探索格型鋼板樁結構技術的應用
發布時間：2010-01-14 共2頁
廣州港新沙一期1#~5#泊位水工工程，是我國首次應用鋼板樁格型結構技術，利用世界銀行貸款、按FIDIC條款建設的國家“七.五”重點工程。本工程3.5萬噸級泊位5個，長1030m，由43個直徑為21m的鋼板樁主格體和42個副連接弧組成。工期26個月。工程前期因適應FIDIC條款監理方式較慢，工期拖后半年，格型結構技術應用遇到的技術難題，使形勢變得更加嚴峻。省、市領導對此給予很重視。在新沙工程領導小組的領導下，業主、監理和承包商各方都給予高度重視，對基槽回填砂振沖密實、格體的吊運定位和沉樁等關鍵工序，監理工程師與承包商共同研究，積極主動提出了很多好建議，這些建議在實際施工過程中證明是有效的。格型結構技術的成功應用，使工程順利按合同規定的質量標準和工期完成，工程質量經交通部組織的竣工驗收評定為優良。
廣州港開創了我國成功應用格型結構技術的先例，其優越性在我國將會得到充分的認識。
1 簡介
格型結構的鋼板樁分直腹式鋼板樁和淺弧式鋼板樁。格型結構可以是帶連接弧的格體，也可以是有共同直隔板的隔板式格體。格體用30°Y樁或90°T樁（下稱異形樁）來連接付弧，30°Y樁連接使格體留有較的空格并減少格體中的環向拉力。隔板式格型結構用120°Y樁連接。格型結構通常有4 根異形樁。異形樁由鋼板樁通過焊接、鉚接或高強螺栓連接而成。
2 鋼板樁檢查和基礎開挖
在格型結構開始安裝之前，檢查鋼板樁的直線度、鎖口形狀、鋼板樁形狀和疊層裂紋。如果這項檢查工作不認真仔細，那么在插樁時樁將插不下，或在打樁時把樁打出了鎖口。
因此用2m長同樣形狀的鎖口，通過每一根鋼板樁的鎖口來檢查鋼板樁的直線度，并報廢沿鋼板樁鎖口局部有扭結、或過分彎曲或翹曲的鋼板樁。每一個鋼板樁鎖口必須干凈無雜物，噴砂除銹和噴涂防護油漆施工時所粘帶的鐵砂和油漆必須清除干凈。
用卡尺抽檢鋼板樁鎖口尺寸的容許誤差。這個檢查是要保證鎖口的拇指不太或太小，以及拇指和手指之間開口也不太寬或太窄。滿足測量容許誤差的鎖口，能較好地提供所必須的鎖口強度，并給格型結構相連樁之間最角度的搖擺和密封度。合適的鋼板樁鎖口容許誤差為（E270SP或E360SP或E390SP）：拇指寬度最 33mm,最小 25mm;槽開口最20mm,最小15mm。
進行肉眼很難看見的疊層裂紋檢查，它常以一條黑線或開口裂紋的形式在樁的端部、吊孔、鎖口范圍出現。報廢任何有疊層裂紋的鋼板樁。雖然當疊層裂紋平行板寬時它并不降低鋼板樁的強度，但是，有疊層裂紋的鋼板樁，因其疊層裂紋可能橫跨板寬或與板寬成一角度，在格型結構的抗拉荷載的作用下會造成強度上的失敗。
檢查每一根異形樁的尺寸和連接。當異形樁通過焊接制作而成時，要仔細檢查焊接質量，防止格型結構在回填填充料后在焊接異形樁處出現強度失敗。
把阻礙格體樁施打的卵石、沉積物、纖積物和影響格型結構承載力及穩定的淤泥或其他不理想的土層挖除掉，并回填易于沉樁的中粗砂。
