淺析拉森鋼板樁支護

陳小剛

常見的拉森鋼板樁為U型截面，卷邊可咬合相扣，上世紀五十年代傳入我國。近十年來，隨著拉森鋼板樁樁體制造的國產化和夾具式高頻振動打樁設備的普及，拉森鋼板樁支護在基坑支護工程中被廣泛應用。

一、拉森鋼板樁支護的主要優勢

1.施工便捷、速度快：拉森鋼板樁打樁機和挖掘機相似，對移動行走的場地要求低；外伸的機械臂連接小巧的夾具式振動錘，能盡量靠近基坑邊的障礙物進行板樁的施打，樁位布置靈活；拉森鋼板樁常見的單根長度6～18m，標準化咬合相扣，長短支護樁和不同型號的鋼板樁組合均很方便；拉森鋼板樁的施打工藝簡單，施工速度快，插入地層即具有強度，成樁到基坑開挖施工工期很短，能大幅度節省工期。

2.節約資源、經濟環保：地下構筑物施工完畢，基坑回填后即可拔出拉森鋼板樁，拔出的拉森鋼板樁仍可循環利用于其他基坑支護工程，不會造成資源浪費，而其他如鋼筋砼地下連續墻、鋼筋砼樁、鋼管樁等支護型式，在地下構筑物施工完成后被永久性的留在地下，擠占了地下空間，并成為其他地下工程項目如管線、管廊、涵洞等的障礙；拉森鋼板樁的插入和拔出的施工過程中，除噪聲外，無其他如泥漿、粉塵等的環境污染，施工過程環保。

3.止水效果良好：拉森鋼板樁通過卷邊手拉手式的相扣咬合，不僅將獨立的鋼板樁連成了整體，發揮了協同效應，而且解決了樁間隙滲水的難題。地下水夾著泥通過咬合的扣邊狹窄的縫隙流動時，泥土填塞了縫隙，這可能是拉森鋼板止水的原理。因為拉森鋼板樁的止水作用，節省了高壓旋噴樁、攪拌樁等之類的止水帷幕施工工序和工程投資。

二、拉森鋼板樁支護的主要缺陷

1.拔樁對地層的擾動：拉森鋼板樁屬于擠土樁，拔出時，在樁位形成樁身空隙，樁周土體的填充引發土顆粒的重新分布，從而導致一定范圍的地面沉降和開裂。

2.可適應的土層范圍較窄：理論上，拉森鋼板樁可適應于除中、微風化巖層外的其他巖土層。但在施工實踐中，當樁身插入長度大于4m后，對于標準錘擊數大于5、承載能力特征值大于130KPa的土層，拉森鋼板樁便很難打入。

3.空間限制：拉森鋼板樁的施工，需要將拉森鋼板在地面夾起并豎立，樁身長度加上夾具高度，需要樁位上方有足夠的空間。

三、拉森鋼板樁的缺陷克服

拉森鋼板樁有諸多優勢，但缺陷也是很明顯的，針對這些缺陷，有必要對拉森鋼板樁進行改良。

1.樁的拔出：適當的施工工藝，比如間隔樁位拔出即跳拔，放慢拔樁速度即慢拔等，均有助于減輕拉森鋼板樁對土層的擾動。拉森鋼板樁拔除對土層的擾動，主要機理在于兩點，一是拔樁帶泥效應，一是拔樁負壓真空效應。拔出蘿卜帶出泥，筆者在施工實踐中曾經對不同土層中拉森鋼板樁帶出的泥厚度做過測量和統計，結果顯示，樁體每面帶出的泥土厚度大多為鋼板樁厚度的2.5倍，最厚的可達5倍鋼板樁厚度，如現在應用最為普遍的FSP-IV型拉森鋼板樁，其帶出的泥厚兩面最多達15cm，拔樁帶出的泥土方量相當可觀，不容忽視。拔樁負壓真空效應主要發生在海相、湖相淤泥質土、飽和粘土和粉質粘土、飽和粉細砂等土層中，樁體如活塞般從這些滲透性較差的土層中拔起時，在樁體下端形成真空，負壓作用下，樁體周邊土層迅速向樁體留下的空隙處遷移，這些土層通常靈敏度高，在擾動下強度瞬間損失，從而引起周邊地面沉陷、開裂，影響平面通常在2～3倍樁長區域，在江漢平原甚至達到5倍樁長，至于影響程度，筆者錄到的地表最大沉陷達60cm，拔樁的影響范圍之廣、程度之深，可見一斑。當基坑附近有對變形敏感的構（建）筑物時，設計和施工時應該相當重視樁體拔出的不利影響。消除拔樁影響，除了選擇適當的施工措施外，可對拉森鋼板樁進行改良。改良的目的是要及時地填充拔樁時留下的空洞、消除負壓。改良方法：可以在樁身焊一根D30～50的注漿鋼管，鋼管底端可設簡易鴨嘴閥，防止樁體插入時泥土進入堵塞；拉森鋼板樁插打時，可以通過注漿管注水，以減少樁身與土層間摩阻力，方便打入；拔樁時可以通過注漿管注入水泥砂漿（或者通過注漿管吹砂），施加正壓，及時填塞樁體拔出時留下的空隙，壓密被擾動的松散土體，從而減少土體變形。

