深基坑拉森鋼板樁支護施工方法

董曉澤，隋 偉，高飛飛 ，郎志軍，李 迅，張曉利

（中國建筑第七工程局有限公司， 河南 鄭州 450004）

0 引言

拉森鋼板樁在施工中有很大的優勢，如防水性能好、施工周期短、施工簡便、強度大、重量輕等，不會受到環境變化的影響，它能夠暫時保持土壤水分，主要施工方式是振擊機和打樁機，使拉森鋼板樁在地面上不停地下沉，最后在地面上形成一道連續的平面墻。本工程雨污水溝槽土方開挖深度部分段落深度大于5 m，屬于超過一定規模的危險性較大的分部分項工程，溝槽開挖深度范圍的土層主要為雜填土和面砂，地質條件差，同時管道溝槽深度較大，且不同地段管道溝槽底的地質條件不同，需根據不同的形式采用相應的支護方式。因此，采用拉森鋼板樁進行支護，但是拉森鋼板樁施工技術的應用相對復雜及對專業性要求高，對現場施工的技術要點和質量控制均有較高的要求，必須充分掌握拉森鋼板樁施工技術的應用要點。

1 工程概況

哈爾濱是中國緯度較高、氣溫較低的大城市，本工程位于黑龍江省哈爾濱市松北區，東至松浦大道，南至松花江，西至濱州鐵路線，北至中源大道。規劃139路（中源大道-規劃164路），支護長度為1 380 m，規劃140路，支護長度為983 m，包含完成道路、管線及附屬配套工程項目施工圖紙及工程量清單范圍內包括項目實施、竣工驗收、交付使用至后期，管線位于道路中心東側6.5 m處敷設，施工現場周圍地塊均已被區政府收儲，部分地塊正在開發建設中，施工過程中需要協調問題較多，本工程雨污水溝槽土方開挖深度部分段落深度大于5 m，并采用拉森鋼板樁進行支護，它主要通過支護墻體發揮擋水擋土作用，通過支撐反力等外荷載來維持支護體系的平衡，在我國深基坑的施工過程中發揮著重要作用。

2 拉森鋼板樁支護的施工方法與工藝要求

2.1 工藝流程

雨污水管道支護施工工藝流程：測量放樣→清表→鋼板樁施工→管井降水→溝槽開挖→雨污水管道基礎施工→管道安裝→檢查井施工→閉水試驗→溝槽回填→拔除鋼板樁。

2.2 測量放樣

按報批后的導線點，準確放樣定出道路紅線及雨污水管道相鄰井室的位置及井室之間的管道敷設中線，根據設計開挖深度及地質情況進行邊坡控制。基礎寬度加工作面寬度為開挖寬度，并用白灰做好標記，便于開挖。清除道路紅線范圍內的全部建筑垃圾，機動車車道范圍內所有的雜填土、種植土、耕土及不適合當作路基持力層的土等。

2.3 鋼板樁施工

2.3 .1 支護、支撐結構選型

（1）管道溝槽支護形式一。本工程根據溝槽開挖深度，對于溝槽深度H＜4.5 m處采用1∶0.33放坡開挖的方式進行施工。

（2）管道溝槽支護形式二。溝槽深度4.5 m≤ H ≤6.0 m，采用9 m長的“Ⅳ”形拉森鋼板樁加一道內支撐進行溝槽支護，鋼板樁之間采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm 的“H”形鋼腰梁進行連接，支撐采用400 mm× 400 mm×13 mm×21 mm的 “H”形鋼支撐，支撐距自然地面清除雜填土后標高下0.5 m處。

（3）管道溝槽支護方式三。溝槽深度為6.0 m＜H≤8.0 m，鋼板樁之間采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm的“H”形鋼腰梁進行連接，支撐采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm的“H”形鋼支撐，采用12 m長的“Ⅳ”形拉森鋼板樁加兩道內支撐進行溝槽支護，第一道支撐距自然地面清除雜填土后標高下0.5 m處，第二道支撐在溝槽基底以上3.8 m處（見圖1）。

圖1 溝槽支護剖面圖 （尺寸單位：mm；高程單位：m）

2.3.2 本工程投入的拉森鋼板樁的參數

經過對比，本工程投入的拉森鋼板樁采用“Ⅳ”形拉森鋼板樁，高170 mm、寬400 mm、厚15.5 mm，截面面積為242.5 cm2/m，理論重量為76.1 kg/m，拉森鋼板樁之間用400 mm×400 mm×13 mm×21 的“H”形鋼圍檁進行連接，圍檁與每根拉森鋼板樁之間空隙需打入木楔抵緊。管道兩側1.5 m處通過H型鋼斜撐進行加固，管道兩側通過“H”形鋼支撐進行加固，圍檁、鋼支撐、斜撐均為“H”形鋼，尺寸為高400 mm，寬400 mm，腹板厚13 mm，翼板厚21 mm，理論重量為172 kg/m，截面面積為219.5 mm2，管道安裝需調整對撐間距并及時回頂。