對直腹式和淺弧式鋼板樁，打樁深度不應超過6m，減少到3m則更有利，因為基礎開挖通常比把樁打入同樣的深度經濟，且較小打樁深度可得到較好形狀的格體，而過份打樁常把樁打出鎖口或樁底部卷曲。對密實的砂基礎打樁深度應盡可能低于3m，對硬粘土基礎應低于2m。
3 施工導架、吊具和施工設備
3．1 鋼 圍 囹
鋼圍囹用于將鋼板樁準確地安裝在格型結構中。鋼圍囹的外徑要比格體的內徑小50cm，以給鋼板樁的插樁提供足夠的搖擺和旋轉空間，以及振動錘夾頭通過的空間，同時也避免格體安裝完畢吊出鋼圍囹時碰撞格體樁。
插樁時在鋼圍囹上下環與格體樁之間，用一個木定距塊來把鋼板樁臨時定位撐牢，以保證格體的圓度。
鋼圍囹有4個或更多的定位井，使承力管樁可穿過定位井，在鋼圍囹或格體精確定位后，將承力管樁打至一個堅固的持力層以承擔鋼圍囹的重量。
鋼圍囹和定位管樁的連接采用千斤頂抱箍和鋼鍥吊擔兩種雙重保險傳力機構。鋼鍥吊耳即傳力桿是可活動的螺栓桿，可以調整鋼鍥至鋼圍囹的距離以適應定位管樁可能打到不同的深度。千斤頂抱箍能在格體基礎不很平整的情況下保證鋼圍囹的精確定位，鋼鍥吊擔在千斤頂可能因長時間作業而回油或因電力問題時，將鋼圍囹的重量傳給定位管樁。
格體和連接弧的導架均可在其上下環處做成內外環，外環可相對于內環外伸和內縮。這樣做可適應格體直徑的變化和給樁錘打樁空間，對連接弧來說，可調整出合適的連接弧。
3．2 付弧導架
付弧導架是由已安裝好后的格體樁支承的。付弧導架應考慮兩個格體的4根異形樁可能的偏位而在格體縱軸方向留有30~40cm的空間。
3．3 格體吊具
采用陸上拼裝格體方案必須用一個吊具把每一根格體樁連同鋼圍囹一起吊運至安裝地點。鋼板樁在插樁前，應在每一根樁高出水面的部位標出樁的長度刻度標志以便沉樁觀測。21m長的直復樁采用一點吊沒問題。21~26m的直復樁采用一點吊須小心作業以防鋼板樁超過屈服極限。
3．4 水上插打樁設備
采用兩艘打樁船，一艘吊起鋼圍囹和定位管樁，另一艘在鋼圍囹定好位后將定位管樁沉至持力層。打樁船最好是雙鉤吊，以便于對閉合后的鋼板樁進行“搖擺”作業，使鋼板樁形成恰當的閉合弧并避免鋼板樁鎖口的扭結。在最低插樁水位時，打樁船吊臂吊鉤處到水下基礎的高度應至少有兩倍鋼板樁長度。
3．5 陸上拼裝格體設備和吊運安裝設備
采用塔吊進行陸上拼裝格體，塔吊吊臂高度應于兩倍最樁長。吊運設備必需有足夠的起重能力。新沙一個格體起吊重量為303t（格體樁重157t、鋼圍囹重70t、4根定位管樁重24t、吊索具重33t、平衡塊19t），采用500t浮吊吊運安裝。
4 安裝定位控制
4．1 水上插打樁時鋼圍囹的定位
在定位管樁吊離水下基礎的狀態下進行定位。由2臺經緯儀交會鋼圍囹中心點鋼筋標桿，同時其中的1臺經緯儀初核1根異形樁的位置。在鋼圍囹中心點對中后，同時松開抱箍定位管樁的千斤頂，讓定位管樁自由下落于水下基礎上，再將定位管樁沉至能支承鋼圍囹重量的持力深度，然后將鋼圍囹降低至所需的標高并用鋼鍥鎖牢。
