长江干堤防渗钢板桩施工技术探讨

 长江干堤防渗钢板桩施工技术探讨

长正水利委会长江工程建设局 孙昕

摘要：通过对钢板桩首次应用于长江堤防介绍入手，笔者从钢板桩理论计算数量小于实际使用数量的现象人手，分析出主要原因是钢板桩偏斜造成、提出合理控制超理论钢板数量应注意的问题。对偏斜产生的不利影响、钢板桩空间状态的测量、产生偏斜的因素、偏斜的方法和控制等方面进行了分析。

1998年夏季，长江流域发生自1954年以来的又一次全流域性大洪水，长江中下游堤防险情不断，洪灾损失严重，引起了包括日本在内的国际社会的普遍关注。针对堤基渗流引起的各种险情，日本驻华使馆照会外经贸部和水利部，就利用日本政府无偿援助资金紧急实施长江堤防钢板桩加固示范项目提出了建议。

经过充分准备工作后，外经贸部与日方签署了“中国长江大堤加固计划”项目的政府换文。根据协议，日本政府将向中国提供14.57亿日元限额(约合人民币1亿元）的无偿援助。

钢板桩用于长江干堤防渗，是我国长江堤防防渗首次应用，在实践中，如何认识钢板桩打入地层后，空间状态及其影响的诸多因素，亦是施工技术的关键，直接影响到施工质量，合拢成败、生产成本等方面。

根据截面形状不同钢板桩主要分“一”型，“Z”型，“U"型等。此次应用的是FSP-IVA型“U”型钢板，板厚14-16m，材料为低碳高锰钢材料，设备主要采用60-90KW电动锤，锤与钢板采用电动锤液压夹板联接，主要设备还有55-80吨履带吊机,200-300kVA柴油发电机、电器、液压控制箱等组成。

钢板打入后的空间状态，由相互平行和垂直于钢板防渗墙轴线的参数和绕钢板桩中心轴线扭转角度描述(以下统称为偏斜)。从施工工艺看，相对钢板桩位置和轴线的倾斜和扭转是难以避免的，如果注意技术上的控制是完全可以减缓其发展趋势，降低项目成本。

1偏斜产生的不利影响

①钢板柱的总数量增加

如地表水平距离100m，每根桩相互嵌合后宽度为0.4m，理论计算总量为2500根，其实际往往大于2500根，这主要是偏斜产生的影响。根据客观影响，实际数与理论数比值应控制在1.006-1.013之间。

②异型钢板的数量增加

打入钢板桩的正常倾斜趋势是向未打入的轴方向倾斜。一但偏斜达到1%时，为了施工的效率和质量，应插打异型纠斜钢板桩，该钢板桩上窄下宽，长20m。该纠斜度一般为1%。异型纠斜钢板桩造价高，且不能一次性轧制而成，必须进行专业工厂或现场加工制作。因此，控制偏斜减少异型纠斜钢板桩的使用数量，也是技术控制的难点。

③合拢口钢板桩施工难度增大

为满足工期，提高工作效率。往往一个单位工程，一条轴线上有2~3台机组同时施工，最后进行钢板桩防渗墙的合拢口连接，使防渗墙连成整体。合拢是否顺利可靠，与合拢口附近钢板桩空间状态或偏斜度关系密切，笔者实践中，进行过三次合拢，合拢时间分别为7分钟、60分钟、2040分钟，其差异如此之大，主要与合拢口两边钢板桩的偏斜程度和对偏斜量准确测量相关。

2钢板桩空间状态的测量

钢板桩应控制A-A(法线方向)；B-B(轴线方向)；和T转角的三个参数。实际中的钢板桩插打开始、中间、终了的三级控制一般是通过地表的观测和测量进行。打入的状态必须结合测量参数和同类地层插打的难易程度综合判断分析。

①)A-A；B-B方向的测量：开始吊机自由悬夹钢板桩插入已打入钢板桩的嵌合槽内，对A-A向和B-B向，同时用重垂线校准垂直度。利用地表施工导架和契块调整钢板机的偏转角度。在施打的全过程中，随时检查校正。钢板上端插打至地表1-2m时，用重垂仪和钢尺测算两个方向的偏斜值，如超过指标，拔出调整后打入。

‚块钢板桩嵌合口状态控制：为正常相平行的两块钢板桩的嵌合状态，嵌合处周围均有一定间隙。如钢板桩偏斜，根据偏斜状态的不同，该间隙会发生变化。如果上部A-A向和B-B向两个方向已校准，其间隙可以分析已打入地下钢板桩的偏斜状态。

