拉森钢板桩在北格街建设工程中的设计与施工

邵继有 贺瑞峰 雷士华

（北京建工路桥集团有限公司，北京 100123）

1 工程简况

北格街建设工程位于太原市综改示范区，是连通太原市与晋中市的重要道路工程，东西走向，3.19 km，双向6车道，标准段红线52 m，为城市主干路。本工程建设范围内地下水静止水位埋深1.8～4.37 m，地下水类型为微承压水的混合水及第四系孔隙潜水，含水层多为粉土、粉土夹粉细纱、粉质黏土层等，透水性差很大，主要取决于大气降水和地表水横向入渗补给，排放方式主要为大气蒸发。

本工程排水管道设计为雨、污分流制，雨水管道埋深1～3.2 m，污水管道埋深3～4.5 m，管道埋深位于地下水位以下。

2 沟槽支护方案比选

2.1 支护目的

为了保证基坑四周土体的稳定性，防止坑边土体坍塌以及地下水对施工造成不利影响，为地下施工留出足够的安全可靠的作业环境，将地面以及地下土体位移控制在设计允许范围内，保证作业区的可实施性。

2.2 支护方案比选

支护方案比选主要以放坡开挖、钻孔灌注桩、地下连续墙与拉森桩四种支护方式，从适用范围、性能指数、施工进度，施工工艺，环保、经济、安全、美观等方面进行综合比选，最终选用拉森钢板桩作为支护方案。

拉森钢板桩施工工艺十分成熟，工艺简单，所占用工作面较小，同时钢板桩强度高，可以有效地控制土体位移，安全性能大为增加，开挖面积减少方便管理，也将扬尘控制在允许范围内，符合设计以及规范要求。

3 拉森钢板桩支护设计

3.1 材料选择

北格街项目的最大开挖深度为4.5 m左右，我们拟选9米拉森桩，结合实际开挖的方案，拟采用拉森PSP-IV型钢板桩，要求钢板桩入土深度达到桩长0.5倍左右。其技术参数如表1。

表1 拉森PSP-IV型钢板桩技术参数

3.2 设计参数

（1） 钢板桩入土深度的计算。

式中：

φ——土的内摩擦角，各层土质高度不固定，取钢板桩入土范围内土层φ=25；

γ——土的重度，为了计算方便，取其最大值γ=20.0 kN/m3；

H——基坑开挖深度，根据北格街工程设计图纸取最大值4.5 m；

t——钢板桩入土深度。

根据北格街建设工程岩土工程勘察报告可知基坑各岩土层设计参数如表2所示。土压力示意图如图1所示。

表2 基槽工程设计参数表

为了保证拉森钢板桩保持稳定，根据静力平衡可得：

整理后即为钢板桩入土最小深度t，

采用区间法计算t，经过计算可知 ，考虑安全因素，取最不利效应，拟定t=3.6 m。

所以钢板桩总长度为L=4.5+3.6=8.1 m，

由此可知拟定9米拉森桩符合设计要求。

图1 地基稳定性验算简图

（2） 钢板桩稳定性验算。

在软土中开挖较深的基坑，常常会发生坑顶下陷、坑底隆起的现象，因为背后的土壤柱桩的重量超过地基土的承载力底部的基坑，平衡态的原始基础遭到破坏，造成坑壁土向内流动产生的。因此，施工前要对地基进行稳定性验算，避免此类现象发生。

式中：

τ——地基土不排水剪切的抗剪强度（kPa）；

x——钢板桩的长度（m）；

γ——土的重度[（kN/m3）]。

考虑最不利效应，拟定地基土为均质土，且为饱和性软黏土，则τ=0，地基稳定力矩与转动力矩的比值为抗隆起安全系数，用K表示，且当时，地基土处于稳定状态。

式中：

c——土的黏聚力，根据表3取值为c=22.7 kPa；

q——基坑上方回填土的荷载，取q=5.0 kN/m2；

代入式（7）可得

由此，满足地基稳定性要求。

4 拉森钢板桩施工

4.1 进场检验

进入钢板桩后，一般要进行外观检查和材料试验。不符合设计产品质量要求的钢板桩，应当进行矫正或退桩更换。

（1） 外观检查：对全部钢板桩进行外观检查，主要检查表面有无裂缝等缺陷，测量其长度、宽度、厚度，计算端部矩形比，检查平直度和锁口形状等。

（2） 材质检验：至少选择一个相同规格的试样进行拉伸和弯曲试验以及对钢板桩的母材进行化学成分及机械性能全面试验。

4.2 施工工艺

（1） 工艺流程。

平整场地—定位敷设—挖沟—打导桩—打钢板桩—基坑开挖—安装围护檩条支护—地基坡口处理—铺设垫层—管线安装—回填—拔钢板桩。

（2） 开挖宽度设计。

为便于施工，沟槽底部要保留一定的宽度，具体开挖宽度按公式8计算确定。

式中：

D——管道外径（mm）；

B——沟槽底部的开挖宽度（mm）；

b，b1，b2——分别为管道一侧的工作宽度（mm）、支撑厚度（mm）、模板厚度（mm），具体数值参照表3。钢板桩搭接大样如图2所示。

表3 管道一侧的工作面宽度

图2 钢板桩搭接大样

（3） 施工方法。

①放线

放出管线外边灰线，从管线每边按设计以及规范要求引测出一定的尺寸，作为打桩的方向控制线，并且撒白灰定出钢板桩的边线，在施工过程中随时校核，保证桩打在一条直线上且锁口闭合。