鋼圍囹定位精度控制在10cm之內可施工得到恰當形狀的格型結構。在鋼圍囹定位后，用經緯儀在鋼圍囹上下環上放出4根異形樁的位置方向。注意，鋼圍囹上下環直徑比格體樁的直徑小。
4．2 格體的安裝定位
安裝格體之前先對欲安裝格體的水下基礎進行清淤。若不清淤，淤泥夾層將降低格體的抗滑抗傾力。安裝后的格體應滿足格體樁的平面位置容許偏差及法向切向垂直度和格體圓度要求。要滿足這些要求必須考慮以下三點應對措施：
a. 格體的拼裝直徑，因鋼板樁互鎖后鎖口孔隙有所收緊使鋼板樁的連接寬度比其標稱寬度增，進而比格體理論直徑增。如E360之R500J9.5、E390之R500J12.7的標稱寬為500mm，實際連接寬度因鎖口收緊程度不同為500~512mm。陸上拼裝格體的鋼板樁實際連接寬度為506mm。鋼圍囹和吊具的直徑必須按鋼板樁的拼裝實際連接寬度計算考慮。只按格體理論直徑考慮的施工導架，將難以得到恰當形狀的格型結構。格體回填后因鎖口收緊程度不同鋼板樁實際連接寬度為508~512mm。因格體的實際直徑增，格體的軸心距也相應增。
b. 格體樁和鋼圍囹的水平相對位置，在定位安裝過程中必須保持不變。用木定距塊在鋼圍囹上下環處，把每一根鋼板樁和鋼圍囹撐緊使它們成為一個整體，使之不會因風浪水流的沖擊而發生相對位移。
c. 在定位安裝過程中，必須保持格體樁的切向和法向垂直度。當格體因樁長度或厚度不統一而不是一個重量對稱體時，必須配平衡塊以保持格體的垂直度。
做到以上三點后，就可將格體當作一個圓柱體來定位。
在格體吊運安裝前，將臨時固定裝置移去。格體吊起后，格體樁和鋼圍囹在垂直方向上是可以相對滑動的。用2臺經緯儀對格體的三根異形樁進行定位，其中一臺經緯儀控制海側2根異形樁，另一臺經緯儀則交會1根海側異形樁并觀測1根陸側異形樁。注意格體的移動因水的阻力作用比浮吊移動稍慢。
格體在潮汐水域中安裝必須選擇在流速較緩的平潮期進行，且應在較急的漲潮或退潮到來之前，有足夠的時間來將格體樁打入基礎中至少1m，使格體初步具有抵擋漲退潮水沖擊保持不變位的錨固力。
風會產生對水中較物體的波浪作用。如果預測將有5級風出現，則應停止水上安裝格體。
格體的定位受到定位時風、波浪、潮流、過往速度較快的船舶引起的陣浪和定位浮吊的錨固能力等眾多不可預見因素影響。格體定位的關鍵是控制海側2根異形樁的平面位置偏差為主，陸側異形樁為輔。異形樁平面位置偏差海側≤10 cm、陸側≤15cm時能得到較為滿意的格型結構。原則上格體定位寧可偏向陸側也不偏向海側以保證碼頭前沿線。實際定位可根據定位時漲潮或退潮的潮流方向有意識做些超前偏位3~5cm。
4．3 格體定位過程控制
a. 定位時格體及鋼圍囹的四根定位管樁吊離水下基礎的距離盡可能小，且保持格體樁垂直。在格體已定位于容許誤差之內后，同時松開包箍四根定位管樁的千斤頂，使定位管樁自由垂直下落于水下基礎上。
b. 再次觀測格體定位偏差。若此時偏差已超出容許范圍，那么降低鋼圍囹和格體重新包箍定位管樁并重復a項定位過程，直到定位管樁落到基礎上時格體仍在容許偏差之內。
