钢板桩悬臂支护体系在基坑开挖中的运用.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023收稿日期：2023-03-15作者简介：李毅（1976），男，陕西洛川人，主要从事水利水电工程施工管理工作E-mail:钢板桩悬臂支护体系在基坑开挖中的运用李毅，陈玉辉（中国安能集团 第一工程局有限公司，广西 南宁 530000）摘要：广东石化ABS装置界区工艺外管D32-BD46轴管廊基础工程施工场地紧邻AN变电所与AN机柜室，距离AN变电所与机柜室外排脚手架仅1.60 m，且基坑土体为极易坍塌的粉细砂。为减少基础开挖对周边建筑物的扰动、避免基坑坍塌，采用钢板桩悬臂支护体系对基坑进行支护。钢板桩打桩作业是该工程施工的一个控制要点，通过制定科学的施工方案，规范了钢板桩悬臂支护体系的施工过程、确保了施工质量和施工安全，为该管廊基础工程开挖的全面展开奠定了良好的基础。关键词：钢板桩;悬臂支护；围护墙；打桩工艺；检验标准中图分类号：TV551.4+2文献标志码：Bdoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.092钢板桩悬臂支护体系因其可靠性高、隔水性好、施工简单、支护完成后基坑开挖对周边毗邻建筑的扰动小而被广泛应用。位于广东揭阳大南海工业园的广东石化ABS装置界区工艺外管D32-BD46轴管廊基础工程，长113.00 m、宽11.00 m、深2.15 m，垫层厚0.15 m，施工场地处于AN变电所与AN机柜室北侧，距离AN变电所与机柜室外排脚手架仅1.60 m。根据厂区勘查报告，工程建设场地属类建筑场地，地基土体为极易坍塌的粉细砂。为减少基础开挖对周边建筑物的扰动、避免基坑坍塌，采用钢板桩悬臂支护体系对基坑进行支护。1钢板桩的选取与检验按照基坑支护要求选取9 m长的SP-型拉森钢板桩，钢板桩进入施工现场前由专业人员进行批量检查和校正。取一块长2.53.0 m的标准钢板桩放置在专用检测小平车上，被检查板桩沿小车来回滑走3次，发现缺陷及时调整维修，对矫正后仍不符合要求的钢板桩进行更换。具体检查内容如下：1）外观，包括表面、长度、宽度、厚度、高度、端部矩形比、平直度和锁口形状等，校核钢板桩桩身垂直度，修补钢板桩本身的割孔、断面缺损，实测钢板断面厚度以保证钢板桩厚度达到规范要求；2）材质，对钢板桩母材进行试验检测，同一种规格的钢板桩进行一组拉伸、弯曲试验，每2050 t重的钢板桩选取2个试件进行标准试验，试验内容包括钢板桩母材的化学成分、构件的力学强度、锁口强度及密封性等。钢板桩为多次周转使用的材料，使用前应对钢板桩原有的变形和损伤进行矫正与修补，主要包括表面缺陷修补、端部平面矫正、桩体挠曲矫正、桩体扭曲矫正、桩体局部变形矫正、锁口变形矫正等。对于检查合格的钢板桩，每片钢板桩锁口都须均匀涂以混合油，以增强钢板桩的防渗性能，同时保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔，混合油配合比为黄油干膨润土干锯末553。钢板桩检验标准与方法见表1。检验合格后，及时将钢板桩运输到施工场地，运输过程中，两端固定牢固以防止钢板桩变形，装卸过程中避免碰撞，尤其注意锁口保护。2钢板桩的施打与连接钢板桩沿地下结构垫层外边沿1.5 m位置与AN变电所、AN机柜室之间连续设置，钢板桩排桩墙桩顶标高0.000 m，钢板桩打入素填土、细砂或中砂层内，入土深度均大于基坑深度的1.5倍。