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【摘要】 本文简述了钢板桩防渗的工艺和方法，并从人员、设备、环境等方面论述了其在广州堤防防渗工程中的注意因素。
【关键字】 防渗 钢板桩 工艺 因素
1.简述
珠三角是水系比较发达的地区，尤其是广州，共有231条河涌，堤防总长900公里，加上基础为软土质地基，堤防整治工程中堤防的防渗加固显得尤其重要。防渗施工的方法较多，其中钢板桩防渗墙是广州地区比较合适且又常用的方法，其就是将钢板桩打入堤基透水层直至其下的相对不透水层中，拦截透水层的渗水，形成半封闭的防渗墙，从而起到堤基防渗作用。钢板桩间均以锁扣连接，有效地防止水流渗透。
堤防加固中的钢板桩防渗墙一般建在江堤外滩近堤脚软土上，先沿钢板桩轴线开挖施工沟槽，安装施工样架，沿样架插打钢板桩至设计高程；然后，在钢板桩顶浇注钢筋混凝土锁口梁，锁口梁顶贴复合土工膜，膜上覆盖黏土，与堤身形成防渗整体。钢板桩及其表面防渗处理布置见下图。
2.施工工艺和方法
2.1施工流程
钢板桩防渗墙技术施工主要工艺流程为：放线、确定施工场地→开挖平整场地→定位放线确定钢板桩线路→钢板桩运输到位→打桩机械安装到位→导轨设置→钢板桩起吊→钢板桩竖直定位与夹持→插打钢板桩→安装监测仪器→铺设复合土工膜→黏土铺盖→混凝土浇注→工程监测。
2.2施工方法
钢板桩施工一般采用单根插打法，该法施工速度快，样架高度相对较低。位于斜坡上的钢板桩需采用二次打桩，必要时采用氧割切断钢板桩。为防止钢板桩倾斜避免先打入的钢板桩被后打入的桩带入土中，在一根桩打入后，应与前一根焊牢。
打桩前需对钢板桩逐根检查，对锈蚀、变形的钢板桩应及时调整，以减小钢板桩锁口阻力。在软土中打桩时，由于锁口处阻力大于钢板桩周围的土体阻力，使钢板桩向前进方向倾斜。当钢板桩发生倾斜时必须及时调整，或采用特制的异型钢板桩纠偏。钢板桩施工程序为：开挖施工平台、安装施工样架、沿样架插打钢板桩、拆除施工样架至另一工作面。
施工样架安装及钢板桩插打时应符合以下要求：①选择钢板桩的安装和插打样架形式，样架一般采用钢板桩生产厂家提供的定型样架。②选择起重安装设备，首先采用小型吊车安装55～80t油压履带式吊车，再采用55～80t油压履带式吊车吊装钢板桩。③施工样架的安装程序应为：将样架的两根支柱插打人地基；用起重机将框架沿支柱提升至安装位置并固定；将支柱和框架拼装成整体，调整校准其位置并使其成水平。④钢板桩的拼装与插打应注意：施工样架安装完毕后，便可进行钢板桩的拼装工作，采用起重机吊起振动锤连续作业；钢板桩预先用平板车运到现场，堆放于临时堆场；吊桩前，先按设计墙深取料，深度不够的钢板桩需要电焊补长至设计深度，长度大于设计深度的钢板桩裁短至设计深度；最后，按槽型钢板桩的套接顺序逐一打入地基，形成完整的钢板桩防渗墙。
3.影响的主要因素
钢板桩施工具有施工效率高的特点，但如果管理不好，这种施工工艺的特点就不能被充分发挥出来。研究影响钢板桩施工效率的相关因素，并找出其对策，有益于在施工中提高工作效率。
3.1施工人员的素质
施工人员素质的高低对工作效率的影响是显著的。在实际施工过程中，不同素质的工人的工作效率可以相差l0倍以上。钢板桩生产班组里对工作效率影响最大的两个岗位是信号员与吊机手。据对施工过程中用振动锤夹卡钢板桩和样架位移安装这两道工序进行统计，用振动锤夹卡钢板桩，一个优秀的吊机手可以在30s内完成，而技术不熟练的吊机手要用25min，两者相差50倍。施工样架的移位与安装，在优秀信号员的指挥下，这道工序仅需1～2h，但水平差的信号员需要8h才能够完成这项工作。
3.2机械设备的不同
钢板桩施工的主要机械设备是吊机、振动锤和发电机。在施工过程中，吊机和发电机对施工效率的影响不大，但振动锤的功率对施工质量的影响是很大的。
在实际工作中发现，当N63.5值为3～8的范围内，在相同的地层情况下时，60kW的振动锤与90kW的振动锤相比较，两者的施工速度没有明显区别，但60kW振动锤所打桩的质量明显好于90kW振动锤所打桩的质量。当N63.5值为8～12的范围内时，虽然90kW振动锤的施工速度略快于60kW振动锤，但施工质量没有60kW振动锤的施工质量好。
不同功率的振动锤在相同地层中施工的质量上的差别见表1(调查统计数为每种振动锤施工约80根桩)。
以上统计的情况说明，在松软地层选择功率小的振动锤有利于提高钢板桩的施工质量，而在较坚硬的地层，选用功率较大的振动锤有利于提高施工效率。
3.3现场施工布置
钢板桩施工用的都是大型机械设备，使用的材料(钢板桩)也是超长件，一般为14～20m，因此现场施工布置对施工效率的影响是显而易见的，一般来讲要注意以下因素对施工效率的影响。
