談鋼板樁支護(hù)施工的運(yùn)用與實(shí)踐

郭 虎

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西晉中 030600)

0 引言

近年來，隨著國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的完善以及各類工程的快速發(fā)展，鋼板樁的施工在諸多結(jié)構(gòu)中都有應(yīng)用，無論是永久性構(gòu)筑物方面，還是臨時(shí)性構(gòu)筑物方面，特別是市政基礎(chǔ)設(shè)施的工程中擋水、擋土墻等的建設(shè)都在不斷地增加。加之鋼板樁作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一種類型，它具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、隔水性好、使用壽命長(zhǎng)、安全性高，對(duì)空間要求低、環(huán)保效果顯著等特點(diǎn)，還具有救災(zāi)搶險(xiǎn)的功能，再加上施工簡(jiǎn)單、工期短、可重復(fù)使用、建設(shè)費(fèi)用低等等，所以鋼板樁的運(yùn)用相當(dāng)廣泛。下面就以某市市政基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)為例做一簡(jiǎn)單介紹。

1 鋼板樁支護(hù)的布置

對(duì)于雨污水管道溝槽深度5 m＜H≤8 m的基坑，采用鋼板樁支護(hù)。二部槽開挖前須打鋼板樁，根據(jù)土質(zhì)及挖深情況采用不同長(zhǎng)度的鋼板樁。

鋼板樁長(zhǎng)度L=入土深5 m+溝槽深+超出二部槽0.5 m，入土深度(設(shè)計(jì)溝槽標(biāo)高以下)不小于3 m～5 m。二部槽開挖后要加設(shè)鋼橫撐，縱向間距5 m 1根，便于下管。水平撐設(shè)置按溝槽底至槽頂標(biāo)高的實(shí)際情況分別設(shè)1道～2道。上道橫撐設(shè)在溝槽頂下60 cm處，下道橫撐設(shè)在溝槽中部。橫撐應(yīng)隨土方開挖進(jìn)度隨挖隨撐。

5 m＜H≤8 m溝槽支護(hù)示意圖見圖1。

圖1 5 m＜H≤8 m溝槽支護(hù)示意圖

2 懸臂式鋼板樁計(jì)算

根據(jù)實(shí)際情況采用懸臂式鋼板樁插入坑底，由于僅在特殊情況時(shí)打設(shè)支撐，鋼板樁的穩(wěn)定完全靠坑底以下兩邊的土壓力維持。根據(jù)北京市市政工程局編制的《市政工程施工手冊(cè)》，鋼板樁支撐上的土壓力計(jì)算與擋土墻的計(jì)算不同，是近似的或經(jīng)驗(yàn)性的。

1)懸臂式鋼板樁簡(jiǎn)化計(jì)算示意圖如圖2所示。

2)入土深度計(jì)算公式:

其中，Ka為主動(dòng)土壓力系數(shù)，Ka=tg(45°－φ/2)=0.33;Kp為被動(dòng)土壓力系數(shù)，Kp=tg2(45°+φ/2)=3;K為被動(dòng)土壓力安全系數(shù)，取 1.1。

計(jì)算所得t=4.9 m。

圖2 懸臂式鋼板樁簡(jiǎn)化計(jì)算示意圖

由式(1)求得鋼板樁入土深度t，作為實(shí)際入土深度，再增加0.5 m作為超出二部槽高度，則鋼板樁總長(zhǎng)度為:L=h+t+0.5=5+6.5+0.5=12 m。

3)最大彎矩截面在基坑底深度T0計(jì)算，該截面的剪應(yīng)力為0:

4)土壓力計(jì)算。

根據(jù)朗金理論壓力計(jì)算:因緊鄰建筑物的安全系數(shù)為3。

則:Ea=3γh×2Ka/2=3×21×5.53×2×0.45/2=3×52.3=157 kN/m。

其中，γ為墻后土的重度，21 kN/m3;h為計(jì)算點(diǎn)距土表面的深度，5.53 m;Ka為主動(dòng)土壓力系數(shù)，0.33，在此計(jì)算取 0.45。

5)支護(hù)結(jié)構(gòu)頂端的水平位移值計(jì)算:

其中，δ為懸臂排樁上段結(jié)構(gòu)柔性變形值;Δ為下段結(jié)構(gòu)在最大彎矩作用下產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角;θ為下段結(jié)構(gòu)在最大彎矩作用下產(chǎn)生的水平位移。

