長(zhǎng)江干堤防滲鋼板樁施工技術(shù)探討

長(zhǎng)正水利委會(huì)長(zhǎng)江工程建設(shè)局 孫昕

摘要：通過(guò)對(duì)鋼板樁首次應(yīng)用于長(zhǎng)江堤防介紹入手，筆者從鋼板樁理論計(jì)算數(shù)量小于實(shí)際使用數(shù)量的現(xiàn)象人手，分析出主要原因是鋼板樁偏斜造成、提出合理控制超理論鋼板數(shù)量應(yīng)注意的問題。對(duì)偏斜產(chǎn)生的不利影響、鋼板樁空間狀態(tài)的測(cè)量、產(chǎn)生偏斜的因素、偏斜的方法和控制等方面進(jìn)行了分析。

1998年夏季，長(zhǎng)江流域發(fā)生自1954年以來(lái)的又一次全流域性大洪水，長(zhǎng)江中下游堤防險(xiǎn)情不斷，洪災(zāi)損失嚴(yán)重，引起了包括日本在內(nèi)的國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注。針對(duì)堤基滲流引起的各種險(xiǎn)情，日本駐華使館照會(huì)外經(jīng)貿(mào)部和水利部，就利用日本政府無(wú)償援助資金緊急實(shí)施長(zhǎng)江堤防鋼板樁加固示范項(xiàng)目提出了建議。

經(jīng)過(guò)充分準(zhǔn)備工作后，外經(jīng)貿(mào)部與日方簽署了“中國(guó)長(zhǎng)江大堤加固計(jì)劃”項(xiàng)目的政府換文。根據(jù)協(xié)議，日本政府將向中國(guó)提供14.57億日元限額(約合人民幣1億元）的無(wú)償援助。

鋼板樁用于長(zhǎng)江干堤防滲，是我國(guó)長(zhǎng)江堤防防滲首次應(yīng)用，在實(shí)踐中，如何認(rèn)識(shí)鋼板樁打入地層后，空間狀態(tài)及其影響的諸多因素，亦是施工技術(shù)的關(guān)鍵，直接影響到施工質(zhì)量，合攏成敗、生產(chǎn)成本等方面。

根據(jù)截面形狀不同鋼板樁主要分“一”型，“Z”型，“U"型等。此次應(yīng)用的是FSP-IVA型“U”型鋼板，板厚14-16m，材料為低碳高錳鋼材料，設(shè)備主要采用60-90KW電動(dòng)錘，錘與鋼板采用電動(dòng)錘液壓夾板聯(lián)接，主要設(shè)備還有55-80噸履帶吊機(jī),200-300kVA柴油發(fā)電機(jī)、電器、液壓控制箱等組成。

鋼板打入后的空間狀態(tài)，由相互平行和垂直于鋼板防滲墻軸線的參數(shù)和繞鋼板樁中心軸線扭轉(zhuǎn)角度描述(以下統(tǒng)稱為偏斜)。從施工工藝看，相對(duì)鋼板樁位置和軸線的傾斜和扭轉(zhuǎn)是難以避免的，如果注意技術(shù)上的控制是完全可以減緩其發(fā)展趨勢(shì)，降低項(xiàng)目成本。

1偏斜產(chǎn)生的不利影響

①鋼板柱的總數(shù)量增加

如地表水平距離100m，每根樁相互嵌合后寬度為0.4m，理論計(jì)算總量為2500根，其實(shí)際往往大于2500根，這主要是偏斜產(chǎn)生的影響。根據(jù)客觀影響，實(shí)際數(shù)與理論數(shù)比值應(yīng)控制在1.006-1.013之間。

②異型鋼板的數(shù)量增加

打入鋼板樁的正常傾斜趨勢(shì)是向未打入的軸方向傾斜。一但偏斜達(dá)到1%時(shí)，為了施工的效率和質(zhì)量，應(yīng)插打異型糾斜鋼板樁，該鋼板樁上窄下寬，長(zhǎng)20m。該糾斜度一般為1%。異型糾斜鋼板樁造價(jià)高，且不能一次性軋制而成，必須進(jìn)行專業(yè)工廠或現(xiàn)場(chǎng)加工制作。因此，控制偏斜減少異型糾斜鋼板樁的使用數(shù)量，也是技術(shù)控制的難點(diǎn)。

