拉森鋼板樁在福州地區的應用研究

曲曉帆

(福州市勘測院 福建福州 350108)

0 引言

近年來，福州地區的工程建設快速發展，而河道駁岸工程、地下管道工程、綜合管廊、橋臺基礎開挖、地下室開挖及各種地下構筑物的施工均需要進行基坑支護。拉森鋼板樁作為基坑支護結構具有經濟、環保、施工速度快、可循環利用、止水效果好等多種優點[1]，在各種基坑支護工程特別是在應急搶險工程中得到了廣泛應用。但相關文獻對拉森鋼板樁的使用效果、適應性及拉森鋼板樁使用存在的問題較少進行歸納。

本文以福州地區拉森鋼板樁的應用工程為例，歸納了福州市拉森鋼板樁在不同類型基坑支護工程中的運用情況，總結拉森鋼板樁支護設計中存在的一些問題，并提出了解決問題的具體方法和方向，以供類似工程參考。

1 拉森鋼板樁支護型式分類及工程實例

拉森鋼板樁按照支護型式可分為懸臂式結構、錨拉式結構、樁錨式結構、支撐式結構和復合式結構等型式，以下例舉了福州地區4種常見基坑支護應用實例。

1.1 河道駁岸工程

某河道駁岸工程位于福州市倉山區，基坑深度約4.5m，主要地層為雜填土、淤泥、(含泥)中砂和淤泥層，條形基坑東側為空地，西側臨近擬建建筑(建筑地基處理已完成)。

根據上述地質和場地條件，設計采用“拉森鋼板樁+一道鋼管支撐+放坡”的支護結構，鋼板樁樁長15m，如圖1所示。經計算，基坑整體穩定安全系數1.85，抗傾覆穩定安全系數1.57，均滿足規范要求。

根據施工現場反饋，駁岸施工已完成，各項監測指標均滿足規范要求，且未對臨近建筑建設產生不良影響。

圖1 某河道駁岸工程基坑支護剖面

1.2 管道工程

某管道工程位于福州市臺江區，擬埋設雨水管道埋深3.5m，主要地層為雜填土、淤泥質土和細中砂層，基坑主要位于現狀道路上，周邊存在大量淺基礎古建筑，且距離較近。

根據上述地質和場地條件，設計采用“拉森鋼板樁+一道型鋼支撐”的支護結構，鋼板樁樁長9m，如圖2所示。

圖2 某管道工程基坑支護剖面

根據施工現場監測數據，直至施工完成，基坑周邊建筑物沉降最大值23.5mm，建筑物傾斜累計變化量最大值0.5‰，均滿足規范要求。

1.3 橋梁工程

某橋梁工程位于福州市馬尾區，基坑深度2.50m～3.00m，主要地層為雜填土、(含泥)粉砂、(含泥)中粗砂，橋臺基坑一側臨水，一側在陸地上。

根據上述地質和場地條件，設計采用“懸臂式拉森鋼板樁”的支護結構，如圖3所示。經計算可滿足基坑的整體穩定性和抗傾覆穩定性等要求，另由于該基坑一側臨水，拉森鋼板樁可起到圍堰的作用，無需另外增設圍堰。

根據施工現場反饋，該橋梁工程順利完成，拉森鋼板樁在臨水條件下止水效果良好。

圖3 某橋梁工程基坑支護剖面

1.4 應急搶險工程

某應急搶險工程位于福州市馬尾區，由于道路下部雨水管道破裂導致路面塌陷，管道修復需要開挖基坑，基坑深度約5.50m，主要地層為雜填土、淤泥、細砂、淤泥質土。由于塌陷處位于城市主干路，交通壓力大，建設部門要求快速處理并盡快恢復交通。

根據上述地質和場地條件，結合項目的特殊性，設計采用“拉森鋼板樁+2道鋼管支撐”的支護結構，鋼板樁樁長12m，考慮到路基土體被掏空，在路面塌陷側采用雙排拉森鋼板樁，樁間打設3排高壓旋噴樁，并在路面塌陷側基坑支護結構外打設3排高壓旋噴樁，如圖4所示。

圖4 某應急搶險工程基坑支護剖面

該支護方案確定后，施工單位連夜運輸材料，第二天即完成拉森鋼板樁及高壓旋噴樁施工，第三天即恢復交通，并進行基坑開挖作業直至管道修復完成。本次搶險工程中，充分發揮了拉森鋼板樁施工速度快的特點，施工過程中基坑一側保證車輛通行，土體亦未發生較大變形，該搶險任務圓滿完成。

2 拉森鋼板樁支護常見問題探討

2.1 接樁問題

拉森鋼板樁樁長一般為6m、9m、12m和15m，其中9m和12m較為常見，6m和15m較少，需要提前準備。若基坑較深或下部淤泥層較厚，鋼板樁設計長度超過15m，需采用接樁處理，但接樁對施工質量要求較高，一旦質量把控不嚴，接樁處焊縫開裂，下部支護樁將起不到支護作用，甚至發生工程事故。

