量。 其缺點是:插樁的自立高度較大,對插樁的穩定和施工安全 要求較高,施打效率較低,對工期的影響較大。

(3)方案比選

為使打樁效率最大化、施工簡便且符合質量控制標準,我方決定首先對鋼板樁進行試打,即在使用導架的前提下對鋼板樁按一個方向逐根施打至10根,施打過程盡量控制其垂直度偏差,完成后測量其軸向垂直度,最終實驗結果為向 前進方向偏斜 0.22%,遠小于規范中 1.3%的要求,故我方最終選擇此打樁方法,按此方法繼續施打所造成的累計誤差的控制將在后文中敘述。


3 質量控制


1.鋼板樁的檢驗

在施工現場首先應對到場的鋼板樁進行外觀檢驗,以便對不合要求的鋼板樁進行矯正,以減少打樁過程中的困難。檢驗表面缺陷、長度、寬度、厚度、端部矩形比、平直度和鎖口形狀等項內容。同時應清理鎖口間的雜物、觀察鎖口是否變形,需注意的是對打入鋼板樁有影響的焊接件應予以割 除,割孔、斷面缺損的應予以補強處理。

2.鋼板樁的插打施工

(1)鋼板樁的軸線控制

項目采用單層雙面工字鋼圍檁導向架,由導梁和圍檁樁 構成。施工中應經常檢查并保證導向架中心線在設計的鋼板 樁軸線上,若有偏離則應及時移動恢復,以確保導向架在鋼 板樁軸線上。


(2)鋼板樁的垂直度控制

為了保證插打位置的準確,第一根鋼板樁插打是關鍵。插打時應在互相垂直的 2 個方向用經緯儀進行觀測,以確保鋼板樁插正、插直。每施打 1~2m 需進行一次觀測,若垂直度出現較大偏差,應及時停止施打并拔起一定的深度經調整后繼續施打。

在插打過程中,鋼板樁下端向內側擠壓,由于鋼板樁鎖口之間具有縫隙,上端會向遠離第一根鋼板樁的方向傾斜。 因此,超過限定傾斜度應進行糾偏,當鋼板樁偏移太大時,可采用多次糾偏的方法逐步減小偏移量。

(3) 插打的標高控制

由于項目所在地為軟土地基,在打入過程中可能發生將鄰樁帶入情況。為防止發生此種情況,可以將相鄰的數根樁焊接在一起,并在連接鎖口上涂抹黃油,起到一定潤滑作用。 此外,在施打過程中接近標高位置時應減小施打速率并控制好停止時間。施打完成后每 5~10 根測量一次樁頂標高,以方便為后面打樁高度做適當調整。

(4)圍堰拉森鋼板樁的合攏

為了便于合攏,合攏處的兩片鋼板樁應一高一低。合攏時往往出現兩片鋼板樁之間的距離上小下大的情況,此時可用電動葫蘆將之向兩邊拉開,直到合攏處的兩片鋼板樁樁頂的距離等于鋼板樁寬度為止,在接近平行時,再將合攏樁插 入,打到設計標高。


3.鋼板樁變形監測

利用項目現有的水準儀和經緯儀對鋼板樁外地表沉降和鋼板樁頂點水平位移進行測量。水準儀用于測量地面和開挖過程控制標高以及施工中的沉降,經緯儀用于測量在鋼板樁 頂不同位置的施工控制點的水平位移,以確保鋼板樁的變形處于合理范圍之內。


4 常見問題


1.鋼板樁傾斜糾偏

鋼板樁在施打過程中由于側面土壓力的影響會使鋼板樁 上部向前進方向偏斜,累計誤差的增加會造成鋼板樁垂直度 有超過規定值的趨勢,本項目所使用的糾偏措施如下:

(1)用葫蘆和鋼索拉緊已打入的鋼板樁,這樣可使鋼板 樁上部向后拉回一微小位移,同時可避免在打樁時帶動前邊 已打入的樁一起向前進方向傾斜;當鋼板樁打入一定深度時, 拉鋼板樁的葫蘆已變松,此時可再次拉緊葫蘆,將鋼板樁打至設計高程。

(2)打樁錘的功率選擇應適當,適當放慢鋼板樁的入土速度,鋼板樁打入一定深度后向上提升一定高度再向下打,幾次反復,最終將鋼板樁打至設計高程,以減小鋼板樁下部 的偏轉和彎曲。

(3)打樁時使振動錘的打擊方向略微傾斜。

(4)由于本項目的鋼板樁作為永久結構物的特殊性,為達到良好的防水止水效果、良好的整體一致性,不建議使用異形板樁調整軸向傾斜。

2.鋼板樁打入遇障礙物

雖然本項目所在地土質以淤泥質黏土和粉細砂為主,但由于蓄水池鋼板樁施工范圍過大,在打入過程中難免遇到底層大的石塊等障礙物,此類障礙物可能導致鋼板樁偏斜或難以打入。

解決此類問題的方法為:在遇到障礙物的位置將鋼板樁往上拔 1.0~2.0m,再往下錘進,如此上下往復數次,可使大的塊石被震碎或使其發生位移,讓鋼板樁能以正確的位置繼續打入。

3.鋼板樁圍堰的開口

本項目的鋼板樁圍堰完成后頂標高為 5.0m,比原地面 1.5m 高出 3.5m,為保證在鋼板樁圍堰合攏后人員車輛在施 工期間可以繼續進入蓄水池內工作,鋼板樁在施工過程中需 提前布置開口的位置并做好相關準備。

本項目采用的是階梯打樁法,如圖3。



由于振動錘的構造所限,兩根相鄰的鋼板樁最大高度差為 0.5m 左右,通過計算至少需要 8 根鋼板樁下降,然后保持高度施打至開口所需的寬度再通過施打 7 根鋼板樁上升至設計標高。所有處于開口段的鋼板樁在將來完成蓄水池的土方工程及其他相關工作后將被逐個拔出至設計標高。


5 鋼板樁工程總結


綜上所述,在蓄水池工程中采用 22m 長拉森鋼板樁,其適應性與實用性良好。此外,此類型鋼板樁施工在孟加拉地區史無前例,其按期完工不僅使項目部取得了較好的經濟和社會效益,也豐富了我方與孟方施工人員的鋼板樁施工經驗。


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