2.堅韌土層：當地質條件比較復雜，如軟硬土層互層或支護樁持力層強度較高，拉伸鋼板樁需要穿越較硬薄層，或者樁端刺入堅硬持力層時，拉森鋼板樁難以打入，這時可采用引孔的方式進行植樁。引孔的目的是攪軟打碎拉森鋼板樁難以打入的巖土，對于一般硬塑狀黏土，可以采用水泥土攪拌樁、三軸攪拌樁等設備引孔，對于巖層，可以采用螺旋鉆機、潛孔鉆機等設備進行引孔。相對于其他能應對這種復雜地層的樁，如鋼筋砼樁、鋼管樁等樁類支護，雖然增加了引孔施工工藝，拉森鋼板樁支護依然具備較強的經濟性。

隨著技術的進步，目前基坑支護行業內已出現能應對各種復雜地質條件的新型拉森鋼板樁靜力植樁機。這種拉森鋼板樁打樁機騎行在鋼板樁上，利用已打好的鋼板樁抗拔力將拉森鋼板樁靜壓入土，噪音很小、定位精準。因為其在成樁上行走，可以在水塘、泥塘中直接施打支護樁，施工環境適應能力強；這種新型打樁機可跟樁送入鉆桿和螺旋鉆頭，鉆頭可鉆動單軸飽和抗壓強度在60MPa內的巖石，鉆頭還配有水刀以對付硬塑狀粘性土。在國內，拉森鋼板樁靜力植樁機還未普及，每延米支護樁施工費用仍居高不下，本文在此僅做簡單介紹，但應該看到，更好地適應復雜的地質條件和逼仄惡劣的施工環境，是拉森鋼板樁改良的方向。

四、拉森鋼板樁支護設計與施工

拉森鋼板樁的設計與施工的方法和要點，在相關規范、手冊、行業標準中有很明確的說明，也有許多文章做過較為全面深入的總結，本文僅僅對設計和施工中容易忽略之處進行補充論述。

在拉森鋼板樁支護設計方面，方案選擇時要充分考慮地質條件和施工環境，容易忽略的是場地上空的障礙，比如高低壓電線以及其是否為裸線，據此考慮支護樁施工的作業空間，在作業高度受限時，可考慮采用微型鋼管樁支護，其所需的凈空高度最小，有4m以上的凈空高度就可實施；基坑支護的設計，要結合地基處理的深度和方式綜合考慮，避免設計過度或不足；對于常見的市政線性工程如管道、溝渠、箱涵等項目的基坑，其特點是狹窄而長，開槽至肥槽時間間隔不長，短則一周，長不過2月，為減少基坑深度，可不設槽底排水溝，以加密集水坑替代，盡量不設支護樁下層底撐，可以滿槽底澆筑砼墊層替代；在拉森鋼板樁選型上，在當地拉森鋼板樁租賃市場可提供的范圍內，盡可能選擇寬型號的鋼板樁，這樣可減少樁的根數，樁數越少則施工費用越低。

基坑支護設計時，特別要注重對引孔的處理，引孔是為保證拉森鋼板樁進入到堅硬持力層而采取的措施，引孔對樁周原狀土進行了松散破壞。在樁身的被動土壓力區，被松散破壞的土層無法提供被動土壓力。基坑開挖時，容易造成土體變形過大，樁體出現較大位移，對于懸臂支護樁，樁頂會出現較大位移，對于有頂撐的樁，樁體下部會出現較大位移，從而導致基坑支護作用失效或者部分失效。因此，有必要對基坑底部以下的引孔做加固處理，具體做法：基坑底部以下引孔時，進行噴灰或噴漿處理，如同水泥土攪拌樁，在水泥土形成強度前打入拉森鋼板樁，同SMW工法類似，在水泥土達到強度后再進行基坑開挖；對于巖石的中引孔，可通過拉森鋼板樁跟注漿管注入低標號水泥砂漿的辦法來加固被動土壓力區；上述兩種辦法，均應在樁身涂刷隔離劑，以便后期拔樁。

五、結語

拉森鋼板樁自身具有的方便快捷和可循環重復利用的特性，通過增設注漿管消除拔樁破壞影響，通過引孔植樁，拓寬拉森鋼板樁對堅韌土層的適應性，采取措施重視引孔植樁的不利影響，拉森鋼板樁支護可以做到安全可靠、經濟環保，可以有更為廣闊的應用空間。