超长钢板桩静压植桩技术在水利工程中的应用研究

上海黄浦江滨江区域防汛墙改造项目属于水利工程，改造内容包括:采用加桩方式对虹口港泵闸翼墙~黄浦江段防汛墙进行加固改造，虹口港~苏闸翼墙段为新建防汛墙，采用桩基基础，防汛墙粧基采用钢管桩作为承载桩基、钢板桩作为围护桩基。本工程中，钢板桩采用PU600型热轧钢板桩，桩顶标高+4.4 m,粧尖标高-25.6 m,粧长30m,属于超长钢板粧。目前，国内尚无能够生产此长度的厂家，故项目中采用了分节拼装焊接接长工艺。考虑到城市基建的环保要求，本工程的钢板桩施工采用了静压植粧工艺。

选取桩身穿过的几个土层地质报告进行设备选型分析。场区属滨海平原地貌类型，本场区地基土属软弱场地土，自地表下35.0 m深度范围内所揭露的土层如下：

①1-1杂填土:陆上孔表层分布，上部为道路地坪，地坪以下以黏性土为主，混杂大量碎石、碎砖等，状态较松散。

①1-2抛石：仅B11、B 16孔处分布，夹碎砖和粉砂，其中B11号孔处为混凝土块。

①2淤泥：明浜处分布,灰黑色，以淤泥质土为主，混杂生活垃圾。

①3黏质粉土夹淤泥质粉质黏土（江滩土）：局部分布，灰色，状态松散，层底标高-14.41~-5.94m，厚0.90〜11.40 m,平均尺值为1.16 MPa。

②3砂质粉土:场地西侧分布，灰色，层底标高-16.49~_10.98 m，厚0.60~7.30 m,饱和，稍密，平均凡值为3.54 MPa,中等压缩性土。

④淤泥质黏土.* 局部②3层较厚处或水深较深处缺失，灰色，层底标高-16.19〜-13.44 m,厚1.00~8.40 m,饱和，流塑，平均凡值为0.67 MPa,高压缩性土。

⑤1-1黏土：场地遍布，灰色，层底标高-21.70~-18.33 m,厚2.90〜7.40 m,很湿，软塑，平均Ps值为0.81 MPa,高等压缩性土。

⑤1-2粉质黏土:场地遍布，灰色，层底标高-29.30~-24.64 m,厚4.90~10.50 m,很湿,软塑，平均p s值为1.07 MPa,中等〜高等压缩性土。

3.1 工艺比选

3.1.1 常用方法

目前钢板桩沉桩方法主要有:锤击沉桩、振动锤沉粧及静压植桩3种,3种方法的优缺点见表1。

3.1.2 方案比选

施工场地周边多为宾馆等人口密集区，防汛墙施工为老墙改造，本次新建工程为第三次改造，施工过程中无老防汛墙结构施工图参考。新建防汛墙钢板粧(规格为PU600mmx210mm xl8mm，L=30 m)数量近700根，既作为新建防汛墙的止水桩基,又兼作临时防汛体系。目前国内30m长的钢板桩并不常见，是由（18+12)m和(24+6)m两种形式的钢板桩拼接而成。根据场区地质报告，粧位区域多高等压缩性土体，超长钢板桩采用传统振动锤沉桩工艺进行强行振动容易出现锁口脱扣现象，无法满足临时钢板桩防汛体系的止水要求；同时黄浦江陆家嘴弯头水域处于敏感地带，锤击沉粧产生的震动和噪音会影响附近居民的正常生活。综合考虑,选用静压植粧机施工超长钢板桩。

3.2 设备选择

3.2.1 起重设备

本工程采用平板驳上配备履带吊的方案，使用起重船来辅助作业。单根钢板桩(规格为PU600 mmx210mmxl8mm，L=30m)质量3.181,目前国内市场上常见的静压植桩机最大构件在9.8t左右，故最大单次吊重约12.98 t,最大吊距20 m,最大吊高34 m。考虑到涌浪影响及施工区域处于黄浦江敏感地带,应适当增大安全系数，选用120t吊重的履带吊（在20m吊距、34m吊髙时可以起重17.61)。经船舶静力学计算及稳性衡准系统V4.1稳性设计验算，选用1000t级平板驳船配置1201履带吊。

3.2.2 静压植桩机选择

根据场区地址报告，考虑静压植粧机的压入力、拔出力、尺寸、重量、清障辅助设备安装情况及工效与价格，综合选取静压植粧机机型。因场区土中含砂土，且经多次改造后，地质情况复杂，本项目中选取SW150型静压机，压入力150kN、拔出力1600kN,主机全长2730mm、质量9.81、动力柜配重6.11,为了保证桩基顺利压入，特意选择配置水刀辅助清障设备。

