長江干堤防滲鋼板樁施工技術探討

長正水利委會長江工程建設局 孫昕

摘要：通過對鋼板樁首次應用于長江堤防介紹入手，筆者從鋼板樁理論計算數量小于實際使用數量的現象人手，分析出主要原因是鋼板樁偏斜造成、提出合理控制超理論鋼板數量應注意的問題。對偏斜產生的不利影響、鋼板樁空間狀態的測量、產生偏斜的因素、偏斜的方法和控制等方面進行了分析。

1998年夏季，長江流域發生自1954年以來的又一次全流域性大洪水，長江中下游堤防險情不斷，洪災損失嚴重，引起了包括日本在內的國際社會的普遍關注。針對堤基滲流引起的各種險情，日本駐華使館照會外經貿部和水利部，就利用日本政府無償援助資金緊急實施長江堤防鋼板樁加固示范項目提出了建議。

經過充分準備工作后，外經貿部與日方簽署了“中國長江大堤加固計劃”項目的政府換文。根據協議，日本政府將向中國提供14.57億日元限額(約合人民幣1億元）的無償援助。

鋼板樁用于長江干堤防滲，是我國長江堤防防滲首次應用，在實踐中，如何認識鋼板樁打入地層后，空間狀態及其影響的諸多因素，亦是施工技術的關鍵，直接影響到施工質量，合攏成敗、生產成本等方面。

根據截面形狀不同鋼板樁主要分“一”型，“Z”型，“U"型等。此次應用的是FSP-IVA型“U”型鋼板，板厚14-16m，材料為低碳高錳鋼材料，設備主要采用60-90KW電動錘，錘與鋼板采用電動錘液壓夾板聯接，主要設備還有55-80噸履帶吊機,200-300kVA柴油發電機、電器、液壓控制箱等組成。

鋼板打入后的空間狀態，由相互平行和垂直于鋼板防滲墻軸線的參數和繞鋼板樁中心軸線扭轉角度描述(以下統稱為偏斜)。從施工工藝看，相對鋼板樁位置和軸線的傾斜和扭轉是難以避免的，如果注意技術上的控制是完全可以減緩其發展趨勢，降低項目成本。

1偏斜產生的不利影響

①鋼板柱的總數量增加

如地表水平距離100m，每根樁相互嵌合后寬度為0.4m，理論計算總量為2500根，其實際往往大于2500根，這主要是偏斜產生的影響。根據客觀影響，實際數與理論數比值應控制在1.006-1.013之間。

②異型鋼板的數量增加

打入鋼板樁的正常傾斜趨勢是向未打入的軸方向傾斜。一但偏斜達到1%時，為了施工的效率和質量，應插打異型糾斜鋼板樁，該鋼板樁上窄下寬，長20m。該糾斜度一般為1%。異型糾斜鋼板樁造價高，且不能一次性軋制而成，必須進行專業工廠或現場加工制作。因此，控制偏斜減少異型糾斜鋼板樁的使用數量，也是技術控制的難點。

③合攏口鋼板樁施工難度增大

為滿足工期，提高工作效率。往往一個單位工程，一條軸線上有2~3臺機組同時施工，最后進行鋼板樁防滲墻的合攏口連接，使防滲墻連成整體。合攏是否順利可靠，與合攏口附近鋼板樁空間狀態或偏斜度關系密切，筆者實踐中，進行過三次合攏，合攏時間分別為7分鐘、60分鐘、2040分鐘，其差異如此之大，主要與合攏口兩邊鋼板樁的偏斜程度和對偏斜量準確測量相關。

2鋼板樁空間狀態的測量

鋼板樁應控制A-A(法線方向)；B-B(軸線方向)；和T轉角的三個參數。實際中的鋼板樁插打開始、中間、終了的三級控制一般是通過地表的觀測和測量進行。打入的狀態必須結合測量參數和同類地層插打的難易程度綜合判斷分析。

①)A-A；B-B方向的測量：開始吊機自由懸夾鋼板樁插入已打入鋼板樁的嵌合槽內，對A-A向和B-B向，同時用重垂線校準垂直度。利用地表施工導架和契塊調整鋼板機的偏轉角度。在施打的全過程中，隨時檢查校正。鋼板上端插打至地表1-2m時，用重垂儀和鋼尺測算兩個方向的偏斜值，如超過指標，拔出調整后打入。

‚塊鋼板樁嵌合口狀態控制：為正常相平行的兩塊鋼板樁的嵌合狀態，嵌合處周圍均有一定間隙。如鋼板樁偏斜，根據偏斜狀態的不同，該間隙會發生變化。如果上部A-A向和B-B向兩個方向已校準，其間隙可以分析已打入地下鋼板樁的偏斜狀態。