c. 將定位管樁打下基礎，把鋼圍囹降低于所要求的標高并用鋼鍥將其鎖牢，再緩緩將格體降到基礎上。
d. 此時第三次觀測格體的定位偏差。如果格體的定位偏差超過了容許誤差，那么必須將格體及定位管樁拔起，重復a、b、c、d項的定位。一般來說，此種情況只有當管樁落于基礎上或打管樁時突然遇到的陣風或過往速度較快的船舶引起的巨浪或不可預料的潮流才會發生。如果偏位仍然理想，那么可解去格體及鋼圍囹的吊索，進行打樁作業。
廣州港開創了我國成功應用格型結構技術的先例，其優越性在我國將會得到充分的認識。
1 簡介
格型結構的鋼板樁分直腹式鋼板樁和淺弧式鋼板樁。格型結構可以是帶連接弧的格體，也可以是有共同直隔板的隔板式格體。格體用30°Y樁或90°T樁（下稱異形樁）來連接付弧，30°Y樁連接使格體留有較的空格并減少格體中的環向拉力。隔板式格型結構用120°Y樁連接。格型結構通常有4 根異形樁。異形樁由鋼板樁通過焊接、鉚接或高強螺栓連接而成。
2 鋼板樁檢查和基礎開挖
在格型結構開始安裝之前，檢查鋼板樁的直線度、鎖口形狀、鋼板樁形狀和疊層裂紋。如果這項檢查工作不認真仔細，那么在插樁時樁將插不下，或在打樁時把樁打出了鎖口。
因此用2m長同樣形狀的鎖口，通過每一根鋼板樁的鎖口來檢查鋼板樁的直線度，并報廢沿鋼板樁鎖口局部有扭結、或過分彎曲或翹曲的鋼板樁。每一個鋼板樁鎖口必須干凈無雜物，噴砂除銹和噴涂防護油漆施工時所粘帶的鐵砂和油漆必須清除干凈。
用卡尺抽檢鋼板樁鎖口尺寸的容許誤差。這個檢查是要保證鎖口的拇指不太或太小，以及拇指和手指之間開口也不太寬或太窄。滿足測量容許誤差的鎖口，能較好地提供所必須的鎖口強度，并給格型結構相連樁之間最角度的搖擺和密封度。合適的鋼板樁鎖口容許誤差為（E270SP或E360SP或E390SP）：拇指寬度最 33mm,最小 25mm;槽開口最20mm,最小15mm。
進行肉眼很難看見的疊層裂紋檢查，它常以一條黑線或開口裂紋的形式在樁的端部、吊孔、鎖口范圍出現。報廢任何有疊層裂紋的鋼板樁。雖然當疊層裂紋平行板寬時它并不降低鋼板樁的強度，但是，有疊層裂紋的鋼板樁，因其疊層裂紋可能橫跨板寬或與板寬成一角度，在格型結構的抗拉荷載的作用下會造成強度上的失敗。
檢查每一根異形樁的尺寸和連接。當異形樁通過焊接制作而成時，要仔細檢查焊接質量，防止格型結構在回填填充料后在焊接異形樁處出現強度失敗。
把阻礙格體樁施打的卵石、沉積物、纖積物和影響格型結構承載力及穩定的淤泥或其他不理想的土層挖除掉，并回填易于沉樁的中粗砂。
對直腹式和淺弧式鋼板樁，打樁深度不應超過6m，減少到3m則更有利，因為基礎開挖通常比把樁打入同樣的深度經濟，且較小打樁深度可得到較好形狀的格體，而過份打樁常把樁打出鎖口或樁底部卷曲。對密實的砂基礎打樁深度應盡可能低于3m，對硬粘土基礎應低于2m。
3 施工導架、吊具和施工設備
3．1 鋼 圍 囹
鋼圍囹用于將鋼板樁準確地安裝在格型結構中。鋼圍囹的外徑要比格體的內徑小50cm，以給鋼板樁的插樁提供足夠的搖擺和旋轉空間，以及振動錘夾頭通過的空間，同時也避免格體安裝完畢吊出鋼圍囹時碰撞格體樁。