工艺流程：施工准备放线定位钢板桩及钢板桩机就位钢板桩施打钢板桩性能检查钢板桩拆除。根据场地要求，选用型号为DZ-90、5.8 t重的高频振动打桩机施打。采用专用运输车将钢板桩运输至施工位置，按照设计位置对准锁口进行插桩，在打桩过程中为保证插桩的垂直度，在适当位置架设2台经纬仪进行检查校验，发现偏移及时纠正。每完成一块，施工人员即刻将该桩套上桩帽。钢板桩插打从毗邻建筑一端开始，按设计要求，先打入角桩（其倾斜度应小于1%），再以角桩为基准向两边对称插打。钢板桩每插打3 m，用经纬仪校验一次钢板桩的平面位置、垂直度是否合格，发现偏差及时纠正。每插一根钢板桩施打到设计标高，即将合拢时，在最后5片全部插入排列组合、准确合拢后，再逐根打到设计深度；若不能合拢，可用手动葫芦对拉使之合拢，再进行施打。根据设计要求，每片钢板桩分2次打入，第一次由9 m高打至导梁高度，而后拆除导架，第二次打至设计标高。第一、第二片钢板桩起样板导向作用，打入的位置和方向须确保精度，每打入1 m用经纬仪校验一次，以确保其准确性。首根定位桩施工时，由于桩间锁口相连，第一根桩的平面位置及垂直度直接影响整个支撑体系位置的准确性，因此必须严格控制首根定位桩的平面位置及垂直度。选取首根定位桩必须满足以下两点要求：一是桩点定位计算容易；二是可直接控制支撑体系轴线。施打时，焊接20 mm钢板作为导架，控制钢板桩轴线方向，确保首根桩定位一次成功。结合本工程实际，将该支撑体系的转角柱设置为首根桩。转角处钢板桩应根据转角的平面形状做成相应的异型转角板桩，确保转角处满足止水要求。在该基坑支护排墙中，采用90的角桩，施工前按要求把角桩加工到位，施打过程中，根据选择的截面进行连接。第一片钢板桩为基准定位桩，在打桩过程中，必须用2台经纬仪从2个方向加以控制，以保证该桩的垂直度。待第一片钢板桩插打完成且合格后，再向两边对称插打钢板桩到设计位置。整个施工过程中，用经纬仪随时检测桩体的垂直度，发现偏差及时纠正。钢板桩插打过程中，遵循“插桩正直，分散即纠，调整合拢”的原则，插打至设计标高后立即与导向架进行焊接。该钢板排桩的设计总长度不是钢板桩标准宽度的整数倍，因此必须采用异型板桩合拢。在即将合拢时，根据合拢处的实测距离和钢板桩身的宽度，确定异型钢板桩的片数、规格和形状。考虑到钢板桩锁口的间隙、钢板桩本身的性能及合拢面尺寸（宽度）大于理论尺寸200 mm，根据钢板桩的宽度，选择离角桩5片处为此次钢板桩合拢位置，采用向外绕圆弧的合拢方法进行插打。为便于合拢，导向架的法线和切线方向都要垂直于打完的每一片钢板桩，与合拢口相邻的15片钢板桩采取先插至桩的稳定高度，待合拢后，再将桩打至设计标高。该基坑钢板桩支撑体系为长方形，有4个面，为了防止合拢处两片桩不在一个平面内，施打过程中，同一侧角桩方向的锁口与对面的钢板桩锁口要保持平行。合拢口的调整措施如下：检验项目倾斜度弯曲度锁口光滑度桩身长度检验标准1%2%桩长无缺陷不小于设计长度校验方法用钢尺量用钢尺量用2 m长的桩段进行检验用钢尺量表1钢板桩检验标准与方法 176人 民 黄 河2023年S1（上接第175页）通过将光电管固定在两个柱之间的钢绞线上，可以简化部件的固定系统。一方面，柔性杆可以减小山区地形的不利影响，并采用未利用的土地建设地面光伏电站，节约土地资源；另一方面，经过多年的发展，柔性支撑技术已经成熟，成本较低。（6）山地光伏方阵区用地范围。光伏发电有很多优点。项目总体设计完成后，办理山体使用权，妥善保存山地光伏并网规划，作为后期征地补偿的重要组成部分。