③鋼板樁打入時間分析：通過打入時間的對比分析，可以排除地層，正常嵌合摩擦力、操作方法等影，當實際打入時間，較正常太長時，說明此鋼板樁打入后空間狀態在惡化，必須采取技術措施。

3產生偏斜的因素

①地層因素：當打入的過程中，遇到軟、硬互層，且層面與水平的夾角較大(一般>350)，在此層位易產生鋼板樁的傾斜，如果遇到較大卵石、塊石，還會發生沿其縫隙偏斜。

②操作因素：主要是打入速度的控制，兩個方向垂直度調整信息傳送的準確、及時，鋼板樁地表定位等方面的影響。對易產生偏斜的地層和部位，如不控制打入速度，會造成偏斜趨勢加快，對后面的施工和糾偏帶來困難，垂直度控制信號員與吊機手，在信息傳送過程，應注意力集中，傳送視線無障礙，手勢明確，達到動態調整。地表導向架，定位塊是控制鋼板樁軸線偏差和糾轉偏差的機具。如導向架測量定位不準或定位塊磨損后不及時修復，就難以控制偏斜，影響施工質量。

③勞動定額管理因素：鋼板樁正確打入的技術要求，應在勞動定額中充分體現，如僅為提高工作效率，盲目提高插打速度，必然使樁的偏斜加大、加快。一般以兩根異型糾斜樁間正常鋼板樁打入的數量衡量，相同客觀條件下，數量越少，說明質量控制越差。因此，勞動定額中，應對異型糾偏鋼板樁使用數量，納入定額管理，通過現場試驗，提出合理的勞動定額管理辦法。

④設備因素：如不考慮地層、操作等條件，鋼板樁插打的主要影響設備是電動振動錘。該設備采用90kW和60KW兩種，在插打阻力較大時,90KW錘工作效率明顯強于60KW振動錘，在現場打余留的樁頭，得以充分體現。但施工中如使用90KW錘不當，易造成嚴重的質量問題。大功率錘由于打入能力強，當感覺插打困難時，樁的偏斜程度已十分嚴重了，在現場曾經為其偏斜連續使用過三根異型糾斜鋼板。

4偏斜的方法和控制

異型糾斜鋼板樁的正確使用就是適時應用和數量的控制。當地層、操作方法等條件確定后i，糾斜鋼板的數量就已經確定。保證該類鋼板樁的數量和質量，是工作效益的可靠保證。從應用范圍看，鋼板樁主要用于護岸、圍堰、圍井、防滲、基坑支護。由于其工藝特點，偏斜是不可避免的，在滿足質量、工期的前提下少用糾斜鋼板樁，有益于降低成本提高效益。因此，必須重視偏斜的方法和加強控制，綜合歸納糾偏應做好如下方面

①重視技術培訓：講清偏斜的危害，產生的原因，控制的方法。

②現場分析：出現異常偏斜后，開現場會，從地層操作方法、設備等方面分析，找出主要矛盾。如某一地段地層是否是主要矛盾，可通過嵌合插打和非嵌合插打進行對比分析排除，找出主要影響因素后，有針對性的進行控制。

5鋼板樁運行情況

日本政府無償援助鋼板樁防滲加固示范項目安全監測工程，從1999年12月開始實施，至觀測2001年11月結束，在此期間，鋼板樁防滲墻已經歷了兩個汛期的考驗，通過對這兩年的監測資料進行綜合分析認為：

①監測成果能準確反映水位的變化及鋼板樁的運行狀況。

②鋼板樁防滲墻的截滲效果良好，具體表現為：

1)汛期長江高水位期間，鋼板樁防滲墻前的水位明顯高于鋼板樁防滲墻后的水位。觀音寺閘堤段，防滲墻防滲墻前后水頭差為3-5m，洪湖燕窩堤段，鋼板樁防滲墻前后水頭差為1-2m。與鋼板樁防滲墻實施前相比，堤內滲流水頭明顯減小，堤身浸潤線降低，有利于堤基和堤身的穩定；

2)在長江低水位季節，鋼板樁防滲墻后的水位較鋼板樁防滲墻前的水位高，堤內地下水位較布置鋼板樁前的堤內地下水位高。

③從長時間和大范圍來看，鋼板樁的實施，并不會整體抬高堤內水位或降低堤內地下水位，鋼板樁的實施只是對地下滲流時間的延緩和對大堤地下及堤內一定范圍內地下水位的影響。

④沒有布置鋼板樁的部位，堤基地下水位與長江水位呈正相關關系，鋼板樁兩端存在正常的繞滲現象。

⑤鋼板樁變形主要受其兩側水頭差大小的影響，在設防水位以下，鋼板樁變形在0.1%以內，在運行過程中，測斜管實測鋼板最大累計水平位移僅為16mm，鋼板樁沒有出現不均沉陷和較大水平位移，鋼板樁運行狀況良好。