摘要：本文以蒙华铁路三门峡黄河公铁两用大桥钢板桩工程为依托，简述了钢板桩的施工工艺，通过现场施工经验及数据，详细分析了粉细砂层对于钢板桩插打的影响，并得出对应的处理措施，指导相似工况的钢板桩施工。
关键词：钢板桩插打 土体液化 粉细砂 引孔
1工程概况
1.1设计概况
新建蒙西至华中地区铁路煤运通道三门峡黄河公铁两用大桥主桥结构布置：主桥采用（84+9×108+84）m连续钢桁结合梁，桥长1142.5m，为一联布置。
墩台及基础形式：铁路墩身采用门型空心墩，主墩（1～10号墩）基础采用40根φ2.0m钻孔桩，呈行列式布置；承台尺寸为42.3×24.6×4.5m。加台尺寸为38.4×13.6×2m。边墩（0、11号墩）基础采用28根φ2.0m钻孔桩，呈行列式布置；承台尺寸为39.8×19.4×4.5m。其中主桥10#采用钢板桩围堰施工，采用拉森Ⅵ钢板桩，钢板桩长度为18m，钢板桩设计桩顶标高318.50，桩底标高为300.50，承台底标高311.03。
1.2地质情况说明
三门峡黄河公铁两用大桥桥址区地层由第四系全新统（Q4）冲洪积砂卵石及黏性土，上更新统（Q3）马兰组砂质黄土，中更新统（Q2）离石组砂卵石、黏性土，下更新统（Q1）午城组砂及黏性土组成，地质钻孔编号见下图，在钢板桩施工过程中发现DZ10-4附近钢板桩插打十分困难，采用常规插打方法无法插打至设计标高，其他部位均可插打至设计标高，具体地质钻孔点分布及土层性质分别见图1、图2与表1。
图1 主桥10#墩地质钻孔点分布图 图2 主桥10#墩各地质钻孔点地质对比图
表1 地质土层性质表
2钢板桩施工工艺
2.1振动锤型号及其参数
根据以往施工经验，河岸边长度为18m的钢板桩插打，DZ-120型振动锤工作性能满足要求，结合现场施工场地要求采用85t履带吊进行配合。振动锤电动机功率120千瓦，偏心力矩720N ?m，激振力775KN，空载振幅26.2mm，允许拔桩力400KN，桩锤质量8500Kg，夹具重量3600Kg。
2.2作用原理
振动锤插打钢板桩就是利用振动沉管的原理，当振动锤接通电源时，其体内偏心重轮高速运转产生高频振动和激振力，高频振动力通过液压钳传递到钢板桩上，再通过钢板桩作用到接触的地层，地层在挤压、振动力的作用下液化，产生接触面，振动锤通过液压钳夹持着钢板桩沿着接触面沉入地层，直至将钢管沉入至设计承载深度。
土体的液化：松散的砂土和粉土，在地下水的作用之下达到饱和状态.如果在这种情况下土体受到震动，会有变得更紧密的趋势，这种趋于紧密的作用使孔隙水压力骤然上升，而在这短暂的震动过程中，骤然上升的孔隙水压力来不及消散，这就使原来由土颗粒间接触点传递的压力（有效压力）减小，当有效压力完全消失时，土层会完全丧失抗剪强度和承载能力，变成像液体一样，这就是土的液化现象。
2.3施工方法
2.3.1导向架的安装
在钢板桩施工前，为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，需要先设置具有一定刚度的、坚固的导向装置，也称”施工围檩”，导向架采用围檩兼用。
安装导向架时应注意以下几点：
a.采用全站仪和水准仪调整导梁的位置；
b.导向架的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效；
c.导向架的位置应尽量垂直，并不能与钢板桩碰撞，防止导向架随着钢板桩的插打而产生下沉和变形。
2.3.2角桩准备
因本围堰平面型式为封闭式矩形，插桩时需进行转直角及封闭合拢，故需事先加工角桩。角桩的制作形式有两种，一是钢板桩组合角桩，二是型钢组合角桩，组合形式见图2.3.2-1。无论选取什么角桩形式，不建议进行现场制作，因为现场钢板桩的整修或者焊接需要锁扣试验，既影响工期又增加成本；厂制完成后出厂前均已完成角桩测试。
图2.3.2-1 钢板桩角桩形式图
2.3.3钢板桩插打
a.钢板桩插打采用85t履带吊机配合DZ-120A型振动锤插打。
b.插打顺序角桩开始打入第一根钢板桩（先从角桩开始），然后逐步向两边插打，最初的一、二块钢板桩的插打位置和方向确保精度，以起到导向作用。确保错打钢板桩在同一直线上。
c.插打钢板桩过程中，钢板桩下端有土挤压，钢板桩锁扣之间缝隙较大，上端会产生远离第一根钢板桩的方向倾倒。因此要用垂球吊线，严格控制钢板桩的倾斜度。
d.每根钢板桩施打至相应标高后，与相邻钢板桩焊接牢固，增加整体稳定性，以避免施打钢板桩时阻力太大而带动相邻钢板桩下沉。要求每根钢板桩标高误差≤10cm。