4.1 主要施工工艺

(1) 钢板粧运输

超长钢板粧采用水上运输。出厂前，在工厂里现场截取一根同规格、同类型的2m长钢板桩，用于进行锁口通过试验，检查合格后通过船舶运输至施工现场。在平板驳甲板上按规范要求堆放钢板桩，每层之间用枕木垫平稳，堆放高度不超过4根桩。

(2) 测量放线

因钢板桩粧位处于黄浦江水域内，放线仪器采用GPS，选用三维坐标法测量，每隔12 m放置一个钢板桩轴线测量控制点，控制点布设在自行加工的测量放点平台上（图1)，并在放点平台上水平架设激光镭射仪，通过红外光点是否对准钢板桩锁口中央来判断钢板粧是否吊装就位。

(3) 施打起始粧

根据GPS测量定位的位置将船舶停靠到位，在起始位置定位第一根桩，在轴线位置设置放点平台，把激光镭射仪架设在钢板桩轴线上，船载履带吊起吊振动_，前4根起始桩依次施打在桩位线上并焊接在一起，将静压植粧机吊至己施打完成的反力桩上，完成起始桩施工。

(4) 静压植桩

利用船载120t履带吊将钢板桩吊入静压植桩机夹头位置，遥控操作夹紧钢板桩后利用自动脱钩装置卸去吊桩钢丝绳。通过操作遥控器控制夹头装置将钢板桩调整至设计桩位，沉桩过程中使用水平尺不断复测桩身的倾斜度和垂直度,直至压入至设计标高。桩机机身跨立在己压入的桩上水平向前移动，重复以上操作完成后续钢板粧的沉桩施工。

(5) 设备撤离

沉桩完成后，利用船载120 t履带吊将静压植桩机从桩墙上吊至反力座上，水运离开施工现场。

4.2 质量控制措施

(1) 向厂家及现场钢板桩施工班组交底清楚，在起吊、运输、落驳等过程中注意保护钢板桩的锁口，保证锁口不变形、不扭曲。

(2) 应严格控制超长钢板桩锁口偏位，尽量控制在50mm以内。

(3) 在起始钢板粧粧身标注标高控制线后，应在该控制标高的基础上使用水平尺进行复核，每5根桩复核一次，避免出现标高偏差太大情况。

(4) 避免出现粧体发生扭曲的情况，在技术交底时和施工班组的桩机操作员交底清楚，不得强行调整桩身垂直度，如果垂直度出现较大偏差，应拔出重新压入。

(5) 考虑接头错位情况，（18+12)m和(24+6)m两种拼接方式的桩交替施工，在钢板桩装运时严格交替落驳。

5.1 主要施工问题处理

因为超长钢板桩侧向刚度较小，在沉桩过程中容易发生桩位偏位、屈曲变形。为了解决此问题需采取以下措施：

(1) 为了减小桩身与土体接触面的摩擦力，可在粧位区域多次插拔，使桩周土体更加润滑。

(2) 在钢板桩下端头安装水刀（高压水管安装喷射嘴），冲散粧端土体，减少桩端摩阻力。

(3) 在后方已施工完成的钢板桩粧顶往下80 cm处增加一道型钢围檩，从而增加粧墙的侧向刚度，有效减少粧偏位(图3)。

(4) 超长钢板桩容易发生轴向倾斜，应增加垂直度及倾斜度的检查频率。若粧发生倾斜，在后方钢板桩桩顶打孔后，放置手拉葫芦往反向拉,使桩顶产生微小位移，可避免沉桩过程带动后方的桩向前倾斜。沉粧过程中若在桩底遇到坚硬土层，易造成底部偏转或弯曲，操作人员定要严格控制钢板桩沉桩速

5.2 工效分析

施工前期，为保证钢板粧线型，并让静压机更好地适应场区地质，应有意识地控制沉粧速率，保持每台设备平均施工4~5根/d。待静压植桩机对场区数据采集完善后，可适当加快沉粧速率，每台设备平均沉桩工效在9〜10根/d。

(1) 静压植桩机具有无振动、低噪音、锁口质量有保证、安全性高、并能保证临近建筑物安全等优点，在空间有限区域或者敏感地带可以优先考虑此工艺。

(2) 通过分节拼装焊接的工艺，可以弥补国内无超长桩生产的短板，突破对桩长的限制。

(3) 在水上采用静压植桩机施工时，一定要充分发挥工程场区位置优势，优先采用水刀法等低成本的措施克服地下深层障碍。

上海黄浦江滨江区域防汛墙改造项目已竣工使用，实践证明，在闹市区采用静压植桩工艺进行超长钢板粧施工是可行的，可有效降噪，但施工中必须采取系列偏差控制措施。