2.3.3 鋼板樁支護施工工藝及施工程序

2.3.3.1 前期準備工作

首先，施工單位和相關施工技術人員要嚴格按照項目的實際要求，充分了解掌握施工內容和場地環境等問題，對地質和周邊環境進行實地勘察，因地制宜地制定科學合理的技術路線，同時要清楚地了解地下管線的分布和走向，制定出因地制宜、安全可行的施工方案和施工圖紙，對于可能出現的問題要全方位、多角度進行分析、預判，做好相應的應對措施；其次，施工單位在施工過程中所使用到的材料和設備要進行質量和安全性的檢查工作，對于存在問題的材料和設備要及時地更換與維修；最后，施工單位需要在施工前對施工現場及周圍環境進行清理和安裝警戒設備，保障施工如期、安全進行，將對周圍人民生活的影響降到最低（如圖2）。

圖2 鋼板樁施工步驟

2.3.3.2 鋼板樁施打

①振錘。在進行鋼板樁的施打時，施工人員可以通過振錘完成作業，能減少對地下管線或已有的建筑帶來的損害。施工人員只有先做好支護樁中線的測量工作才能進行鋼板樁的施打。鋼板樁作業較為隱蔽，每一根鋼板樁的質量都必須得到保證，因此相關檢測人員必須反復檢驗鋼板樁的質量，做好質量檢查工作。同時，要在鋼板樁的施打之前將油脂涂抹在鎖口內部，為之后的工作帶來便利。②控制樁身的傾斜角度。施工人員在進行鋼板樁的施打時，要合理控制樁身的傾斜程度，在合理的范圍內進行施打，如果角度出現偏差要及時調整，偏差過大則需要重新施打，才能保證鋼板樁的質量安全。③利用屏風式施打方式。施工人員在施打時可以采用屏風式施打方式，避免鋼板樁出現完全傾斜等現象，保證施打的精準程度。屏風式施打方式將鋼板樁打入導架內部，再通過導架和樁構成屏風形狀，再進行施打作業，施打時可以先將屏風兩端的鋼板樁進行施打，保證其垂直度，再利用電焊方式確保其穩固，如果鋼板樁兩端打設好的樁出現了逆向傾斜，工作人員應正向順序施打，反之則采取逆向施打，如果屏風兩端鋼板樁垂直角度適當，施工人員可以通過往復順序進行施打工作。此外，施工單位還可以安排專門的人員進行定期檢查，確保鋼板樁的質量安全[1]。

2.3.3.3 鋼圍檁安裝

使用25 t吊車占于距基坑大于3 m位置，進行鋼圍檁的安裝工作，現場設置吊裝指揮人員要認真檢查吊具，不得使用損壞和存在安全隱患的吊具，吊點與吊具間連接牢靠，指揮人員指揮時要慢吊緩放，指揮口令清晰，動作準確標準。托架安裝完畢后，隨即進行圍檁安裝，一般采用吊車進行圍檁吊裝，圍檁先安放在托架上，施工人員調整鋼圍檁與樁結構密合。鋼支撐架設與基坑開挖是深基坑施工密不可分的兩道關鍵工序，鋼支撐架設的時間、位置直接關系到深基坑的穩定性，鋼支撐架設必須滿足設計要求，基坑土石方開挖至支撐下0.5 m時，應及時架設支撐，使圍護結構提前接受支撐反力的作用，鋼支撐的架設采用人工配合履帶吊進行安裝，施工中保證鋼支撐與圍護結構垂直。鋼圍檁分節逐段吊裝，人工配合吊機將鋼圍檁安放于鋼牛腿上，鋼圍檁上部采用拉筋將其與圍護樁拉結，鋼圍檁之間連接鋼板應焊接牢固，焊接完后應檢查有無漏焊虛焊現象，圍檁背后空隙需用鋼板填充緊密。

2.3.3.4 鋼牛腿施工

根據支撐設計的底標高和位置進行開挖，嚴格控制開挖深度，不得超挖，圍檁和支撐位置露出后，由測量人員測放圍檁標高，焊接安裝圍檁托架，鋼牛腿采用1根20#槽鋼拼接拼焊成，焊后的鋼牛腿應保證兩直角邊相互垂直，并有足夠的穩定性，不得出現歪扭等現象。