在设计中，由于需要考虑的因素诸多，再加上相关从业者能力水平及个人原因可能使得规划的平面图不精准，造成本来应属于征地红线内的山地却没有在图纸内显现，导致资源浪费，而且耗费成本较高，因此规划图必须要精确设置，常态化实地走访考察，提高山地利用率。（7）做好防雷接地材料和接地连接方式。一般来说，山区地势较高，树木众多，树木是很好的雷电导体，在光伏电站建设中应考虑防雷保护。在选择建筑材料时，应充分考虑防雷特性。在选择接地线时，应首选钢导体或纯铜导体。选择这些材料的主要原因是它们长期埋在地下，使用寿命长，能够满足长期使用要求。根据当地地质因素和因地制宜的原则，在施工过程中应选择合适的螺栓连接，以提高整体稳定性和防雷效益。（8）做好组合式变压器和逆变器的合理布局。在安装大型设备和高压设备时应考虑地形的维护便利性和可靠性，以及集电线路总体规划的可行性。在阵列区域串联逆变器的定位布置中，中心布置和弯曲布置最佳。这可以大大缩短直流电缆的敷设长度和施工周期，降低工程建设的综合成本。（9）加强市场主体能力建设。引导光伏企业率先积累市场数据和经验，加强市场供需预测，优化日能源生产曲线申报，依靠灵活性在电力市场获得更多利润，实现不同类型发电资源的互补配置4。受山地综合条件限制，一些设备需要及时更换，以满足山区照明要求。同时，也应对山区道路状况有一定了解。山区道路少，相关设备可以提前运到工作地点，以节约成本。由于参与建设的部门很多，及时与各部门沟通协调，了解各部门对光伏电站项目建设的意见和建议，及时调整，确保项目的顺利实施。（10）预防电气火灾。在光伏电站项目竣工调试阶段，应全面检查设备安装和施工的整体质量，重点检查光伏设备的运行条件是否符合施工要求和相关规范标准。检验报告应在规定的时间内送施工单位处理，检验合格后方可投入使用。根据光伏电站设备调试周期、设备类型和历史运行数据，建立设备维护机制5，将设备划分为不同级别对各级设备进行维护，提高设备使用寿命。在光伏电站项目中建立火灾预警系统和远程监控系统，通过传感器信息持续收集现场监控信号。监测要素包括现场环境温度、烟气浓度、是否存在明火、设备运行参数等。如果发生火灾事故，系统将自动发出警报，以及时进行故障排除和消防救援工作。参考文献：1 尹国宝.光伏电站施工与发电风险分析及防范措施 J.电力安全技术，2018，20（9）：6-11.2 肖运启，张美玲，郭治昌，等.山地光伏电站固定式组件安装角度优化方法 J.太阳能学报，2020，41（5）：329-335.3 张金萍.浅谈互助县并网光伏电站建设使用林地对生态环境的影响 J.农家参谋，2019（12）：124.4 李刚，袁强，吴穹，等.四川高海拔山地光伏电站建设总结 J.科技资讯，2019，17（32）：30-32.5 张敬雯,宋国龙.可持续电网建设中光伏新能源的应用及监管研究J.山东工业技术,2019(20):179.【责任编辑吕艳梅】1）当尺寸（宽度）上大下小时，根据合拢口尺寸的差值，在合拢口两侧焊接上下平行吊耳，利用手动葫芦将合拢口两侧钢板桩拉至指定位置；2）当尺寸下大上小时，在钢板桩下部设置吊耳，利用手动葫芦将合拢口两侧钢板桩进行对位，直至合拢，最后一个角桩根据现场实际情况，采用相应的异型钢板桩连接；3）合拢口尺寸上下都小时，用千斤顶在钢板桩顶端顶推，把合拢口设置在角桩附近，千斤顶顶推张拉前，在桩内外安置活动导向装置，迫使钢板桩顶推张拉，调整上下尺寸，保证两侧钢板桩锁口在同一平面上；4）由于钢板桩整个排桩墙的侧面顺直度较差，因此为防止围堰的变形，工字钢与钢板桩之间的间隙用型钢焊接支撑连接，对排桩墙的4个角做补强处理。