②打桩

a.先施工每隔1 m设置的导向桩，打桩时利用方向控制线和钢板桩的边线控制钢板桩的轴线，采用打拔桩机施打，手动扶正到位。

b.连续施工时，注意控制桩顶高度，相邻钢板高差不宜过大。

c.在打桩过程中，应随时测量每根桩的倾斜度，控制倾斜度不应超过2%，及时用拉齐方法调正，对偏斜过大不能调正的，要拔起重打。

d.一次打入的深度一般控制在0.5～3 m。

③开挖

沟槽的开挖采用反铲挖掘机，土方采用自卸式装载车运输至指定弃土点，沟槽边坡附近禁止堆放弃土。监测钢板桩在开挖过程中的位移，发现异常情况，应当立即停止开挖，查明原因，采取有效措施，方可继续开挖。

（4） 注意事项。

①钢板的进场检验

对全部钢板桩进行外观质量检查：

a.影响钢板桩打桩的焊接部位应予以切断；

b.切割孔和截面缺陷应加强处理；

c.对腐蚀严重的钢板桩进行了实测，确定了处理方案；

d.对钢板桩锁扣破损程度较高或者弯曲度较大的应予以更换。

②钢板桩吊运

钢板桩的装卸吊装应采用两点吊装的方法，每次钢板桩的根数不宜过多，并应保护好锁紧位置，以免损坏。多根桩用钢丝绳捆扎，捆扎成捆。单根吊装应采用专用吊具。

③钢板桩现场堆放

钢板桩堆放的地点要硬化，一方面要便于运往打桩施工现场，还应不应钢板桩的重压而发生较大沉陷变形，堆放时应该注意以下几点：

a.钢板桩应按型号、长度、规格分别堆放，并注明；

b.钢板桩分层堆放，一般每层不超过5根钢板桩，总高度不超过2 m，每层之间应放置枕木，垫木间距一般为3～ 4 m，垫木上下两层应在同一垂直面上；

c.堆放的方向、顺序、位置应考虑到现场的施工方便，先用的后堆。

4.3 施工控制的要点

（1） 拉森钢板桩通常采用打桩机打桩。掘进前应熟悉该地区地下管网及障碍物情况，必要时可进行物探，以便准确释放支护桩的中、侧线。

（2） 按编号检查钢板桩，对外观不合格钢板桩进行必要的处置。

（3） 施打前，钢板桩的锁紧处应加润滑剂，便于钢板桩的打桩和拔桩。

（4） 在钢板桩插入打桩过程中，对钢板桩的倾斜度进行实时监测。当偏差大于2%，无法用拉拔法纠正时，应进行吊装和驱动。

（5） 井位四个角要使用转角钢板桩，要专门检查。

（6） 在沟槽开挖过程中，要严格控制同层支护顶面高差开挖断面并支承断面；随时观察和测量钢板桩的变化。如果有明显的倾覆或隆起状态，应立即在倾覆或隆起位置增加对称的横向支承。

（7） 直至回填前，都应该定期对钢板桩偏移量进行监测，控制桩顶向基坑内的偏移量稳定在2～10 cm之间。

5 拉森钢板桩施工常见问题及处理方法

5.1 倾斜

产生原因：由于打入桩与相邻桩锁口阻力较大，或者挤进过程中受到石块的侧向挤压作用，使打桩方向产生了偏移。

处理方法：施工过程中随时检查、控制、纠正，发生倾斜时将钢板桩往上拔1 m左右再打，如此上下，边拉边打，逐步让钢板桩位置得到纠正。

5.2 扭转

产生原因：主要是铰式锁口容易产生扭转，导向装置不牢固也容易造成扭转。

处理方法：用卡板锁住钢板桩的前锁口，在两个钢板桩的锁口扣的两侧，用垫铁和木榫填补钢板桩两侧的间隙。在钢板桩下沉过程中设置滑轮支座，方便转向控制。

5.3 共连

产生原因：钢板桩的倾斜变形和弯曲变形导致缺口阻力增大。

处理方法：及时纠正倾斜钢板桩的偏差，临时用角铁和电焊固定钢板桩相邻部位。

6 结语

本工程大量使用拉森钢板桩避免了放坡所引起的大面积开挖，大大减少了土方量。在施工中很好地适应了各种不良地质情况、各种天气，施工顺利，大大地加速了工程进度。拉森钢板桩高强度且接口采用互锁连接方式，避免了土体滑坡、坍塌等引起的危险。其优良的隔水性能也保证了基槽水分控制在一定范围内、避免了基槽积水所引起的危险、减少了扬尘以及路面积泥、也避免了地下水被大面积污染。有效减少了有害物质的产生。在同类的沟槽开挖施工中值得借鉴。