钢板桩在水利工程中的应用

鲁杨明

【摘要】钢板桩近几年在我国水利工程中应用逐渐增多，在修筑围堰、基坑支护、堤防护岸等工程上发挥重要作用，不仅绿色、环保而且施工速度快、施工费用低，具有很好的承载、挡土、挡水、防水功能。本人根据上海苏州河治理工程、龙华港泵闸外移工程、芦潮港河道治理等工程中涉及到钢板桩应用案例和对钢板桩生产、施工及施工设备行业的了解，重点对钢板桩在水利工程中作为围堰、基坑支护、桩基的应用进行阐述。

【关键词】钢板桩；围堰；基坑支护；桩基

1、钢板桩简介

1.1钢板桩型号及作用

钢板桩根据其加工制作工艺的不同可以分为热轧钢板桩和冷弯钢板桩，是一种带锁口的热轧或冷弯型钢，主要有U型、Z型钢板桩，靠锁口相互咬合，形成连续的钢板桩墙，用来挡土、挡水或承重。

1.2熱轧钢板桩

热轧钢板桩生产工艺比较复杂，价格较高，目前市场上应用较少。我国所用的热轧钢板桩大部分来自国外。常见的热轧钢板桩生产厂家有韩国现代钢厂、日本新日铁钢厂、日本住友钢厂、日本JFE钢厂，以及欧美的部分厂家。热轧钢板桩在满足基础结构功能、安全可靠、高效环保等方面特色鲜明，主要用于水比较深的围堰以及特殊的永久工程，具有（1）承载力强，钢板桩构成的连续墙具有很高的强度和刚性。（2）水密性好，钢板桩连接处锁扣结合紧密，可自然防渗。

1.3冷弯钢板桩

冷弯钢板桩生产工艺简单，价格低，目前市场上应用较多。冷弯桩的生产技术和工艺要求相对容易达到，国内目前以冷弯为主，国内冷弯钢板桩标准《冷弯钢板桩（GB/T29654-2013）》于2014年5月1日正式实施。

1.4热轧和冷弯钢板桩的主要区别

（1）冷弯钢板桩生产工艺简单，长度、截面尺寸可以根据项目需求定制，规格比较多；热轧钢板桩生产工艺复杂，规格比较少。

（2）达到相同规格参数的冷弯的重量较热轧轻，但技术参数也相应的减低。（3）相同规格的冷弯钢板桩承载力和水密性没有热轧钢板桩好。

（4）热轧的钢板桩价格高于冷弯的钢板桩价格。

（5）冷弯钢板桩使用的循环次数（10次左右）少于热轧钢板桩（大于30次）。

1.5钢板桩防腐

作为永久结构使用的钢板桩腐蚀部位应做防腐处理，而打入原状土的钢板桩部分不需要采取防腐保护措施。海水水下区通常情况下钢板桩腐蚀率较低，可以在设计时将其厚度损失也一并考虑在内，因此，可以在海水水下区使用裸钢。此外也可以采用防腐涂层或阴极保护来达到其设计寿命。淡水水下区这种情形同海水水下区实际上是一样的，腐蚀率也很低，因而也可以使用裸钢。淡水水下区可以使用有机防腐涂层来延长钢板桩的寿命。 淡水水面附近没有潮水时，板桩河堤在水面附近会发生腐蚀，特别是在运河等水位保持不变的水域。小型运河通常采用槽型板，大型运河中钢板桩使用较多。建议在临水侧水面上下lm范围内使用300m的干膜有机防腐涂层，其他部位不需要采取保护措施。如果水面上方的钢板桩出于审美要求需要上色时，就要在高出水面以上的部分也使用防腐涂层。

2、钢板桩在水利工程中的应用

2.1围堰

钢板桩作为围堰使用比较多，具有强度高、隔水效果好，施工方便，循环使用。钢板桩可以根据围堰使用时间长短及成本分析比较结果采用自购或租赁。围堰断面根据钢板桩悬臂高度和围堰重要程度分别采用单排钢板桩或双排钢板桩，钢板桩围堰的整体稳定性通过锁扣、围檩、对拉筋实现。一般水深或挡土2m以内的钢板桩围堰可采用单排6m长的钢板桩；水深或挡土超过2m的钢板桩围堰可采用双排钢板桩，双排钢板桩的间距2～3m，两排钢板桩之间填土防渗加固；特别重要的堆土围堰在堰芯采用单排钢板桩防渗。

2.2基坑支护

钢板桩支护是基坑支护的一种常用型式，多应用于工期短、空间要求高的软土区基坑，一般呈四周或对撑的形式出现。钢板桩基坑支护施工方便，止水效果好，可以循环利用有利于环保节能施工。比较重要的基坑支护要经过基坑设计及评审后才能实施。

2.3桩基

钢板桩作为桩基应用近年来越来越多，钢板桩通过静压植桩或免共振高频液压锤沉桩，对地基变形影响很小，特别适合于临近建筑物的地段作为永久桩基使用，解决了桩基施工扰民和对临近建筑物的沉降及裂缝影响。钢板桩作为桩基在苏州河、京杭运河、芦潮港等河道护岸工程中得到了成功的应用，解决了施工扰民和对临近建筑物的影响问题。

