WSP鋼管樁與拉森鋼板樁在管廊施工中的對比分析

張亞南

（中鐵十七局集團上海軌道交通工程有限公司，上海 200135）

1 概況

江北新區綜合管廊二期工程地下綜合管廊全長約53.41km，主要由管廊干線（長約31.29km）和管廊支線（長約22.12km）組成。主要包含管廊主體工程、附屬系統工程、管廊節點工程。管廊主要包括電力電纜、通訊電纜、供水管、回水管、雨水管、污水管、煤氣管、空調加熱管、真空廢管等管道[1]。

1.1 工程概況

本期施工七里河大街綜合管廊里程樁號為K0+380.0～K1+180.0段，屬于支線綜合管廊,為雙艙管廊，廊管內入線種類有給水、電力、通信管三種。

本段雙艙綜合管廊斷面設計外輪廓尺寸為4.75m*3.5m，擬采用明挖法施工，管廊挖土深度為6.480m～10.121m。管廊設計±0.00標高為對應的機動車道和分隔帶緣石邊緣低點的標高。

1.2 工程地質

（1）地質環境：江北新區綜合管廊二期工程位于南京市江北新區，屬長江漫灘地貌單元。根據勘探報告，施工場地表層為人工填土，其下為第四系全新統（Q4）新近沉積的淤泥質粉質粘土、粉土夾粉砂、粉砂、粉細砂、淤泥質粉質粘土夾粉土粉砂；下部為上更新統（Q3）沉積的含礫中粗砂；底部為白堊系上統浦口組泥質粉砂巖（K2p）。

（2）周圍環境：七里河大街管廊施工段區域因城市道路建設改變了原來的地貌形態，場區現狀為在建城市道路。七里河大街管廊起點處靠近浦濱路，終點為江北快速路。管廊主體主要位于七里河大街的非機動車道和人行道，其中K1+060-K1+180段為位于七里河大街與浦濱路交叉口處機動車道下下穿段，且管廊左側有一條小河。綜合判定綜合管廊周邊環境較復雜，對管廊基坑圍護要求嚴格。

1.3 水文地質

根據勘察報告揭示本場地地下水分為孔隙潛水、基巖裂隙水和孔隙承壓水三種。場地范圍內砂性土厚度大，基坑開挖時，在地下水的作用下易產生流砂和涌水或基坑突涌現象。施工期間應采取隔水和降水等相關措施[2]。

2 基坑圍護

本次基坑圍護針對七里河大街樁號約為K1+060-K1+180，總長約120m的倒虹段，開挖深度為10m左右。原始的開挖錨固設計使用拉森鋼板樁，考慮到開挖的大開挖深度，以確保開挖的安全性，改善水密性，加快施工速度并消除樁土的影響，設計改用WSP鋼管樁圍護。因此先以七里河大街樁號約為K0+450~K0+500，基坑深度6.43m~6.68m，總長約50m的WSP圍護標準試驗段與K0+600~K0+680，基坑深度6.54m~6.73m，總長約60m的拉森鋼板樁圍護標準段進行對比試驗。

2.1 拉森鋼板樁圍護

K0+600~K0+680段基坑挖深 H=6.54~6.73m，采用SP-Ⅳ型拉森鋼板樁，插入比為1：1，樁長15m。設置二道水平鋼支撐體系，第一道鋼圍檁采用單拼 H700*300*13*24 型鋼，支撐采用φ609x16鋼管，支撐中心標高：-0.3m；第二道鋼圍檁采用雙拼H700*300*13*24 型鋼，支撐采用φ609x16 鋼管，支撐中心標高：-3.3m。

2.2 WSP鋼管樁圍護

K0+450-K0+500段 基 坑 挖 深H=6.43m~6.88m，采 用φ1000*10@1600鋼管樁連續墻，有效樁長為L=13m/15m（一個長度和一個短間距結構），防水縫的長度為11m（-0.8m～-11.8m）。安裝水平鋼支撐系統，由H700*300*13*24兩件式鋼制成，支撐采用φ609x16鋼管，并保持中心標記：-0.6m。

3 WSP鋼管樁技術

3.1 WSP鋼管樁技術簡介

鋼管樁連續墻成套技術（Wall Made of Steel Pipe Piles，簡稱WSP）是以大直徑鋼管樁為承載結構，相鄰鋼管樁采用子母扣套接成墻擋土，在鄰樁接縫子母扣處設置止水空腔，充填止水空腔封堵接縫止水，可全回收再利用的高強無縫地下連續墻體。

3.2 鋼管樁節點設計

鋼管焊接鋼板、鋼管等形成子母鋼管樁連續墻，大直徑鋼管承載，全部工廠預制好直接運至施工現場。特殊位置樁，根據圖紙量出樁中心線偏移角度，換算成弧長，轉角樁翼板方向可以定制。

圖1 鋼管樁連續墻樁身截面圖

圖2 鋼管樁連續墻轉角截面圖

3.3 鋼管樁連續墻止水

鋼管樁連續墻接縫處設有止水空腔，其中安裝壓力水囊，利用水體自重封堵鄰樁拼縫，有效隔離樁壁內外的水流，實現“堵水”的目的，承受水庫的壓力梯度。它還可以檢測開挖前阻止鋼管樁積水的效果。