e.钢板桩应紧贴两层导向架施打，每隔40cm，将1根钢板桩与围檩焊接加固，以增加整个结构的稳定性。
f.在插打过程中，加强测量工作，发现倾斜，及时调整，为保证插桩顺利合拢，要求桩身垂直。在整个钢板桩插打过程中必须保证合拢密实，以防漏水。
g.对准钢板桩与定位桩的锁口，靠震动锤与桩自重压到桩所要插打的位置。
h.利用锤惯性自重及震动力下插钢板桩，开动振动锤打桩下降，控制打桩锤下降的速度，尽可能的使桩保持竖直，以便锁口能顺利咬合，提高止水能力。
i.板桩至设计高度前20cm时，停止振动，振动锤因惯性继续转动一定时间，打桩至设计高度。
j.一般宜插桩到全部合拢，然后再分段、分次复打到设计标高。插打过程中，须遵守“插桩正直，分散即纠，调整合拢”的施工要点。
k.钢板桩打插过程中，及时使用履带吊调整钢板桩的垂直度，确保钢板桩的完成打插后的倾斜度不大于1%。
2.3.4合拢段施工
合拢段的钢板桩数量控制在6～8根，要先插后打。若合拢有误，则用千斤顶对顶或者用倒链和滑轮组对拉使之合拢。合拢后再逐根打到设计深度。
2.3.5防渗与堵漏
钢板桩打入之前一般应在锁口内涂以黄油、锯末等混合物。当锁口不紧密漏水时，用棉絮等在内侧嵌塞，在桩脚漏水处，采用局部砼封底等措施。若桩脚渗漏是因河床透水引起的，则采用水下混凝土封底的方法止水。
3 现场施工总结
3.1 现场施工情况概述
在施工过程中，除大里程左侧部分钢板桩插打困难，此块区域内大部分钢板桩按正常施工很难插打到位，其余均能插打到位。
图3 主桥10#墩钢板桩插打施工现场实况图
3.2 插打困难的原因分析
通过土层液化现象原理的分析知，土壤的含水量、孔隙率及密实度对土体是否容易液化具有很大的影响，因此对钢板桩的插打影响十分大，容易液化的土体多是松散的砂土和粉土。由10#墩各点地质土层对比图可知：DZ10-1、DZ10-2附近钢板桩设计桩底标高至桩顶标高部分地质层大部分为粉土（梢密），DZ10-3附近主要土层为砂质黄土、粉土及粗圆粒土，DZ10-4附近土层上部分土层与DZ10-3土层比较相近，但设计钢板桩底部以上有大约4m的粉细砂（中密），粉细砂（中密）与粉土（梢密）相比，其含水量较低且土层较为密实，与粗圆粒土层相比，其孔隙率小，较为密实。
由以上分析可知结合现场实际情况：粉细砂（中密）这一土层在振动锤插打钢板桩的过程中不容易发生液化，以致钢板桩插打困难，符合现场实际施工情况。
3.3 解决措施
3.3.1原位多次反复插打
10#墩承台围堰施工钢板桩入土深度较深，大里程左侧部分钢板桩底部已进入粉细砂这一土层，根据土体液化的原理分析可知，原位多次反复插打并不能改变土层性质，包括孔隙率、密实度、含水率等，这一方法并不适合此类问题的处理，经现场试验，不适合此类问题的处理。
3.3.2使用旋挖钻机引孔法
将插打不下去的钢板桩进行原地拔出，后打入5m长直径为1.25m的钢护筒，最后采用钻头直径为1.0m的旋挖钻进行掏孔，钻至钢板桩设计桩底标高。后将孔进行回填，达到减小土的密实度及改变土层的效果，后在进行钢板桩插打，待处理区域沿钢板桩围堰方向，每隔30cm（护筒之间净间距）打入一个钢护筒，进行旋挖钻掏孔回填。
3.3.3解决措施的相互对比
通过以上措施对比，原位多次反复插打对于土层密实的粉细砂并不适用，振动锤的振动作用很难使密实砂层发生液化，使用旋挖钻干钻掏孔回填的方法能够处理此类问题。
4.结论
4.1经验指导
通过理论分析及现场实践可得出结论如下：
（1）原位多次反复插打对于土层密实的粉细砂层钢板桩震动施工工艺并不适用；
（2）振动锤钢板桩施工工艺不适合粉细砂层地址施工，但是可以用过旋挖钻机引孔改变地质条件，能够保证工程的顺利施工。
4.2展望
本工程中仅有数根钢板桩由于地质原因未能一次性打插到位，考虑功效及成本问题，未引进锤击设备，进行钢板桩锤击工艺施工，希望在以后的工程中能够机会完成钢板桩锤击施工工艺在粉细砂层地质中的应用试验。
参考文献
[1]《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（TB10415-2003）
[2]《热轧U型钢板桩》（GB/T 20933-2007）
[3]《三门峡黄河公铁两用大桥承台深基坑安全方案》
论文作者:赵华,马志新
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/28
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