3、常用钢板桩的施工设备

3.1挖掘机液压机械手

挖掘机液压机械手可与各类型号的挖掘机匹配使用，通过机械手高频振动和挖掘机臂施加外力实现打拔桩，是一种常用的打拔桩设备，规格型号有250、300、350、400、450型等。优点是操作简单，效率高，利用和挖掘机的结合，方便灵活，实现夹桩、喂桩、沉桩一体化；缺点是噪音大，振动影响大，周围20～30m都受其影响，地基及周围建筑物容易沉降裂缝等，沉桩的质量不易控制。

3.2静压植桩机

静压植桩是利用静压植桩机抓住数支已压入地基中的钢板桩作为反力桩，利用其拔出阻力作为反力，用液压进行下一只桩的压入作业。开始的几根反力桩可以利用压桩架堆载的方法压入钢板桩，压入3～5根钢板桩后就可以利用静压植桩机自行抓住反力桩进行后续钢板桩的压入。静压植桩机单独配有动力单元，喂桩需要配备一台吊车或浮吊，可以自行夹着已压入的钢板桩移动行走，具有体积小，重量轻，压桩无振动、无噪音、无扰民、无地基沉降变形的特征，广泛应用在狭小空间和离建筑物较近的地段。静压植桩机以日本的SW100和SW150型号植桩机为主，最大压入力可达100～150T左右，距建筑物最近0.8m可实现压桩，水上、桥下均可以实现压桩，坚硬地基可以利用水力冲挖或螺旋钻开孔辅助压桩。缺点是成本较高、效率低。

3.3高频液压振动锤

高频液压振动锤是一种发展于二十世纪八十年代、成熟于九十年代的新型液压桩工机械，它依靠柴油机提供强大动力，采用高频振动来实现沉桩和拔桩作业，现阶段已经广泛应用于社会建设的诸多领域，社会效益和经济效益显著。六大特点：（1）是一种环保型的桩工机械。高频液压振动锤与电动锤、柴油锤相比，它施工时振感小、噪音小，不扰民，如果配备降噪动力箱，工作时几乎无噪音，非常适合市区、人群較集中的地方和对周围有较严格限制的地方施工。（2）是一种非常高效的桩工机械。一般来说，高频液压振动锤的施工效率是普通桩工机械的十倍，振动沉桩速度一般在4—7米/分种，在非於泥地质最快速度达到12米/分钟，若与振动专用桩架配套使用，则可缩短对桩时间，提高工作效率。（3）是一种比较轻便的桩工机械。与静压桩机相比，在相同工况条件下，高频液压振动锤全部工作质量只有静力压桩机的二十分之一，整套设备运输只需2辆中型卡车，施工时转场非常方便。（4）是一种相对比较价廉的桩工机械。相对于静压桩机，在完成相当工作的前提下，高频液压振动锤价格更便宜。（5）是一种适用地质范围广的桩工机械。高频液压振动锤分常规型、高频型、无共振型三大系列，根据地质情况和工程需要可选用不同系列、不同激振力的高频液压振动锤作为施工机械，高频液压振动锤穿透卵石层、沙层、建筑垃圾等地质层的能力很强，除了不能入岩，其它任何地质条件它都能适应。（6）是一种多功能的桩工机械。高频液压振动锤不仅可以沉拔混凝土预制管桩（PHC桩）、各类型钢板桩和钢护筒，还可作振动沉管灌注桩、薄壁防渗墙、地表压实和深层压实工程的施工，筒桩是目前在桩基础领域中，非常具有应用和推广前景的一种新型成桩工艺，用高频液压振动锤作筒桩施工，是当前一种经济、高效、环保的成桩工艺，它比当前旋挖钻机成孔的灌注桩更高效、更环保、更节能。

特别是ICE公司的免共振高频液压振动锤，规格多，性能好，振动频率有效避开了土壤和钢板桩的共振频点，使沉桩作业不会引起周围土壤和地基的变形，保证了基坑的稳定和周围建筑物的安全，可以贴近建筑物进行沉桩，有效解决了沉桩扰民和临近建筑物沉降、位移、开裂等纠纷问题。

4、结束语

本文涉及的钢板桩、钢板桩围堰、钢板桩基坑支护、钢板桩桩基以及沉桩设备在苏州河河道治理工程、龙华港泵闸外移工程、芦潮港河道治理工程中得到了充分的成功应用，均是本人亲历亲为，总结感受如下：（1）热轧钢板桩生产工艺复杂、价格高、承载及止水效果好。适用比较重要的工程和部位。（2）冷弯钢板桩生产工艺简单、价格低、承载及止水效果差。适用一般的工程和部位。（3）钢板桩围堰及基坑支护施工简单，效率高，可重复循环利用。（4）钢板桩桩基适合在临近建筑物地段使用，可以作为桩基承载，有效解决了砼板桩沉桩困难和对环境的影响。（5）挖掘机液压机械手施工操作简单，效率高，利用和挖掘机的结合，方便灵活，实现夹桩、喂桩、沉桩一体化，成本低。缺点是噪音大，振动影响大。（6）静压植桩机体积小，压力大，噪音小，非常环保，适合场地狭窄和临近建筑物地段施工。缺点是效率低、成本高。

参考文献：

[1]杨建.浅析钢板桩围堰在水利工程中的应用[J].中国水运（下半月），2014，14（10）：204-205.

[2]熊健.钢板桩围堰施工技术在水利工程中的应用[J].中国新技术新产品，2014（19）：119.