钢板桩围堰施工
摘要：天津临港造修船基地1#、2# 造船坞围堰工程为船坞临时工程，本文主要阐述和分析了钢板桩围堰拆除的设备选型和技术要点，并总结了施工过程中的控制措施及施工经验。
关键词：围堰拆除；设备选型；施工工艺；技术经验
Demolition construction technology of large double steel pile cofferdam
He Yue-liang
(Tianjin Port Public Utilities Development Co. Ltd.,Tanggu Tianjin 300456)
Abstract: Tianjin Lingang shipbuilding base 1#, 2# shipyard Dock Cofferdam Project for the temporary works, this paper mainly elaborates and analyzes the selection of equipment and key technology of demolition of steel sheet pile cofferdam, and summarizes the control measures and construction experience in the construction process.
Keywords: Cofferdam Demolition, Equipment selection, construction technology
1．概述
1．1工程概况
天津临港造修船基地2座造船坞尺寸分别为520m×110m×13.3m及440m×80m×13.3m，本工程需要拆除的围堰为船坞设置坞口前的临时工程，围堰结构形式为双排钢板桩，钢板桩钢号S355GP，共1851根。其中外排钢板桩围堰长度541.1m，钢板桩桩顶标高+6.5m，钢板桩桩长为27m，内排钢板桩围堰长度482.6m，钢板桩桩顶标高+4.5m，钢板桩长度27m。横隔钢板桩桩顶标高+4.00m，钢板桩长度18m。双排钢板桩围堰宽度15m。钢拉杆标高+2.5m，型号Φ65@1500，围堰转弯段附近区域拉杆局部双层设置，下层钢拉杆标高+1.70m，规格不变。钢板桩围堰外侧设抛石棱体，高1000mm，下垫袋装碎石300mm，机织基垫布一层，护坡顶标高为-2.20m。钢板桩围堰内侧采用袋装充填土棱体，顶宽6m，厚2m，上铺袋装碎石厚200mm，围堰结构剖面图见图1-1。围堰拆除工程需要将上述部分全部拆除。
图1-1围堰结构剖面图
1．2工程特点
（1）钢板桩围堰于两年前形成的，时间长，钢板桩和土体接触紧密；
（2）受水深影响，要进行水上和陆上相结合的施工方法；
（3）工期紧，任务重，需在75天完成围堰拆除，同时和多项工程交叉作业，施工干扰大。
2．总体施工方案
2．1施工方案选择
围堰的拆除是在围堰两侧放水达到平衡后再进行的，围堰内侧采用1米直径钢管虹吸注水，并在围堰+4.0m标高处设1米直径泄水孔保持两侧水平衡。
（1）陆上吊机拔桩工艺。当围堰两侧达到水压平衡后，在内外两排钢板桩间围堰回填砂上用150t履带吊机配用振动锤后退式顺序进行拔桩，可减少船机费用，但是在每个隔断拔开口后，围堰内砂受潮水冲刷会垮塌，造成地基失稳，对机械设备存在重大安全隐患；
（2）水上起重设备拔桩工艺。施工安全，且可提前清除围堰内回填砂，拔桩时能减少钢板桩的侧摩阻力。但围堰海侧水深较浅，需赶潮水作业，且施工成本相对较高。
经过综合比较，最终采用陆上和水上相结合的方法，围堰接岸两端泥面标高较高的各80m的采用陆上吊机拆除，其余部分采用水上船机进行拆除。
2．2施工方法概述
在船坞临海侧已形成封闭的挡水体系后开始进行围堰的拆除。
（1）施工工艺流程（见图2-1）
3．围堰拆除主要设备选型
3．1振动锤选择
（1）振动锤的激振力需大于土的摩阻力：
即，
式中：FV—振动锤的激振力（KN）；
FR —土的摩阻力（KN）；
（2）土的摩阻力FR按下式计算：
式中：U—桩的周边长度（m）；
L —桩的入土深度（m）；
f —土层单位面积的动摩擦力（KN/m2）；
图2-1 围堰拆除施工工艺流程图
根据工程土质情况，钢板桩在各土层摩阻力值见表3-1。
表 3-1钢板桩在各土层摩阻力汇总表
桩身进入土层
分 布 情 况 土层厚度li（m） 桩的周长U