插樁時在鋼圍囹上下環與格體樁之間，用一個木定距塊來把鋼板樁臨時定位撐牢，以保證格體的圓度。
鋼圍囹有4個或更多的定位井，使承力管樁可穿過定位井，在鋼圍囹或格體精確定位后，將承力管樁打至一個堅固的持力層以承擔鋼圍囹的重量。
鋼圍囹和定位管樁的連接采用千斤頂抱箍和鋼鍥吊擔兩種雙重保險傳力機構。鋼鍥吊耳即傳力桿是可活動的螺栓桿，可以調整鋼鍥至鋼圍囹的距離以適應定位管樁可能打到不同的深度。千斤頂抱箍能在格體基礎不很平整的情況下保證鋼圍囹的精確定位，鋼鍥吊擔在千斤頂可能因長時間作業而回油或因電力問題時，將鋼圍囹的重量傳給定位管樁。
格體和連接弧的導架均可在其上下環處做成內外環，外環可相對于內環外伸和內縮。這樣做可適應格體直徑的變化和給樁錘打樁空間，對連接弧來說，可調整出合適的連接弧。
3．2 付弧導架
付弧導架是由已安裝好后的格體樁支承的。付弧導架應考慮兩個格體的4根異形樁可能的偏位而在格體縱軸方向留有30~40cm的空間。
3．3 格體吊具
采用陸上拼裝格體方案必須用一個吊具把每一根格體樁連同鋼圍囹一起吊運至安裝地點。鋼板樁在插樁前，應在每一根樁高出水面的部位標出樁的長度刻度標志以便沉樁觀測。21m長的直復樁采用一點吊沒問題。21~26m的直復樁采用一點吊須小心作業以防鋼板樁超過屈服極限。
3．4 水上插打樁設備
采用兩艘打樁船，一艘吊起鋼圍囹和定位管樁，另一艘在鋼圍囹定好位后將定位管樁沉至持力層。打樁船最好是雙鉤吊，以便于對閉合后的鋼板樁進行“搖擺”作業，使鋼板樁形成恰當的閉合弧并避免鋼板樁鎖口的扭結。在最低插樁水位時，打樁船吊臂吊鉤處到水下基礎的高度應至少有兩倍鋼板樁長度。
3．5 陸上拼裝格體設備和吊運安裝設備
采用塔吊進行陸上拼裝格體，塔吊吊臂高度應于兩倍最樁長。吊運設備必需有足夠的起重能力。新沙一個格體起吊重量為303t（格體樁重157t、鋼圍囹重70t、4根定位管樁重24t、吊索具重33t、平衡塊19t），采用500t浮吊吊運安裝。
4 安裝定位控制
4．1 水上插打樁時鋼圍囹的定位
在定位管樁吊離水下基礎的狀態下進行定位。由2臺經緯儀交會鋼圍囹中心點鋼筋標桿，同時其中的1臺經緯儀初核1根異形樁的位置。在鋼圍囹中心點對中后，同時松開抱箍定位管樁的千斤頂，讓定位管樁自由下落于水下基礎上，再將定位管樁沉至能支承鋼圍囹重量的持力深度，然后將鋼圍囹降低至所需的標高并用鋼鍥鎖牢。
鋼圍囹定位精度控制在10cm之內可施工得到恰當形狀的格型結構。在鋼圍囹定位后，用經緯儀在鋼圍囹上下環上放出4根異形樁的位置方向。注意，鋼圍囹上下環直徑比格體樁的直徑小。
4．2 格體的安裝定位
安裝格體之前先對欲安裝格體的水下基礎進行清淤。若不清淤，淤泥夾層將降低格體的抗滑抗傾力。安裝后的格體應滿足格體樁的平面位置容許偏差及法向切向垂直度和格體圓度要求。要滿足這些要求必須考慮以下三點應對措施：
