拉森钢板桩在福州地区的应用研究

2020-02-19曲晓帆

福建建筑 2020年1期

曲晓帆

(福州市勘测院福建福州 350108)

0 引言

近年来，福州地区的工程建设快速发展，而河道驳岸工程、地下管道工程、综合管廊、桥台基础开挖、地下室开挖及各种地下构筑物的施工均需要进行基坑支护。拉森钢板桩作为基坑支护结构具有经济、环保、施工速度快、可循环利用、止水效果好等多种优点[1]，在各种基坑支护工程特别是在应急抢险工程中得到了广泛应用。但相关文献对拉森钢板桩的使用效果、适应性及拉森钢板桩使用存在的问题较少进行归纳。

本文以福州地区拉森钢板桩的应用工程为例，归纳了福州市拉森钢板桩在不同类型基坑支护工程中的运用情况，总结拉森钢板桩支护设计中存在的一些问题，并提出了解决问题的具体方法和方向，以供类似工程参考。

1 拉森钢板桩支护型式分类及工程实例

拉森钢板桩按照支护型式可分为悬臂式结构、锚拉式结构、桩锚式结构、支撑式结构和复合式结构等型式，以下例举了福州地区4种常见基坑支护应用实例。

1.1 河道驳岸工程

某河道驳岸工程位于福州市仓山区，基坑深度约4.5m，主要地层为杂填土、淤泥、(含泥)中砂和淤泥层，条形基坑东侧为空地，西侧临近拟建建筑(建筑地基处理已完成)。

根据上述地质和场地条件，设计采用“拉森钢板桩+一道钢管支撑+放坡”的支护结构，钢板桩桩长15m，如图1所示。经计算，基坑整体稳定安全系数1.85，抗倾覆稳定安全系数1.57，均满足规范要求。

根据施工现场反馈，驳岸施工已完成，各项监测指标均满足规范要求，且未对临近建筑建设产生不良影响。

图1 某河道驳岸工程基坑支护剖面

1.2 管道工程

某管道工程位于福州市台江区，拟埋设雨水管道埋深3.5m，主要地层为杂填土、淤泥质土和细中砂层，基坑主要位于现状道路上，周边存在大量浅基础古建筑，且距离较近。

根据上述地质和场地条件，设计采用“拉森钢板桩+一道型钢支撑”的支护结构，钢板桩桩长9m，如图2所示。

图2 某管道工程基坑支护剖面

根据施工现场监测数据，直至施工完成，基坑周边建筑物沉降最大值23.5mm，建筑物倾斜累计变化量最大值0.5‰，均满足规范要求。

1.3 桥梁工程

某桥梁工程位于福州市马尾区，基坑深度2.50m～3.00m，主要地层为杂填土、(含泥)粉砂、(含泥)中粗砂，桥台基坑一侧临水，一侧在陆地上。

根据上述地质和场地条件，设计采用“悬臂式拉森钢板桩”的支护结构，如图3所示。经计算可满足基坑的整体稳定性和抗倾覆稳定性等要求，另由于该基坑一侧临水，拉森钢板桩可起到围堰的作用，无需另外增设围堰。

根据施工现场反馈，该桥梁工程顺利完成，拉森钢板桩在临水条件下止水效果良好。

图3 某桥梁工程基坑支护剖面

1.4 应急抢险工程

某应急抢险工程位于福州市马尾区，由于道路下部雨水管道破裂导致路面塌陷，管道修复需要开挖基坑，基坑深度约5.50m，主要地层为杂填土、淤泥、细砂、淤泥质土。由于塌陷处位于城市主干路，交通压力大，建设部门要求快速处理并尽快恢复交通。

根据上述地质和场地条件，结合项目的特殊性，设计采用“拉森钢板桩+2道钢管支撑”的支护结构，钢板桩桩长12m，考虑到路基土体被掏空，在路面塌陷侧采用双排拉森钢板桩，桩间打设3排高压旋喷桩，并在路面塌陷侧基坑支护结构外打设3排高压旋喷桩，如图4所示。

图4 某应急抢险工程基坑支护剖面

该支护方案确定后，施工单位连夜运输材料，第二天即完成拉森钢板桩及高压旋喷桩施工，第三天即恢复交通，并进行基坑开挖作业直至管道修复完成。本次抢险工程中，充分发挥了拉森钢板桩施工速度快的特点，施工过程中基坑一侧保证车辆通行，土体亦未发生较大变形，该抢险任务圆满完成。

