广东地区钢板桩支护应用综述

何森辉

摘 要：广东省地下水位高，淤泥、砂层厚，对基坑支护结构的要求高。本文对现阶段广东地区钢板桩支护的工程应用做了一定介绍，研究总结了钢板桩支护结构的基本性状、工作性能及适用情况，于钢板桩广东地区钢板桩支护的工程应用方面具有一定的借鉴作用。

关键词：钢板桩；支护；基坑

1 概述

近些年来，钢板桩作为一种新型的建筑材料，因其可以重复利用、节省材料、施工快捷等优点，被大量运用到围堰、基坑支护和大型码头建设中。钢板桩由钢制板桩和两边接头结构组成，两边的接头可以通过自由组合的方式形成联动装置将钢板桩连接在一起，构成连续紧密的支护结构。钢板桩通过桩端的锁口相互咬合，形成一个密闭的柔性维护结构，使其在支护过程中可以承担土荷载。

钢板桩按生产工艺可分为热轧钢板桩和冷弯薄壁钢板桩两种。在工程建设中，热轧钢板桩因其厚度可以不受限制，在工程中使用更加广泛；而薄壁钢板桩由于其加工和使用的局限性，应用范围相对较小。[1]本文在对钢板桩支护技术的发展前景、研究现状的基础上指出钢板桩相对的优缺点，以推动钢板桩支护技术的工程应用，使读者在短时间内对钢板桩支护技术有个全面的认识。

2 钢板桩的国内外研究现状

钢板桩的研发和生产开始于二十世纪初的欧洲国家。1903年，日本首次将钢板桩应用于三井本馆的基坑支护中；1908年美国首次使用直线型钢板桩建设Black Rock港；1911年卢森堡的阿尔贝德工厂生产出了世界上第一片类似Z型的钢板桩；1923年日本进口了大量的U型钢板桩用于关东大地震的灾后重建；在1931年，日本在八幡制铁所首次研造出自己国家的钢板桩，日本为了修复维持第二次世界大战后的经济状态，大量使用并生产钢板桩；1933年在卢森堡的阿尔贝德工厂轧制出了真正意义上的Z型钢板桩。在二十世纪中叶，西方经济发达国家便已广泛使用钢板桩。在亚洲，日本经过多年应用与发展，钢板桩的产品研发、设计、施工、设备制造等方面已达到世界先进水平。

3 钢板桩的力学特性

钢板桩属于传统的柔性板式支护结构，由于其截面较特殊，因此导致了钢板桩力学特性的特殊性。钢板桩由于截面的特点，其刚度随变形呈非线性增加，且只有当变形较大时，钢板桩的刚度才能发展到理想状态。

钢板桩是利用施工机械将其插入土中，通过自身两端锁扣的紧密闭合，形成封闭性的结构。但由于施工条件等多种因素的影响，会导致钢板桩锁扣间的相对滑移，使得钢板桩的相对刚度发生折减，又由于钢板桩的截面特殊性，使钢板桩的刚度很难确定，给控制钢板桩的变形带来了很大困难。[2]在工程中通常利用钢板桩中性轴的偏移距离计算钢板桩的刚度。

直线型钢板桩可以拼接成格型围堰，它具有横向抗拉强度大的特点，因此主要应用在围堰工程中，但其抗弯截面模量较小，因此在支护工程中并不经常受到应用。Z型钢板桩通过锁扣间的连接形成钢板桩墙，但是其锁扣容易受到破坏且制作和安装都比较麻烦，因此这两种钢板桩在工程应用都相对较少。U型钢板桩由于可以通过两端的锁扣连接，形成密封墙，虽然会产生较大变形，但能充分发挥刚度和强度，在工程中受到了广泛的应用。

钢板桩在工作时，实际是介于单桩受力状态和理想桩墙受力状态之间，这种工作特点和截面性质有很大关系，钢板桩在变形初期，没有桩与桩之间的作用力，这时钢板桩处于单桩的工作状态，此时钢板桩的中性轴位置与单桩时一致；当相邻钢板桩变形不一致时，随着外力和桩与桩之间相互作用力作用下，桩的工作状态会趋近于理想桩墙受力状态，钢板桩的中性轴位置开始向截面中心靠拢；当桩与桩之间摩擦力足够大时，桩与桩之间没有相对滑移，钢板桩处于理想桩墙状态，中性轴位置处于截面中心线处。在实际工程中，钢板桩的工作状态爱是介于两者之间的，在钢板桩的设计中，由于刚度很难确定，导致难以计算出钢板桩的位移和应力，给钢板桩工程带来了较大的困难，因此推广钢板桩的应用，很有必要对钢板桩的刚度发展规律进行研究。

钢板桩的施工与所选桩型、场地条件以及施工机械都有很大的关系。在施工前，应对桩尖处的槽口进行封闭，避免挤入泥土，而后对打桩的流水段进行划分，并用两台经纬仪在两个方向加以控制钢板桩的垂直度。

打桩方法与打桩体系的选择是钢板桩施工中重要的环节。钢板桩的主要打桩方法有逐根式打桩、屏风式打桩、交错式打桩和围堰及合龙技术。打桩体系主要有锤击打桩法、滑动打桩法、静压法和混合打桩法，所用到的打桩机械主要有冲击打桩机械、振动打桩机械、振动冲击打桩机械和静力压桩机械四种。

4 钢板桩支护的优点及其适用性

在基坑支护中，用内支撑来取代打设土钉或锚杆支护的方式，可以很好的降低对周边建筑的影响，并且钢板桩的占地面积较小，施工速度较快。钢板桩由于它钢材的特殊性，具有抗腐蚀性较强，材料轻质高强的特点，并在临时支护过程中，可以進行拆除回收利用。[3]在工期较短、环保要求较高的工程中得到了很好的应用。

钢板桩除了具有施工简单、快速高效、环保节能、可循环利用的优点外，还因为其耐久性好、结构整体性好、适合各种地质而备受关注，在港口水利工程、铁路、电车轨道和污染控制中均大有可为。[3]如深圳供电局高层住宅位于布吉河与笔架山排洪渠交汇处的人工改造平地，就应用了钢板桩止水帷幕。

而推广应用钢板桩又有助于钢构行业的更快速发展。我们广东可以籍此契机，发挥自身优势，推进钢构行业自主创新，加快研发、生产质优价低的钢材，跟工程建设业界互惠互利，共同发展。[4]

5 小结

通过对钢板桩的力学特性分析以及钢板桩支护特点的总结，并从钢板桩的历史发展角度，对广东地区的实际工程应用的介绍，为以后广东地区采用钢板桩支护方式的工程提供一定的参考价值。

参考文献

[1]罗永真.基于桩间锁扣摩擦分析的钢板桩刚度特性研究[D].华南理工大学，2014.

[2]陈彬.基于有限元分析的钢板桩间锁口摩擦对其抗弯性的研究[D].华南理工大学，2013.

[3]刘平.小基坑钢板桩支护设计分析与程序编制[D].中国地质大学，2014.

[4]刘幼如，石守芹，李艳，等.我国工程钢板桩应用前景初探[J].中国水运（下半月），2011，11（1）：238-240.