③合攏口鋼板樁施工難度增大

為滿足工期，提高工作效率。往往一個(gè)單位工程，一條軸線上有2~3臺(tái)機(jī)組同時(shí)施工，最后進(jìn)行鋼板樁防滲墻的合攏口連接，使防滲墻連成整體。合攏是否順利可靠，與合攏口附近鋼板樁空間狀態(tài)或偏斜度關(guān)系密切，筆者實(shí)踐中，進(jìn)行過(guò)三次合攏，合攏時(shí)間分別為7分鐘、60分鐘、2040分鐘，其差異如此之大，主要與合攏口兩邊鋼板樁的偏斜程度和對(duì)偏斜量準(zhǔn)確測(cè)量相關(guān)。

2鋼板樁空間狀態(tài)的測(cè)量

鋼板樁應(yīng)控制A-A(法線方向)；B-B(軸線方向)；和T轉(zhuǎn)角的三個(gè)參數(shù)。實(shí)際中的鋼板樁插打開始、中間、終了的三級(jí)控制一般是通過(guò)地表的觀測(cè)和測(cè)量進(jìn)行。打入的狀態(tài)必須結(jié)合測(cè)量參數(shù)和同類地層插打的難易程度綜合判斷分析。

①)A-A；B-B方向的測(cè)量：開始吊機(jī)自由懸夾鋼板樁插入已打入鋼板樁的嵌合槽內(nèi)，對(duì)A-A向和B-B向，同時(shí)用重垂線校準(zhǔn)垂直度。利用地表施工導(dǎo)架和契塊調(diào)整鋼板機(jī)的偏轉(zhuǎn)角度。在施打的全過(guò)程中，隨時(shí)檢查校正。鋼板上端插打至地表1-2m時(shí)，用重垂儀和鋼尺測(cè)算兩個(gè)方向的偏斜值，如超過(guò)指標(biāo)，拔出調(diào)整后打入。

‚塊鋼板樁嵌合口狀態(tài)控制：為正常相平行的兩塊鋼板樁的嵌合狀態(tài)，嵌合處周圍均有一定間隙。如鋼板樁偏斜，根據(jù)偏斜狀態(tài)的不同，該間隙會(huì)發(fā)生變化。如果上部A-A向和B-B向兩個(gè)方向已校準(zhǔn)，其間隙可以分析已打入地下鋼板樁的偏斜狀態(tài)。

③鋼板樁打入時(shí)間分析：通過(guò)打入時(shí)間的對(duì)比分析，可以排除地層，正常嵌合摩擦力、操作方法等影，當(dāng)實(shí)際打入時(shí)間，較正常太長(zhǎng)時(shí)，說(shuō)明此鋼板樁打入后空間狀態(tài)在惡化，必須采取技術(shù)措施。

3產(chǎn)生偏斜的因素

①地層因素：當(dāng)打入的過(guò)程中，遇到軟、硬互層，且層面與水平的夾角較大(一般>350)，在此層位易產(chǎn)生鋼板樁的傾斜，如果遇到較大卵石、塊石，還會(huì)發(fā)生沿其縫隙偏斜。

②操作因素：主要是打入速度的控制，兩個(gè)方向垂直度調(diào)整信息傳送的準(zhǔn)確、及時(shí)，鋼板樁地表定位等方面的影響。對(duì)易產(chǎn)生偏斜的地層和部位，如不控制打入速度，會(huì)造成偏斜趨勢(shì)加快，對(duì)后面的施工和糾偏帶來(lái)困難，垂直度控制信號(hào)員與吊機(jī)手，在信息傳送過(guò)程，應(yīng)注意力集中，傳送視線無(wú)障礙，手勢(shì)明確，達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)整。地表導(dǎo)向架，定位塊是控制鋼板樁軸線偏差和糾轉(zhuǎn)偏差的機(jī)具。如導(dǎo)向架測(cè)量定位不準(zhǔn)或定位塊磨損后不及時(shí)修復(fù)，就難以控制偏斜，影響施工質(zhì)量。

③勞動(dòng)定額管理因素：鋼板樁正確打入的技術(shù)要求，應(yīng)在勞動(dòng)定額中充分體現(xiàn)，如僅為提高工作效率，盲目提高插打速度，必然使樁的偏斜加大、加快。一般以兩根異型糾斜樁間正常鋼板樁打入的數(shù)量衡量，相同客觀條件下，數(shù)量越少，說(shuō)明質(zhì)量控制越差。因此，勞動(dòng)定額中，應(yīng)對(duì)異型糾偏鋼板樁使用數(shù)量，納入定額管理，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出合理的勞動(dòng)定額管理辦法。