2 拉森钢板桩支护常见问题探讨

2.1 接桩问题

拉森钢板桩桩长一般为6m、9m、12m和15m，其中9m和12m较为常见，6m和15m较少，需要提前准备。若基坑较深或下部淤泥层较厚，钢板桩设计长度超过15m，需采用接桩处理，但接桩对施工质量要求较高，一旦质量把控不严，接桩处焊缝开裂，下部支护桩将起不到支护作用，甚至发生工程事故。

针对以上问题，分析如下：一般设计桩长超过15m的基坑，基坑深度较大或软土层较厚，对支护结构嵌固深度和强度要求均较高，故不建议采用接桩处理，可采用坑内加固等土体加固措施改善土体强度或增加内支撑道数以减少钢板桩嵌固深度。

2.2 可打入土层深度问题探讨

拉森钢板桩一般适用于淤泥层，松散、稍密、中密的砂层等土层，对于硬杂质含量较高的杂填土层，密实砂层，卵石层，风化岩层钢板桩打入困难，应根据试桩情况确认成桩可行性。

由于钢板桩刚度较小，对土层的穿透性弱于型钢桩和灌注桩等桩型，对此，提出以下两种优化措施，以提高钢板桩的穿透能力。

(1)改造钢板桩桩尖，将钢板桩桩尖做成尖刀状，减少桩端阻力。

(2)在桩身表面涂刷减摩材料，减少桩侧摩阻力。

以上两种优化措施可减少沉桩的困难并提高打桩效率。

2.3 拔桩对周边环境影响问题

拉森钢板桩为可循环利用桩型，在支护结构完成使用功能后，需要拔除钢板桩，钢板桩拔桩后由于桩位处土体空隙被外侧土体挤压充填，短期内会产生较大的水平位移。现阶段，往往是拔除钢板桩后再行注浆充填空隙，以达到限制水平位移的作用。但实际应用中，由于浆液凝固需要一定的时间，往往不能有效控制拔桩后水平位移的发展。

对于上述问题，提出以下两种优化措施。

(1)通过合理安排拔桩顺序，分段拔桩或跳拔。

(2)在钢板桩上焊接注浆管，从孔底注浆，边拔边注。一根桩可分几次拔除，如每次拔除3m～5m，待注浆强度达到要求后再继续拔桩，然后继续注浆，直至一根桩全部拔出为止。

2.4 插入比问题

钢板桩常用于管道和河道等窄条形基坑工程中，设计计算往往需要较深的嵌固深度，这是由于现有的支护设计计算参照《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)[2]的规定执行，该规范在计算嵌固稳定性、整体稳定性、抗隆起稳定性时未考虑窄条形基坑的特殊情况[3]。

针对上述问题，可对窄条形基坑的被动区土压力进行修正，充分考虑窄条形基坑的尺寸效应，确定合理的嵌固深度，达到经济合理的目的。

2.5 悬臂式结构是否需要加设围檩

对于深度较浅且周边无重要建(构)筑物的基坑，悬臂式钢板桩支护结构即可满足设计要求，设计人员往往为了保证围护桩的整体性而保留围檩，笔者认为这是没有必要的，增设围檩反而会增加支护结构内侧竖向荷载，增加倾覆力矩。悬臂式支护结构在文中桥梁工程及笔者设计的多个基坑工程中的成功应用充分验证了钢板桩的互锁结构可保证支护结构的整体性，无需增设围檩。

2.6 制度上的困境

由于钢板桩在一些坚硬地层较难打入，且各地区地质差异较大，若在试桩时发现钢板桩插入深度无法满足设计要求，将导致设计变更，增加工程造价。而现行的地方制度，很多要求设计控制造价，变更增加工程量可能会追究设计单位责任，这就导致很多工程不敢尝试使用经济廉价的钢板桩支护结构，特别是土层坚硬和地质条件复杂地区的基坑工程，不利于钢板桩支护结构的推广，也会导致更多的资源浪费。

建议对于基坑工程应允许设计人员在一定范围内采用动态设计，鼓励新方法、新工艺的尝试，并通过专家评审等渠道从技术角度管控设计方案，以利于岩土工程更好更快的发展，更好的服务于工程建设。