針對以上問題，分析如下：一般設計樁長超過15m的基坑，基坑深度較大或軟土層較厚，對支護結構嵌固深度和強度要求均較高，故不建議采用接樁處理，可采用坑內加固等土體加固措施改善土體強度或增加內支撐道數以減少鋼板樁嵌固深度。

2.2 可打入土層深度問題探討

拉森鋼板樁一般適用于淤泥層，松散、稍密、中密的砂層等土層，對于硬雜質含量較高的雜填土層，密實砂層，卵石層，風化巖層鋼板樁打入困難，應根據試樁情況確認成樁可行性。

由于鋼板樁剛度較小，對土層的穿透性弱于型鋼樁和灌注樁等樁型，對此，提出以下兩種優化措施，以提高鋼板樁的穿透能力。

(1)改造鋼板樁樁尖，將鋼板樁樁尖做成尖刀狀，減少樁端阻力。

(2)在樁身表面涂刷減摩材料，減少樁側摩阻力。

以上兩種優化措施可減少沉樁的困難并提高打樁效率。

2.3 拔樁對周邊環境影響問題

拉森鋼板樁為可循環利用樁型，在支護結構完成使用功能后，需要拔除鋼板樁，鋼板樁拔樁后由于樁位處土體空隙被外側土體擠壓充填，短期內會產生較大的水平位移。現階段，往往是拔除鋼板樁后再行注漿充填空隙，以達到限制水平位移的作用。但實際應用中，由于漿液凝固需要一定的時間，往往不能有效控制拔樁后水平位移的發展。

對于上述問題，提出以下兩種優化措施。

(1)通過合理安排拔樁順序，分段拔樁或跳拔。

(2)在鋼板樁上焊接注漿管，從孔底注漿，邊拔邊注。一根樁可分幾次拔除，如每次拔除3m～5m，待注漿強度達到要求后再繼續拔樁，然后繼續注漿，直至一根樁全部拔出為止。

2.4 插入比問題

鋼板樁常用于管道和河道等窄條形基坑工程中，設計計算往往需要較深的嵌固深度，這是由于現有的支護設計計算參照《建筑基坑支護技術規程》(JGJ120-2012)[2]的規定執行，該規范在計算嵌固穩定性、整體穩定性、抗隆起穩定性時未考慮窄條形基坑的特殊情況[3]。

針對上述問題，可對窄條形基坑的被動區土壓力進行修正，充分考慮窄條形基坑的尺寸效應，確定合理的嵌固深度，達到經濟合理的目的。

2.5 懸臂式結構是否需要加設圍檁

對于深度較淺且周邊無重要建(構)筑物的基坑，懸臂式鋼板樁支護結構即可滿足設計要求，設計人員往往為了保證圍護樁的整體性而保留圍檁，筆者認為這是沒有必要的，增設圍檁反而會增加支護結構內側豎向荷載，增加傾覆力矩。懸臂式支護結構在文中橋梁工程及筆者設計的多個基坑工程中的成功應用充分驗證了鋼板樁的互鎖結構可保證支護結構的整體性，無需增設圍檁。

2.6 制度上的困境

由于鋼板樁在一些堅硬地層較難打入，且各地區地質差異較大，若在試樁時發現鋼板樁插入深度無法滿足設計要求，將導致設計變更，增加工程造價。而現行的地方制度，很多要求設計控制造價，變更增加工程量可能會追究設計單位責任，這就導致很多工程不敢嘗試使用經濟廉價的鋼板樁支護結構，特別是土層堅硬和地質條件復雜地區的基坑工程，不利于鋼板樁支護結構的推廣，也會導致更多的資源浪費。

建議對于基坑工程應允許設計人員在一定范圍內采用動態設計，鼓勵新方法、新工藝的嘗試，并通過專家評審等渠道從技術角度管控設計方案，以利于巖土工程更好更快的發展，更好的服務于工程建設。

3 結語

(1)本文例舉了福州地區多種類型基坑工程中鋼板樁的應用實例，通過基坑監測數據和施工現場反饋驗證拉森鋼板樁在河道駁岸工程、管道工程、橋梁工程、應急搶險工程中的支護效果是良好的，體現了鋼板樁止水效果好、施工速度快、安全可靠等特點，對該地區同類型的基坑工程運用具有指導意義。

(2)指出了現階段鋼板樁支護設計中所存在的一些問題，如接樁、可打入土層深度、拔樁、插入比等問題，并提出了解決問題的具體方法和方向，希望隨著這些問題的解決，鋼板樁支護能夠更好、更廣泛的應用于工程實際當中。