3.4 鋼管樁施工方法

鋼管樁的施工方法主要有：①靜壓法插拔；②振動法插拔；③自鉆進沉樁；④導向法沉樁。本次施工采用了振動法拔插。

3.4.1 鋼管樁連續墻施工流程

測量放樣→場地準備→開挖溝槽→樁機就位→吊放鋼管樁→打入鋼管樁→（校正垂直度→復測樁位→）接樁（若有）→沉樁（至設計深度）

3.4.2 振動法打樁原理

利用振動沉管的原理，振動錘偏心重輪高速運轉產生高頻振動和激振力，高頻振動力經液壓鉗傳遞到鋼管樁上，鋼管樁及其配件在激振力的反復作用下切入地層，直至將鋼管樁連續墻子母管逐根套接插入至設計承載深度。

3.4.3 振動法打樁步驟

鋼管樁連續墻采用高頻振動錘完成插入施工，施工步驟如下：①將鋼管樁連續墻吊起豎直；②用振動打樁機的夾具將鋼管樁連續墻夾牢；③將鋼管樁連續墻就位（將鋼管樁連續墻與前一根在設計角度進行子母扣套接）；④開動高頻振動錘，以振動插入的方式，將鋼管樁連續墻插入土體。

3.5 鋼管樁連續墻拔出施工工藝

3.5.1 鋼管樁拔樁原理

與鋼管樁打樁原理相同，均利用振動原理，通過振動錘將高頻振動力經液壓鉗傳遞到鋼管上，大幅度減少土對樁的摩阻力，利用振動土塞補償法將鋼管樁拔起，邊振動邊拔，推里面的土拔外面的樁。

3.5.2 拔樁方法

該項目使用振動土塞補償方法拉動樁：使用振動錘產生的強制振動來降低土壤質量并降低鋼管樁附近的土壤粘聚力，從而在拉動樁時削弱土壤阻力，依靠土塞補償法將樁拔除，微擾動全回收再利用，嚴格控制拔樁拖帶沉降。

3.6 鋼管樁拔插對周圍環境的影響

插入施工時，鋼管為大直徑鋼管，鋼管壁切入土體，管內土面比管外高，基本無擠土效應，打樁拖帶沉降很小。拔樁采用土塞補償法拔樁，推里面的土拔外面的樁，拔樁后鋼管內的土被擠出并密實充填拔樁留下的孔洞，能嚴格控制拔樁拖帶沉降。有利于對周邊環境和管廊主體結構的保護。

4 WSP與拉伸鋼板樁對比

4.1 成本分析

表1 鋼管樁連續墻與鋼板樁圍護經濟對比分析（30m標準段）

通過上表分析可得出：相同長度的基坑圍護方案，拉伸鋼板樁的施工成本相對較少，相比鋼管樁連續墻可節約成本約35.76%；

4.2 兩種圍護結構的管廊施工流程對比

4.2.1 WSP鋼管樁施工

第一層土層開挖→第一層鋼支撐架的安裝→坑的封閉，更換→防水墊和底部平板結構→底部平板鋼筋，模板支撐→底部平板混凝土→混凝土維護→側壁和頂部平板鋼筋，模板施工→混凝土澆筑→混凝土維護，模板拆除→側壁和屋頂的防水→黃沙回填，平層回填→去除鋼支架→表面土壤回填→去除鋼管樁。

4.2.2 拉森鋼板樁施工

第一土層開挖→第一鋼支撐架設→第二開挖層→第二鋼支撐架設→開挖底部，更換→防水墊層和底板構造→鋼板加固，模板支撐→地板→混凝土維護，拆除第二個鋼支架→加固側壁和頂板，在模板施工期間澆筑混凝土→維護混凝土，拆除模板→側壁和屋頂防水→從黃沙回填，從平整土壤回填→第一次拆除支撐→取下板樁、密封接縫。

與拉森鋼板樁相比，WSP鋼管樁通過比較兩個建筑圍護結構的施工過程和實際施工進度，減少了第二層開挖，第二層支撐的安裝和拆卸以及回填。 現場，減少等待水泥地面強度的時間。因此，WSP鋼管樁縮短了施工過程，節省了時間并加快了施工過程。

4.3 施工結束后對周圍環境的影響：

根據沉降監測數據和現場的實際情況，得出的結論是，在移樁后鋼樁圍欄的沉降量小于鋼板樁圍欄的沉降量，接下來的幾周內將穩定下來，在相同條件下，完工后鋼管外殼對環境的影響較小。

5 小結

通過上面30m標準段的鋼管樁圍護與拉伸鋼板樁對比，可以看出鋼管樁施工成本較高，但鋼管樁施工進度快又能節約部分人工機械成本，且對周圍環境的影響更小，并且考慮施工安全問題，最終決定在K1+060-K1+180段使用鋼管樁圍護結構，施工期間效果良好。

在基坑開挖深度較淺時，主要考慮成本問題，鋼板樁圍護較為實惠；當基坑開挖深度較大時，鋼管樁圍護結構相對更為安全，施工工期更短。