拉森鋼板樁在北格街建設工程中的設計與施工

邵繼有 賀瑞峰 雷士華

（北京建工路橋集團有限公司，北京 100123）

1 工程簡況

北格街建設工程位于太原市綜改示范區，是連通太原市與晉中市的重要道路工程，東西走向，3.19 km，雙向6車道，標準段紅線52 m，為城市主干路。本工程建設范圍內地下水靜止水位埋深1.8～4.37 m，地下水類型為微承壓水的混合水及第四系孔隙潛水，含水層多為粉土、粉土夾粉細紗、粉質黏土層等，透水性差很大，主要取決于大氣降水和地表水橫向入滲補給，排放方式主要為大氣蒸發。

本工程排水管道設計為雨、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 溝槽支護方案比選

2.1 支護目的

為了保證基坑四周土體的穩定性，防止坑邊土體坍塌以及地下水對施工造成不利影響，為地下施工留出足夠的安全可靠的作業環境，將地面以及地下土體位移控制在設計允許范圍內，保證作業區的可實施性。

2.2 支護方案比選

支護方案比選主要以放坡開挖、鉆孔灌注樁、地下連續墻與拉森樁四種支護方式，從適用范圍、性能指數、施工進度，施工工藝，環保、經濟、安全、美觀等方面進行綜合比選，最終選用拉森鋼板樁作為支護方案。

拉森鋼板樁施工工藝十分成熟，工藝簡單，所占用工作面較小，同時鋼板樁強度高，可以有效地控制土體位移，安全性能大為增加，開挖面積減少方便管理，也將揚塵控制在允許范圍內，符合設計以及規范要求。

3 拉森鋼板樁支護設計

3.1 材料選擇

北格街項目的最大開挖深度為4.5 m左右，我們擬選9米拉森樁，結合實際開挖的方案，擬采用拉森PSP-IV型鋼板樁，要求鋼板樁入土深度達到樁長0.5倍左右。其技術參數如表1。

表1 拉森PSP-IV型鋼板樁技術參數

3.2 設計參數

（1） 鋼板樁入土深度的計算。

式中：

φ——土的內摩擦角，各層土質高度不固定，取鋼板樁入土范圍內土層φ=25；

γ——土的重度，為了計算方便，取其最大值γ=20.0 kN/m3；

H——基坑開挖深度，根據北格街工程設計圖紙取最大值4.5 m；

t——鋼板樁入土深度。

根據北格街建設工程巖土工程勘察報告可知基坑各巖土層設計參數如表2所示。土壓力示意圖如圖1所示。

表2 基槽工程設計參數表

為了保證拉森鋼板樁保持穩定，根據靜力平衡可得：

整理后即為鋼板樁入土最小深度t，

采用區間法計算t，經過計算可知 ，考慮安全因素，取最不利效應，擬定t=3.6 m。

所以鋼板樁總長度為L=4.5+3.6=8.1 m，

由此可知擬定9米拉森樁符合設計要求。

圖1 地基穩定性驗算簡圖

（2） 鋼板樁穩定性驗算。

在軟土中開挖較深的基坑，常常會發生坑頂下陷、坑底隆起的現象，因為背后的土壤柱樁的重量超過地基土的承載力底部的基坑，平衡態的原始基礎遭到破壞，造成坑壁土向內流動產生的。因此，施工前要對地基進行穩定性驗算，避免此類現象發生。

式中：

τ——地基土不排水剪切的抗剪強度（kPa）；

x——鋼板樁的長度（m）；

γ——土的重度[（kN/m3）]。

考慮最不利效應，擬定地基土為均質土，且為飽和性軟黏土，則τ=0，地基穩定力矩與轉動力矩的比值為抗隆起安全系數，用K表示，且當時，地基土處于穩定狀態。

式中：

c——土的黏聚力，根據表3取值為c=22.7 kPa；

q——基坑上方回填土的荷載，取q=5.0 kN/m2；

代入式（7）可得

由此，滿足地基穩定性要求。

4 拉森鋼板樁施工

4.1 進場檢驗

進入鋼板樁后，一般要進行外觀檢查和材料試驗。不符合設計產品質量要求的鋼板樁，應當進行矯正或退樁更換。

（1） 外觀檢查：對全部鋼板樁進行外觀檢查，主要檢查表面有無裂縫等缺陷，測量其長度、寬度、厚度，計算端部矩形比，檢查平直度和鎖口形狀等。

（2） 材質檢驗：至少選擇一個相同規格的試樣進行拉伸和彎曲試驗以及對鋼板樁的母材進行化學成分及機械性能全面試驗。

4.2 施工工藝

（1） 工藝流程。

平整場地—定位敷設—挖溝—打導樁—打鋼板樁—基坑開挖—安裝圍護檁條支護—地基坡口處理—鋪設墊層—管線安裝—回填—拔鋼板樁。

（2） 開挖寬度設計。

為便于施工，溝槽底部要保留一定的寬度，具體開挖寬度按公式8計算確定。

式中：

D——管道外徑（mm）；

B——溝槽底部的開挖寬度（mm）；

b，b1，b2——分別為管道一側的工作寬度（mm）、支撐厚度（mm）、模板厚度（mm），具體數值參照表3。鋼板樁搭接大樣如圖2所示。

表3 管道一側的工作面寬度

圖2 鋼板樁搭接大樣

（3） 施工方法。

①放線

放出管線外邊灰線，從管線每邊按設計以及規范要求引測出一定的尺寸，作為打樁的方向控制線，并且撒白灰定出鋼板樁的邊線，在施工過程中隨時校核，保證樁打在一條直線上且鎖口閉合。