(1)现场交通通道。要保证施工现场交通的通畅，大型机械设备相互错车所需通道的宽度至少要有8m，才能保证正常错车和安全的需要。
(2)现场施工场地的宽度。当施工场地的宽度大于l6m时，不会对施工效率产生影响，当施工场地宽度小于l6m时，虽可勉强工作，但施工效率会大大降低。
(3)钢板桩的堆码对施工效率的影响是很大的，这主要表现在以下3个方面：①钢板桩放置的方向。实践证明当钢板桩的凹面朝上时施工效率会更高一些，而凸面朝上时，既容易发生安全事故，又降低效率。②钢板桩的堆码方向应当与施工轴线相平行，若钢板桩的堆码方向与施工轴线相垂直或是成其他角度，造成起吊钢板桩时钢板桩的晃动方向正好在吊车和施工人员的活动范围内，极易造成安全事故。③钢板桩堆码的内外边缘与施工轴线的距离。内边缘线与施工轴线的距离一般在2.5m，外边缘线与施工轴线的距离一般为4.5m。
3.4施工工艺
施工组织设计中确定的施工工艺一般来讲是不变的，但在特殊条件下如改变施工工艺有利于提高施工效率，则应当变更施工工艺。例如：在钢板桩施工过程中，工艺流程一般为：测量→放线→沟槽开挖→样架安装→钢板桩施打。
但在雨季，由于连降大雨，造成沟槽边坡坍塌，沟中大量积水，在这种情况下，可将工艺流程变为：测量→放线→样架安装→钢板桩施打→沟槽开挖→二次拍打桩头。
这种工艺的调整虽然增加了二次拍打桩头的工作量，但避免了沟槽边坡的坍塌和沟中大量积水，缩短了作业面上的辅助工作时间，增加的工作量又是在平行工作时间内完成的，有利于缩短工期，提高工效。
3.5施工环境
施工环境主要是指人文环境和自然环境。
在施工过程中构成人文环境的因素主要有地方政府、地方单位、当地群众、业主、监理和施工单位职工，等等。而施工的自然环境主要是指气象情况，如天气、降雨量、气温、风力和地貌、地质情况。施工环境对施工的影响是直接和显而易见的。为了使工作能够正常展开，在施工前和施工过程中都应当对施工环境予以认真关注，应当通过上级领导、业主和自身的努力正确处理施工单位与外界的相互关系，正确处理施工单位内部的各种问题。教育职工遵纪守法，不侵犯当地群众的利益。
对于气象情况的各种变化要有足够的技术准备和物质准备，如起风时的安全技术措施、降温时的劳动保护措施和降雨量过大时排水设备的准备，等等。
4.地层岩性对钢板桩施工的影响
钢板桩在插打过程中受以下几种阻力的影响：①钢板桩周围土体的摩擦阻力(F1)；②桩端阻力(F2)；③锁口联接处的摩擦阻力(F3)。因此，钢板桩插打阻力F阻为
F阻=Fl+F2+F3=SKH+1.2BHKEa+F3 (表1)
式中：S——钢板桩的周长(m)；
H——钢板桩在土层中的长度(m)；
B——钢板桩宽度(m)，以上3个参数与地层无关；
K——阻力系数；
Ea——主动土压力(根据库仑理论E0一7htan 2(45°— φ /2)计算)，
φ为内摩擦角。
不同地层岩性内摩擦角见表2。
黏土层内摩擦角较小，摩擦阻力较大，主动土压力较大。因此，在黏土层中，钢板桩插打阻力最大，粉土及砂土层中阻力较小。
根据统计资料，IV型钢板桩每日施工根数如表4所示。
从表中可以看出，在相同长度下，同一地层岩性N值越大，每天插打的钢板桩数越少。实践证明，提高振幅是提高黏土层中施工效率的一种可行方法。
在黏土中施工阻力大，振幅小对克服桩端阻力不利，因为振幅与地层岩性N值关系为
式中：A——振幅；
N——标贯击数。
N值越大所需振幅越大，要根据地层岩性随时调整。
对于黏土层除要降低钢板桩的偏斜外，施工还需注意以下几点：
①样架要始终保持平稳水平，施工中经常调整紧固样架，保持样架间距。②在钢板桩插打过程中，每移动一次样架只插打样架长度的3／4，以免样架无调节间隙的余地。③施工中经常观察锁口与锁口的联接情况，保证锁口两边有一定空隙而不偏向任何一边，以免产生偏斜。④插打钢板桩过程中经常上下活动钢板桩，使桩周土体松弛。⑤施工中将钢板桩下端切成尖状，减少断面积，降低桩端阻力，提高压强。
因此，要根据地层岩性合理设计钢板桩长度，选择合适的施工工艺。钢板桩进入黏土层厚度不宜过多，否则，工效降低，材料和机械的消耗加大，偏斜度也难控制，既影响工期又影响质量，还增大了成本。从钢板桩防渗作用机理分析，钢板桩只要穿过砂层进入相对不透水层l～2m，即可达到防渗效果。
5.结束语
目前，防渗的方法比较多，应该根据地基条件、防渗要求及标准等，选择最合适的技术方法。
论文作者:梁文灿
论文发表刊物:《基层建设》2015年15期
论文发表时间:2015/9/23
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