打桩过程中常见问题及其处理方法：钢板桩打桩过程中常常遇见桩体难以打入、桩身倾斜等问题，根据施工经验和设计方案，可采用以下方法进行处理：1）施打过程中，钢板桩多次捶打都无法插入到设计深度，原因是遇到地基土中的孤石或其他不明障碍物，可采用转角桩或弧形桩绕过障碍物；2）在软泥质土中施打时钢板桩发生倾斜，原因是软泥土中有块石或其他障碍物并发生滑动，对钢板桩产生侧向挤压，通常的纠偏措施是将发生偏移的钢板桩往上拔l.02.0 m，再利用振动机往下锤进，上下往复振拔数次，迫使块石等障碍物发生位移、钢板桩的位置得到纠正；3）钢板桩沿轴线倾斜度较大时，可采用异型桩来纠正，异型桩为非标准宽度钢板桩，通常采用焊接加工方式制作，焊接加工尺寸根据桩身实际倾斜度确定，倾斜度较小时采用反向拉伸再锤击的方式纠正；4）在基础较软土质中施打过程中发生带入邻桩的现象，其纠偏措施是在连接锁口上涂抹黄油，减少打桩体与已打根桩锁口处的摩擦阻力，减小桩体之间的相互影响，同时，把已打入的相邻数根桩体焊接在一起，增强桩身的稳定性、提高抗摩擦能力。钢板桩锁口和转角桩位置容易发生渗漏。锁口处渗漏的原因通常是锁口连接过松或过紧，因此施工前应进行锁口渗漏试验，用2块同型号的短钢板桩进行锁口连接，检查钢板桩锁口松紧程度和渗漏情况。施打前，在钢板桩锁口抹黄油，减少锁口间的摩擦阻力；施打时，不得强行施打，应控制好垂直度，保护锁口完整性。为防止流砂现象，钢板桩支护转角处必须采用相对应的角桩，保证钢板桩间连接紧密。开挖时，入土部分钢板桩经常会发生渗漏现象，通常采用棉絮、麻绒等在板内侧嵌塞，以封堵渗漏。3钢板桩的拔桩方法及要点基础施工完成后，将实施拔桩，恢复地形地貌。为尽量减少拔桩对周边建筑物的影响，应根据现场实际情况，选用相应的拔桩方法。常用的拔桩方法有静力拔桩法、振动拔杆法：1）静力拔桩法。一般采用独脚把杆（多为钢管或格构式钢结构）或大字把杆，并设置缆绳以稳定把杆。把杆顶端固定滑轮组，下端设导向滑轮，钢丝绳通过导向滑轮引至卷扬机，也可采用倒链人工进行拔桩。2）振动拔杆法。利用振动锤扰动土体，以消除板桩间的摩阻力和吸附力，并施加吊升力将桩拔出。振动拔桩法因施工效率高、操作简便而被广泛应用于一般土质的拔桩。拔桩顺序通常与打桩顺序相反，选取离角桩5根以上的位置作为拔桩的开始点，遇到特殊地质情况时，可采用间隔拔除法拔桩。拔桩要点：1）拔桩时，为减小土的阻力，先用振动锤将锁口振松，然后边振边拔。对较难拔出的板桩，采用振、拔交替的方法，先用柴油锤将桩振打下100300 mm，再来回打、拔。振动机在拔桩至距基础底板约500 mm时，暂停引拔，用振动锤振动几分钟，让土体在振动过程中下沉，填实一部分土孔，而后继续拔桩。2）起吊力一般不大于减振器弹簧的压缩极限，起重机随振动锤的起动而逐渐加荷。拔桩过程中，为确保震动锤正常工作，供振动锤的电源必须大于额定功率的1.5倍。3）对引拔阻力较大的钢板桩，采用间歇振动的方法，每次振动15 min，反复振动、拔桩，反复振动工作时间不超过1.5 h。桩孔处理：基坑周围有毗邻建筑、施工脚手架或地下管线时，对钢板桩拔除后的土孔应及时回填处理，否则会因为土体位移、沉降而造成临近建筑物的破坏。土孔回填可采用注入法、振动法及挤密法，填充材料采用砂子或水泥砂浆。回填后，应检测回填土的密实度，确保恢复到原密实度。【责任编辑张智民】177