④設(shè)備因素：如不考慮地層、操作等條件，鋼板樁插打的主要影響設(shè)備是電動(dòng)振動(dòng)錘。該設(shè)備采用90kW和60KW兩種，在插打阻力較大時(shí),90KW錘工作效率明顯強(qiáng)于60KW振動(dòng)錘，在現(xiàn)場(chǎng)打余留的樁頭，得以充分體現(xiàn)。但施工中如使用90KW錘不當(dāng)，易造成嚴(yán)重的質(zhì)量問題。大功率錘由于打入能力強(qiáng)，當(dāng)感覺插打困難時(shí)，樁的偏斜程度已十分嚴(yán)重了，在現(xiàn)場(chǎng)曾經(jīng)為其偏斜連續(xù)使用過(guò)三根異型糾斜鋼板。

4偏斜的方法和控制

異型糾斜鋼板樁的正確使用就是適時(shí)應(yīng)用和數(shù)量的控制。當(dāng)?shù)貙印⒉僮鞣椒ǖ葪l件確定后i，糾斜鋼板的數(shù)量就已經(jīng)確定。保證該類鋼板樁的數(shù)量和質(zhì)量，是工作效益的可靠保證。從應(yīng)用范圍看，鋼板樁主要用于護(hù)岸、圍堰、圍井、防滲、基坑支護(hù)。由于其工藝特點(diǎn)，偏斜是不可避免的，在滿足質(zhì)量、工期的前提下少用糾斜鋼板樁，有益于降低成本提高效益。因此，必須重視偏斜的方法和加強(qiáng)控制，綜合歸納糾偏應(yīng)做好如下方面

①重視技術(shù)培訓(xùn)：講清偏斜的危害，產(chǎn)生的原因，控制的方法。

②現(xiàn)場(chǎng)分析：出現(xiàn)異常偏斜后，開現(xiàn)場(chǎng)會(huì)，從地層操作方法、設(shè)備等方面分析，找出主要矛盾。如某一地段地層是否是主要矛盾，可通過(guò)嵌合插打和非嵌合插打進(jìn)行對(duì)比分析排除，找出主要影響因素后，有針對(duì)性的進(jìn)行控制。

5鋼板樁運(yùn)行情況

日本政府無(wú)償援助鋼板樁防滲加固示范項(xiàng)目安全監(jiān)測(cè)工程，從1999年12月開始實(shí)施，至觀測(cè)2001年11月結(jié)束，在此期間，鋼板樁防滲墻已經(jīng)歷了兩個(gè)汛期的考驗(yàn)，通過(guò)對(duì)這兩年的監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行綜合分析認(rèn)為：

①監(jiān)測(cè)成果能準(zhǔn)確反映水位的變化及鋼板樁的運(yùn)行狀況。

②鋼板樁防滲墻的截滲效果良好，具體表現(xiàn)為：

1)汛期長(zhǎng)江高水位期間，鋼板樁防滲墻前的水位明顯高于鋼板樁防滲墻后的水位。觀音寺閘堤段，防滲墻防滲墻前后水頭差為3-5m，洪湖燕窩堤段，鋼板樁防滲墻前后水頭差為1-2m。與鋼板樁防滲墻實(shí)施前相比，堤內(nèi)滲流水頭明顯減小，堤身浸潤(rùn)線降低，有利于堤基和堤身的穩(wěn)定；

2)在長(zhǎng)江低水位季節(jié)，鋼板樁防滲墻后的水位較鋼板樁防滲墻前的水位高，堤內(nèi)地下水位較布置鋼板樁前的堤內(nèi)地下水位高。

③從長(zhǎng)時(shí)間和大范圍來(lái)看，鋼板樁的實(shí)施，并不會(huì)整體抬高堤內(nèi)水位或降低堤內(nèi)地下水位，鋼板樁的實(shí)施只是對(duì)地下滲流時(shí)間的延緩和對(duì)大堤地下及堤內(nèi)一定范圍內(nèi)地下水位的影響。

④沒有布置鋼板樁的部位，堤基地下水位與長(zhǎng)江水位呈正相關(guān)關(guān)系，鋼板樁兩端存在正常的繞滲現(xiàn)象。

⑤鋼板樁變形主要受其兩側(cè)水頭差大小的影響，在設(shè)防水位以下，鋼板樁變形在0.1%以內(nèi)，在運(yùn)行過(guò)程中，測(cè)斜管實(shí)測(cè)鋼板最大累計(jì)水平位移僅為16mm，鋼板樁沒有出現(xiàn)不均沉陷和較大水平位移，鋼板樁運(yùn)行狀況良好。