a. 格體的拼裝直徑，因鋼板樁互鎖后鎖口孔隙有所收緊使鋼板樁的連接寬度比其標稱寬度增，進而比格體理論直徑增。如E360之R500J9.5、E390之R500J12.7的標稱寬為500mm，實際連接寬度因鎖口收緊程度不同為500~512mm。陸上拼裝格體的鋼板樁實際連接寬度為506mm。鋼圍囹和吊具的直徑必須按鋼板樁的拼裝實際連接寬度計算考慮。只按格體理論直徑考慮的施工導架，將難以得到恰當形狀的格型結構。格體回填后因鎖口收緊程度不同鋼板樁實際連接寬度為508~512mm。因格體的實際直徑增，格體的軸心距也相應增。
b. 格體樁和鋼圍囹的水平相對位置，在定位安裝過程中必須保持不變。用木定距塊在鋼圍囹上下環處，把每一根鋼板樁和鋼圍囹撐緊使它們成為一個整體，使之不會因風浪水流的沖擊而發生相對位移。
c. 在定位安裝過程中，必須保持格體樁的切向和法向垂直度。當格體因樁長度或厚度不統一而不是一個重量對稱體時，必須配平衡塊以保持格體的垂直度。
做到以上三點后，就可將格體當作一個圓柱體來定位。
在格體吊運安裝前，將臨時固定裝置移去。格體吊起后，格體樁和鋼圍囹在垂直方向上是可以相對滑動的。用2臺經緯儀對格體的三根異形樁進行定位，其中一臺經緯儀控制海側2根異形樁，另一臺經緯儀則交會1根海側異形樁并觀測1根陸側異形樁。注意格體的移動因水的阻力作用比浮吊移動稍慢。
格體在潮汐水域中安裝必須選擇在流速較緩的平潮期進行，且應在較急的漲潮或退潮到來之前，有足夠的時間來將格體樁打入基礎中至少1m，使格體初步具有抵擋漲退潮水沖擊保持不變位的錨固力。
風會產生對水中較物體的波浪作用。如果預測將有5級風出現，則應停止水上安裝格體。
格體的定位受到定位時風、波浪、潮流、過往速度較快的船舶引起的陣浪和定位浮吊的錨固能力等眾多不可預見因素影響。格體定位的關鍵是控制海側2根異形樁的平面位置偏差為主，陸側異形樁為輔。異形樁平面位置偏差海側≤10 cm、陸側≤15cm時能得到較為滿意的格型結構。原則上格體定位寧可偏向陸側也不偏向海側以保證碼頭前沿線。實際定位可根據定位時漲潮或退潮的潮流方向有意識做些超前偏位3~5cm。
4．3 格體定位過程控制
a. 定位時格體及鋼圍囹的四根定位管樁吊離水下基礎的距離盡可能小，且保持格體樁垂直。在格體已定位于容許誤差之內后，同時松開包箍四根定位管樁的千斤頂，使定位管樁自由垂直下落于水下基礎上。
b. 再次觀測格體定位偏差。若此時偏差已超出容許范圍，那么降低鋼圍囹和格體重新包箍定位管樁并重復a項定位過程，直到定位管樁落到基礎上時格體仍在容許偏差之內。
c. 將定位管樁打下基礎，把鋼圍囹降低于所要求的標高并用鋼鍥將其鎖牢，再緩緩將格體降到基礎上。
d. 此時第三次觀測格體的定位偏差。如果格體的定位偏差超過了容許誤差，那么必須將格體及定位管樁拔起，重復a、b、c、d項的定位。一般來說，此種情況只有當管樁落于基礎上或打管樁時突然遇到的陣風或過往速度較快的船舶引起的巨浪或不可預料的潮流才會發生。如果偏位仍然理想，那么可解去格體及鋼圍囹的吊索，進行打樁作業。
