某支护工程中拉森钢板桩施工技术研究

李有德

(中铁十三局集团第三工程有限公司，辽宁 沈阳 110000)

0 引言

钢板桩具有强度高、防水性能好、使用寿命长、绿色、节能等优点，尤其在防洪、塌方、塌陷的抢险救灾中见效特别快。钢板桩施工简单，缩短工期，其独特的功能，正备受建筑行业的青睐。

吴杰等指出采用钢板桩支护，对周围环境影响较小。钢板桩施工简便，工序简单，质量容易控制，工期短，且现场整洁[1];李光辉结合工程实例，论述了拉森钢板桩在基坑支护中的应用[2];彭玉来介绍了拉森钢板桩基坑支护施工工艺、沉桩措施，指出了拉森钢板桩支护是切实可行的[3];孙杰等以福州市三环路光明港大桥水下地桩承台深基坑支护为例，论述了拉森钢板桩深基坑支护比施工工艺、围檩支撑方式、支护结构监测，对深基坑支护具有一定的指导意义[4];乔希琳通过分析拉森钢板桩的诸多优点，结合工程实例，介绍了拉森钢板桩在基坑支护中的设计、施工及应用效果，并针对我国现阶段工程建设情况，指出拉森钢板桩基坑支护的应用和推广前景[5]。

本文结合宁波某工程实际情况，对拉森钢板桩在实际工程的应用情况进行分析，以期为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

1.1 原设计方案

宁波轨道交通4号线南站位于原宁波南站北广场位置，其中车站东北角侵入原地下室围护结构以外，因此部分地墙需待东北角土体削至与底板同一标高后才能进行施工。为确保削土过程中周围环境的安全，在东北角位置结合端头井加固设置了4 450 mm宽的三轴搅拌桩重力坝，如图1，图2所示。其中原地下室高度为4 m，主要土层为杂填土层。

1.2 现场发现的管线情况

在准备进行重力坝施工清理端头井位置表层杂土的过程中，发现在端头井位置的通信井中存在一条不明管线，从南站东路经此井后转入共青路。经多方了解，确认其为铁路通信管线，年代较为久远，且管内充有气体保护，保护等级高，使用用户多，如改迁完成需1年，严重制约工期，其路由如图3所示。

通信井侵入端头井位置2.5 m，与重力坝边缘位置紧贴，根据以往端头井加固经验，如在此位置进行搅拌桩施工，在施工过程中的高压气体和水泥浆及置换土极有可能将通信井及邻近的管线通道破坏，其后果难以承担。而如果等其改迁结束再进行搅拌桩施工，则总体工筹将被打乱，且工期滞后严重。因此，经反复考虑，建议将端头井位置的重力坝围护形式进行调整，以满足现场施工需要。

1.3 方案选择

根据现场实际情况，方案反复比选，此位置处的围护结构采用拉森钢板桩加锚桩的形式，如图4，图5所示。

在原重力坝位置外侧打设一排4号小齿口拉森钢板桩，打入深度约为12 m，插入比1∶2。钢板桩顶部设置围檩，增强其稳定性，同时与北侧的重力坝围檩连接。在钢板桩后侧10 m左右位置处设置锚桩，采用锚索或拉杆将拉森桩与锚桩连接间距1.0 m～1.5 m。锚索上部地面进行硬化处理。

图1 重力坝剖面图

图2 重力坝平面图

图3 铁路管线路由

图4 拉森钢板桩施工剖面示意图

1.4 方案优点

1)施工对既有管线无影响，保证其改迁前的使用功能不受破坏。

2)能够满足东北角削土要求，总工筹不受影响，能保证工期。

3)拉森钢板桩在宁波附近工地使用较多，工艺较为成熟，有成功先例可遵循，安全性有保证。

4)施工场地区域内地质条件均为淤泥质土，适合拉森钢板桩施工工况。

5)拉森钢板桩止水效果较好，防止墙体渗漏水。

6)使用周期短，可以重复利用。

图5 拉森钢板桩施工平面示意图

2 拉森钢板桩选型计算

土方卸载基坑开挖深度h=4 m，根据勘察报告平均重度γ=17.5 kN/m3，平均内摩擦角 φ =10°，平均粘聚力 c=12 kPa。

拉森钢板桩选用Ⅳ型，W=2 270 cm3。

拉森钢板桩长度计算:

1)求y值。

根据公式:

其中，Pb为挖土面处板桩墙后的主动土压力强度值:

其中，k为修正系数，查《建筑施工计算手册》得k=1.2。2)求x值。

主动土压力系数:

被动土压力系数:

k公式:

按简支梁计算，等值梁的两点反力(Ra和P0)∑Mc=0。

求得 x=4，Ra=36，P0=47.2。

3)钢板桩长度。

L=4+1.2 ×5.7=10.84 m，选用12 m 长钢板桩。

4)选择板桩的截面积。

先求板桩所受最大弯矩Mmax，最大弯矩处即剪力等于零处。设剪力等于零处距板桩顶为x'，则:

整理得:x'=2.42。

采用Ⅳ型拉森钢板桩，W=2 270 cm3。

f=Mmax/W=25.7 MPa＜1/2[f]，满足要求。计算示意图如图6所示。

图6 计算示意图

3 钢板桩施工工艺

拉森钢板桩施工机械选用EX400液压打桩机械，成桩过程中采用单根逐根打入法实施。在施工中按以下要求实施:

1)本项目采用Ⅳ型12 m长密扣拉森钢板桩。拉森钢板桩采用EX400液压打桩机施打，施打前认真放出准确的支护桩中线;

2)打桩前，对钢板桩逐根检查，剔除有缺陷的，将其修整合格后才可使用;

3)钢板桩施打采用逐根打入法施工，在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打;

4)按设计要求将拉森桩施打完毕后，安装围檩，形成整体，见图7。

4 实施效果

4.1 止水效果

拉森钢板桩外土方卸载完成后，施工中可以观察到拉森钢板桩的止水效果良好，如图8所示。

图7 拉森钢板桩实施

4.2 桩体水平变形监测结果

拉森钢板桩水平位移监测结果如图9所示。拉森钢板桩在使用期间，我们定期对拉森钢板桩的桩顶水平位移进行观测，发现桩顶水平位移变形量很小，拉森钢板桩拔除前变形量在2 cm～4 cm，说明拉森钢板桩在基坑支护中是安全稳定的。

图8 土方卸载完毕后拉森桩

图9 拉森钢板桩变形监测结果

5 结语

施工实际效果证明，拉森钢板桩围护具有施工速度快、安全性高、占地空间小、实效性较强等优点，在城市较浅基坑的临时支护中可根据现场情况采用。

[1] 吴 杰，王海秀.拉森钢板桩在深基坑支护施工中的应用[J].科技情报开发与经济，2010，20(21):199-200.

[2] 李光辉.拉森钢板桩在基坑支护中的应用[J].公路与汽运，2008(1):20-22.

[3] 彭玉来.拉森钢板桩基坑支护施工[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2010，10(4):41-42.

[4] 孙 杰，马光臣，李永利.拉森钢板桩在光明港大桥深基坑施工中的应用[J].桥梁工程，2010(28):42-44.

[5] 乔希琳，蓝秋文.拉森钢板桩的推广应用[J].山西建筑，2009，35(19):50-51.