（m） 标准贯入
击数 单位面积动摩擦力
f（KN/m2） 土的摩擦力FR(KN)
②3
粘土 3.6 1.925 1 10 69.3
②4
粘土 5.8 1.925 2.5 15 167.48
③1 粉质粘土夹砂质粉土 3.6 1.925 8 20 138.6
③2-1 粉质粘土 2.2 1.925 7.5 20 84.7
③2-2 粉质粘土夹砂质粉土互层 3.8 1.925 14.5 25 182.88
Σ 19 643
（3）锤型选择
根据振动锤性能参数表可选择大于120KW振动锤即可，根据现有资源，选择200KW振动锤，其各项参数详见表3-2。
同时需核算偏心力矩M，M应满足下式：
M=Aω
式中：A—振幅（m），在软土地基中A≥0.007m，其他地基中A≥0.011m；
ω—桩和锤的总重力（N）。
表3-2 DZJ200型振动锤参数表
机 型 电机功率（KW） 静偏心力矩（Nm） 振动频率
（r/min） 空载振幅（mm） 激振力
（KN） 振动锤质量（Kg）
DZJ200 200 0-2940 660 0-21 0-1430 18000
M=0.011×（22974+180000）=2233（Nm）＜2940满足要求。
3．2起重设备的选择
根据桩自重和振动锤的重量，综合考虑拔桩跨距等综合因素，选用起重船26#进行水上拔桩施工，陆上拔桩选用150t履带吊作业。
4．围堰拆除施工技术
4．1清除围堰中间填充料
在船坞注水前，将围埝内侧的袋装碎石和大型充填砂袋清除，清除时时刻进行围堰位移观测，如位移过大，则适当减缓清除速度。
在进行钢板桩拔除前，用挖掘机配自卸汽车自东向中向两侧倒退清除袋装碎石和中粗砂至+2.5m标高，围堰圆弧段处需将中粗砂挖至+1.5m标高，以便能拆除钢拉杆。
4．2拆除钢拉杆及钢导梁
清除围埝内回填料至+2.5m（局部+1.5m）后，进行钢拉杆及钢导梁的拆除，潮水低于+2.5m（+1.5m）时作业人员在围堰内侧干施工作业，利用电气焊将钢拉杆切断，用吊机将钢拉杆抽出，再分段拆除围堰内外侧钢导梁。陆上拔桩段，钢拉杆和导梁拆除的速度需结合钢板桩拨除的进度，以保证满足拨桩机械的安全，还要避免钢板桩长时间悬臂而出现变形的发生。
4．3拆除钢板桩
（1）陆上拔桩施工
①待钢拉杆及钢导梁拆除后，用陆上150T吊机配振动锤开始拨桩，拔桩前先挂振动锤依次锤击钢板桩下沉5cm以上，松动锁扣。在拔除过程中，振动锤反复施打和拔除，使锈蚀的锁口慢慢顺滑，减小锁口之间的摩擦力。
②因桩顶标高不一，为保证震动锤夹头的下落空间，需在拔桩之前对桩顶进行切割，使之平整。由于钢板桩的摩擦力较大，而钢板桩的厚度较小，在进行拔除过程中出现个别钢板桩桩顶被振动锤夹头咬出豁口，现场采用在钢板桩顶部焊接20mm厚钢板进行加强。为了保证安全，在桩顶开孔用钢丝绳把振动锤和钢板桩可靠连接，避免施工过程中钢板桩与振动锤分离而滑落伤人。
③为保证边坡的稳定，用袋装土对边坡进行了临时防护处理，避免被潮水过量冲刷失稳，以保证吊机的安全。
（2）水上拔桩施工
从水上与陆上拔桩分界处开始进行，为防止围堰内回填砂向海侧淤积而影响起重船吃水要求，先趁高潮拔除内侧约20m钢板桩，再拔除外侧钢板桩。
采用振动锤震动拔桩，实际拔桩力显示平均在45～50t左右。除典型施工进行前两根拔除速度很慢外，其余桩水上拔除速度一般在15分钟左右，陆上在30分钟左右。
钢板桩拔出之后运到指定地点进行存储。在转角处有3根桩因咬合变形无法拔出，在设计泥面标高以下对钢板桩进行了割除，以保证进出船舶安全通航。
4．4清除剩余回填砂及抛石棱体
水上剩余回填砂采用小型吸沙船赶高潮初步清除，初步清理后采用抓斗挖泥船清除至设计标高。近岸部分采用挖掘机进行清除。
5．结语
天津临港造修船基地船坞工程围堰拆除，科学地选择合理的施工设备，直接决定了施工效率、施工安全和成本控制。本工程的顺利实施，使我们对此项施工技术有了比较全面的认识，也为今后类似工程的施工提供了借鉴和参考。
参考文献
徐维钧主编.中交第三航务工程局有限公司负责组织编写.桩基施工手册.人民交通出版社出版,2007
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【文章编号】1627-6868（2013）06-0031-03
【作者简介】贺岳良（1979-），男，湖南湘潭人，工程师，大学学历，土木工程管理专业。