②打樁

a.先施工每隔1 m設置的導向樁，打樁時利用方向控制線和鋼板樁的邊線控制鋼板樁的軸線，采用打拔樁機施打，手動扶正到位。

b.連續施工時，注意控制樁頂高度，相鄰鋼板高差不宜過大。

c.在打樁過程中，應隨時測量每根樁的傾斜度，控制傾斜度不應超過2%，及時用拉齊方法調正，對偏斜過大不能調正的，要拔起重打。

d.一次打入的深度一般控制在0.5～3 m。

③開挖

溝槽的開挖采用反鏟挖掘機，土方采用自卸式裝載車運輸至指定棄土點，溝槽邊坡附近禁止堆放棄土。監測鋼板樁在開挖過程中的位移，發現異常情況，應當立即停止開挖，查明原因，采取有效措施，方可繼續開挖。

（4） 注意事項。

①鋼板的進場檢驗

對全部鋼板樁進行外觀質量檢查：

a.影響鋼板樁打樁的焊接部位應予以切斷；

b.切割孔和截面缺陷應加強處理；

c.對腐蝕嚴重的鋼板樁進行了實測，確定了處理方案；

d.對鋼板樁鎖扣破損程度較高或者彎曲度較大的應予以更換。

②鋼板樁吊運

鋼板樁的裝卸吊裝應采用兩點吊裝的方法，每次鋼板樁的根數不宜過多，并應保護好鎖緊位置，以免損壞。多根樁用鋼絲繩捆扎，捆扎成捆。單根吊裝應采用專用吊具。

③鋼板樁現場堆放

鋼板樁堆放的地點要硬化，一方面要便于運往打樁施工現場，還應不應鋼板樁的重壓而發生較大沉陷變形，堆放時應該注意以下幾點：

a.鋼板樁應按型號、長度、規格分別堆放，并注明；

b.鋼板樁分層堆放，一般每層不超過5根鋼板樁，總高度不超過2 m，每層之間應放置枕木，墊木間距一般為3～ 4 m，墊木上下兩層應在同一垂直面上；

c.堆放的方向、順序、位置應考慮到現場的施工方便，先用的后堆。

4.3 施工控制的要點

（1） 拉森鋼板樁通常采用打樁機打樁。掘進前應熟悉該地區地下管網及障礙物情況，必要時可進行物探，以便準確釋放支護樁的中、側線。

（2） 按編號檢查鋼板樁，對外觀不合格鋼板樁進行必要的處置。

（3） 施打前，鋼板樁的鎖緊處應加潤滑劑，便于鋼板樁的打樁和拔樁。

（4） 在鋼板樁插入打樁過程中，對鋼板樁的傾斜度進行實時監測。當偏差大于2%，無法用拉拔法糾正時，應進行吊裝和驅動。

（5） 井位四個角要使用轉角鋼板樁，要專門檢查。

（6） 在溝槽開挖過程中，要嚴格控制同層支護頂面高差開挖斷面并支承斷面；隨時觀察和測量鋼板樁的變化。如果有明顯的傾覆或隆起狀態，應立即在傾覆或隆起位置增加對稱的橫向支承。

（7） 直至回填前，都應該定期對鋼板樁偏移量進行監測，控制樁頂向基坑內的偏移量穩定在2～10 cm之間。

5 拉森鋼板樁施工常見問題及處理方法

5.1 傾斜

產生原因：由于打入樁與相鄰樁鎖口阻力較大，或者擠進過程中受到石塊的側向擠壓作用，使打樁方向產生了偏移。

處理方法：施工過程中隨時檢查、控制、糾正，發生傾斜時將鋼板樁往上拔1 m左右再打，如此上下，邊拉邊打，逐步讓鋼板樁位置得到糾正。

5.2 扭轉

產生原因：主要是鉸式鎖口容易產生扭轉，導向裝置不牢固也容易造成扭轉。

處理方法：用卡板鎖住鋼板樁的前鎖口，在兩個鋼板樁的鎖口扣的兩側，用墊鐵和木榫填補鋼板樁兩側的間隙。在鋼板樁下沉過程中設置滑輪支座，方便轉向控制。

5.3 共連

產生原因：鋼板樁的傾斜變形和彎曲變形導致缺口阻力增大。

處理方法：及時糾正傾斜鋼板樁的偏差，臨時用角鐵和電焊固定鋼板樁相鄰部位。

6 結語

本工程大量使用拉森鋼板樁避免了放坡所引起的大面積開挖，大大減少了土方量。在施工中很好地適應了各種不良地質情況、各種天氣，施工順利，大大地加速了工程進度。拉森鋼板樁高強度且接口采用互鎖連接方式，避免了土體滑坡、坍塌等引起的危險。其優良的隔水性能也保證了基槽水分控制在一定范圍內、避免了基槽積水所引起的危險、減少了揚塵以及路面積泥、也避免了地下水被大面積污染。有效減少了有害物質的產生。在同類的溝槽開挖施工中值得借鑒。