6)支護(hù)排樁選擇及撓度驗(yàn)算。

a.撓度驗(yàn)算。

按換算等值荷截計(jì)算:

q=［(157/100)× (36+13.6+36)］/2=134.2 kN/m=13 420 kN/cm=13 694 kg/m。

彈性模量E=210 000 kg/cm2;截面慣性矩I=552 cm4;

則其撓度 Fa=(13 694×5.534)/(8×210 000×552)=12 806 511.65/927 360 000=0.014 cm=0.14 mm。

b.由計(jì)算可知:采用鋼板樁作為本工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)，能滿足現(xiàn)場(chǎng)條件要求，同時(shí)能滿足支護(hù)結(jié)構(gòu)不允許變形的施工要求。

3 支護(hù)方法及方式

1)檢查井、建筑物及土質(zhì)差段支護(hù)方式。

入土深度取5 m，樁長(zhǎng)12 m(9 m)，鋼板樁。

2)土質(zhì)較差段鋼板樁支護(hù)方法及形式。

入土深度取5 m，樁長(zhǎng)12 m，鋼板樁。

由于工期緊，任務(wù)重，溝槽開挖、支護(hù)可根據(jù)實(shí)際水文地質(zhì)情況采取多種形式。鋼板樁支護(hù)可采用LWBV-9(12)m鋼板樁、36-C號(hào)工字鋼、槽鋼。具體施工方案如下:

打設(shè)和拔除鋼板樁采用型號(hào)為EX350H鋼板樁振動(dòng)打拔樁機(jī)10臺(tái)，激振力800 kN。鋼板樁數(shù)量按1個(gè)施工段300根考慮，每一施工段基槽兩邊各設(shè)150根，前一施工段施工完畢拔除后，轉(zhuǎn)入下一施工段，依此反復(fù)周轉(zhuǎn)使用。

4 鋼板樁施工方法

1)鋼板樁的調(diào)運(yùn)和堆放。

鋼板樁進(jìn)場(chǎng)前需要檢查整理，發(fā)現(xiàn)有損傷的隨時(shí)調(diào)整，整理時(shí)盡量不使其彎曲變形，避免碰撞，尤其不能碰壞連鎖口。鋼板樁的調(diào)運(yùn)應(yīng)注意保護(hù)避免受到損傷，每次起吊都采用兩點(diǎn)吊，根數(shù)不能太多。鋼板樁的堆放應(yīng)放置在經(jīng)過壓實(shí)處理后的平坦而堅(jiān)固的場(chǎng)地上，堆放的位置、方向都應(yīng)考慮到施工方便，每層間的堆放應(yīng)墊有枕木，數(shù)量不超過5根，高度不超過2 m。

2)鋼板樁的打設(shè)。

鋼板樁打入前將樁尖處的凹槽底口封閉，避免泥土擠入，鎖口宜涂以黃油或其他油脂，對(duì)鎖口變形、銹蝕嚴(yán)重的鋼板樁，整修校正。鋼板樁的打設(shè)采用單樁逐根打入的方法進(jìn)行施打，開挖一部槽之后，首先測(cè)定出鋼板樁的軸線及樁位，溜撒白灰線做標(biāo)志，再間隔一定的距離打設(shè)鋼板樁作為導(dǎo)向樁，兩個(gè)樁之間掛線作為導(dǎo)線，然后將1根或2根樁插打至正確位置，打至最終深度，如此重復(fù)，單樁逐根逐一地連續(xù)打樁，直至最后一根樁打完。打樁時(shí)一定要做好鋼板樁軸線的控制，先用打樁機(jī)吊起鋼板樁，就位時(shí)人工配合把樁扶正，注意施打時(shí)不能垂直施打，樁頂高程不能相差太大。

3)拔樁與樁孔填砂。

原則上土方回填后方可拔樁，鋼板樁的拔除采用振動(dòng)錘，作業(yè)前對(duì)每個(gè)板樁的打入情況都做一詳細(xì)的檢查，以此判斷拔樁作業(yè)的難易程度。拔除時(shí)先用振動(dòng)錘將鋼板樁鎖口振活1 s～2 s，以減小周圍土對(duì)鋼板樁的阻力，然后邊振邊拔。如果遇到比較難以拔出的鋼板樁，先用振動(dòng)錘再振動(dòng)1 s～2 s，然后將樁再振打0.5 m～1 m，再與振動(dòng)錘交替振打，然后往上振拔，依次循環(huán)反復(fù)即可拔樁。拔一根清理一根并及時(shí)運(yùn)走，以保證場(chǎng)地的清潔。鋼板樁拔出后應(yīng)及時(shí)回填樁孔;回填樁孔時(shí)應(yīng)采取措施填實(shí)。本工程采用中粗砂灌填，沖水助沉。拔出的鋼板樁應(yīng)及時(shí)清除土砂，涂以油脂，變形較大的板樁需經(jīng)過整修調(diào)直以后，將完整的板樁及時(shí)運(yùn)出工地，堆置在平整的場(chǎng)地上，還可以重新利用。