2.3.3.5 支護方案設計

支護方案設計需要考慮挖深、地質、地理環境等相關因素，以便于施工、安全可靠、技術可行、經濟合理為支護方案選定的基本原則。與他支護形式比較 ，拉森鋼板樁優勢更明顯：①系統材料具有復雜性特征，工序簡單，施工簡便，容易控制質量。應用鋼板樁材料會對材料復雜性特征簡化。②工期明顯縮短，同時能夠提高施工質量。③可實現止水、擋土支護功效，具有較好的止水效果。④環保效果明顯，進而會使得混凝土與土量明顯減少，可達到土地資源保護的目的。⑤鋼板樁應用不會受到惡劣環境的影響，應用價值較高。⑥應用拉森鋼板樁，對空間要求相對較低。但是值得注意以下幾個方面：其一，過黏、過硬土質會造成鋼板樁很難拔出或打入。其二，深坑或大坑需要型鋼加強做組合樁，或加強支撐力度。其三，無法應用較近基坑周邊建筑物時，會大范圍振動鋼板樁，影響周邊建筑物安全。

2.3.3.6 支撐體系安裝施工要點

首先，支撐的安裝與土方施工緊密結合，在土方挖到設計標高的區段內，及時安裝支撐，每處工況挖土及鋼支撐的安裝時間不得超過8 h，按時限施加支撐預應力，還要嚴格控制支撐端部的中心位置且與支護結構面垂直，接觸位置應平整，使之受力均勻[2]。其次，橫撐按每節長度進行分節，同時配備部分長度不同的短鋼，所有支撐連接處，均墊緊貼密，在架設之前，要對每道支撐兩端的受力點準確定位，并在現場明確標示。鋼支撐與圍護樁正交，斜撐和角撐要確保剪力塊角度與斜置角度一致。最后，鋼支撐位置標高允許偏差30 mm，水平位置允許偏差30 mm，支撐的撓曲度不大于支撐長度的1/1 000，支撐端面與軸線垂直偏差控制在1.5 mm以內，鋼支撐的軸線偏心不大于20 mm。支撐安裝完畢后，應及時檢查各節點的連接狀況，鋼支撐兩端應有可靠的支托或吊掛措施，嚴防因維護結構變形或施工撞擊而產生脫落事故。

2.3.3.7 鋼支撐安裝及防墜落措施

基坑開挖應遵循“開槽支撐、先撐后挖”的原則，鋼支撐安裝時間不得超過16～20 h，鋼支撐、鋼圍檁應嚴格按照設計圖紙規定的規格、尺寸加工，并在安裝使用前按《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB 50205）規定進行檢測，鋼支撐安裝前，施工單位應對三角托架和鋼支撐支托的焊縫，按《鋼結構工程施工質量驗收規范》（GB 50205）的規定進行檢測，鋼支撐防墜落措施用的鋼絲繩必須套在鋼支撐端頭處，嚴禁將鋼絲繩套在鋼支撐活動端的活絡頭上[3]。

2.3.3.8 拔樁

在進行拔樁操作時，一定要嚴格按照設計方案中的內容進行合理的拆除，嚴格遵循主要的拆除順序，在拆除完成后要馬上進行基坑的回填工作，并且指派專業人員負責現場的監督及管理，將安全意識落實到不同工作環節中，避免出現沉降和坍塌的問題，逐漸提高現場的施工水平，在拔樁結束之后，其中的材料要進行妥善的處理，例如在現場中設置相對應的材料堆放區域之后，再對樁孔進行灌漿操作，避免對結構功能造成一定的影響。監理人員在實際工作中要做好全過程的監督及管理，落實精細化的原則，提高整體的監理效果。

3 拉森鋼板樁技術的社會效益與經濟效益

3.1 社會效益

拉森鋼板樁能夠向地下直接打入，振動捶打樁設備、履帶吊裝設備在該過程均發揮作用，可以在短時間內形成封閉的圍護體系，且不會被齡期所限制，大大縮短了工期。與此同時，所產生的廢棄物、廢氣量極少，資源消耗減少，對環境保護具有十分重要的意義。

3.2 經濟效益

圍護選用超長拉森鋼板樁，具有止水、擋土效果，能夠實現“一樁兩用”的效果，同時能夠提高地下施工質量，拔出樁后能夠再次使用，可實現資源循環目的，具有環保、節能功效，較之水帷幕支護、傳統的灌注排樁方式，該方式能夠降低支護造價，經濟效益較高。

4 結語

綜上所述，雨污水管網改造工程深基坑支護中應用拉森鋼板樁的優勢與效果是值得肯定的，整個施工過程相對簡單，而且成本較低，值得大力推廣應用。后續要在拉森鋼板樁施工技術的應用方面加大研究力度，重點明確各個施工步驟的要點和難點，并掌握更多施工質量控制的方法，力求發揮出拉森鋼板樁的最大效能，使其廣泛應用于雨污水管網改造工程深基坑支護施工。