③钢板桩打入时间分析：通过打入时间的对比分析，可以排除地层，正常嵌合摩擦力、操作方法等影，当实际打入时间，较正常太长时，说明此钢板桩打入后空间状态在恶化，必须采取技术措施。

3产生偏斜的因素

①地层因素：当打入的过程中，遇到软、硬互层，且层面与水平的夹角较大(一般>350)，在此层位易产生钢板桩的倾斜，如果遇到较大卵石、块石，还会发生沿其缝隙偏斜。

②操作因素：主要是打入速度的控制，两个方向垂直度调整信息传送的准确、及时，钢板桩地表定位等方面的影响。对易产生偏斜的地层和部位，如不控制打入速度，会造成偏斜趋势加快，对后面的施工和纠偏带来困难，垂直度控制信号员与吊机手，在信息传送过程，应注意力集中，传送视线无障碍，手势明确，达到动态调整。地表导向架，定位块是控制钢板桩轴线偏差和纠转偏差的机具。如导向架测量定位不准或定位块磨损后不及时修复，就难以控制偏斜，影响施工质量。

③劳动定额管理因素：钢板桩正确打入的技术要求，应在劳动定额中充分体现，如仅为提高工作效率，盲目提高插打速度，必然使桩的偏斜加大、加快。一般以两根异型纠斜桩间正常钢板桩打入的数量衡量，相同客观条件下，数量越少，说明质量控制越差。因此，劳动定额中，应对异型纠偏钢板桩使用数量，纳入定额管理，通过现场试验，提出合理的劳动定额管理办法。

④设备因素：如不考虑地层、操作等条件，钢板桩插打的主要影响设备是电动振动锤。该设备采用90kW和60KW两种，在插打阻力较大时,90KW锤工作效率明显强于60KW振动锤，在现场打余留的桩头，得以充分体现。但施工中如使用90KW锤不当，易造成严重的质量问题。大功率锤由于打入能力强，当感觉插打困难时，桩的偏斜程度已十分严重了，在现场曾经为其偏斜连续使用过三根异型纠斜钢板。

4偏斜的方法和控制

异型纠斜钢板桩的正确使用就是适时应用和数量的控制。当地层、操作方法等条件确定后i，纠斜钢板的数量就已经确定。保证该类钢板桩的数量和质量，是工作效益的可靠保证。从应用范围看，钢板桩主要用于护岸、围堰、围井、防渗、基坑支护。由于其工艺特点，偏斜是不可避免的，在满足质量、工期的前提下少用纠斜钢板桩，有益于降低成本提高效益。因此，必须重视偏斜的方法和加强控制，综合归纳纠偏应做好如下方面

①重视技术培训：讲清偏斜的危害，产生的原因，控制的方法。

②现场分析：出现异常偏斜后，开现场会，从地层操作方法、设备等方面分析，找出主要矛盾。如某一地段地层是否是主要矛盾，可通过嵌合插打和非嵌合插打进行对比分析排除，找出主要影响因素后，有针对性的进行控制。

5钢板桩运行情况

日本政府无偿援助钢板桩防渗加固示范项目安全监测工程，从1999年12月开始实施，至观测2001年11月结束，在此期间，钢板桩防渗墙已经历了两个汛期的考验，通过对这两年的监测资料进行综合分析认为：

①监测成果能准确反映水位的变化及钢板桩的运行状况。

②钢板桩防渗墙的截渗效果良好，具体表现为：

1)汛期长江高水位期间，钢板桩防渗墙前的水位明显高于钢板桩防渗墙后的水位。观音寺闸堤段，防渗墙防渗墙前后水头差为3-5m，洪湖燕窝堤段，钢板桩防渗墙前后水头差为1-2m。与钢板桩防渗墙实施前相比，堤内渗流水头明显减小，堤身浸润线降低，有利于堤基和堤身的稳定；

2)在长江低水位季节，钢板桩防渗墙后的水位较钢板桩防渗墙前的水位高，堤内地下水位较布置钢板桩前的堤内地下水位高。

③从长时间和大范围来看，钢板桩的实施，并不会整体抬高堤内水位或降低堤内地下水位，钢板桩的实施只是对地下渗流时间的延缓和对大堤地下及堤内一定范围内地下水位的影响。

④没有布置钢板桩的部位，堤基地下水位与长江水位呈正相关关系，钢板桩两端存在正常的绕渗现象。

⑤钢板桩变形主要受其两侧水头差大小的影响，在设防水位以下，钢板桩变形在0.1%以内，在运行过程中，测斜管实测钢板最大累计水平位移仅为16mm，钢板桩没有出现不均沉陷和较大水平位移，钢板桩运行状况良好。