5 鋼板樁插打的主要施工技術(shù)要求及注意事項(xiàng)

1)鋼板樁支護(hù)施工應(yīng)采取有效措施控制好樁位、垂直度，本項(xiàng)目采用單根打入法插打鋼板樁，樁頂標(biāo)高±100 mm，軸線偏差±100 mm，垂直度偏差1%。

2)鋼板樁的機(jī)械性能和尺寸應(yīng)符合規(guī)定要求。

3)施打鋼板樁前應(yīng)設(shè)測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)，控制施打定位。施打時(shí)必須保證鋼板樁的位置正確。導(dǎo)向樁打好之后，以槽鋼焊接牢固，確保導(dǎo)向樁不晃動(dòng)，以便打樁時(shí)提高精確度。

4)施打過程中，應(yīng)做好樁位、標(biāo)高、垂直度等項(xiàng)的控制，應(yīng)隨時(shí)檢查樁的位置是否正確，對(duì)樁位軸線隨時(shí)檢驗(yàn)校正，按照軸線和施工順序進(jìn)行打樁施工，樁與樁之間咬合要緊密。標(biāo)高可以采用目測(cè)方式進(jìn)行控制，保證送樁深度滿足設(shè)計(jì)要求。樁身是否垂直，可采用線墜和目測(cè)的方法進(jìn)行控制，控制在允許偏差的范圍以內(nèi)，否則應(yīng)立即糾正或拔出重打。

5)鋼板樁打入時(shí)有擠土現(xiàn)象，拔出時(shí)又會(huì)將土帶出，要注意避免造成板樁位置出現(xiàn)空隙。

6 鋼板樁的特點(diǎn)

1)成品制作，可反復(fù)使用。

2)施工靈活簡(jiǎn)便，但施工有噪聲。

3)剛度小，變形大，與多道支撐結(jié)合，在軟弱土層中也可采用。

4)新的時(shí)候止水性尚好，如有漏水現(xiàn)象，需增加防水措施。

5)鋼板樁強(qiáng)度高，樁與樁之間的連接緊密，隔水效果好。

7 鋼板樁的施工中遇到的問題及處理方法

由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋼板樁打拔施工中常遇到一些難題，常采用如下幾點(diǎn)辦法解決:

1)鋼板樁雜填土地段擠進(jìn)過程中遇到石塊等側(cè)向擠壓作用力大小不同容易發(fā)生偏斜，采取以下措施進(jìn)行糾偏:在發(fā)生偏斜位置將鋼板樁往上拔1.0 m～2.0 m，再往下錘進(jìn)，如此上下往復(fù)振拔數(shù)次，可使大的塊石振碎使其發(fā)生位移，讓鋼板樁的位置得到糾正，減少鋼板樁的傾斜度。

2)鋼板樁沿軸線傾斜度較大時(shí)，采用異形樁糾正，異形樁一般為上寬下窄和寬度大于或小于標(biāo)準(zhǔn)寬度的板樁，異形樁可根據(jù)實(shí)際傾斜度進(jìn)行焊接加工;傾斜度較小時(shí)也可以用卷揚(yáng)機(jī)或葫蘆和鋼索將樁反向拉住再錘打。

8 結(jié)語

本文詳細(xì)地介紹了鋼板樁支護(hù)的布置、懸臂式鋼板樁的計(jì)算、支護(hù)方法及方式、鋼板樁的施工方法，而且還深入地分析了鋼板樁的特點(diǎn)、鋼板樁插打的施工技術(shù)要求及注意事項(xiàng)、施工中遇到的問題、產(chǎn)生原因及處理方法，希望本文對(duì)各位同仁有所幫助，同時(shí)也期待著鋼板樁的施工方法能在實(shí)踐中不斷地進(jìn)步，以適應(yīng)工程發(fā)展的需要。