拉森鋼板樁在跨高旺河橋梁深基坑施工中的應(yīng)用

中鐵上海工程局華海工程有限公司 上海 201101

摘要：以南京市寧和城際軌道交通跨高旺河橋梁水下低樁承臺深基坑支護(hù)為工程實例，分析了拉森鋼板樁在深基坑支護(hù)工程中的施工工藝、圍檁與支撐安裝方法、鋼板樁施工中的注意事項等。并通過對深基坑支護(hù)體系的穩(wěn)定性監(jiān)測，驗證了拉森鋼板樁施工技術(shù)的合理性，符合深基坑對穩(wěn)定性的要求，對深基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：深基坑支護(hù)；拉森鋼板樁；圍檁；穩(wěn)定性

0引言

隨著橋梁跨度逐漸增大，對橋梁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性提出了更高的要求，而拉森鋼板樁深基坑支護(hù)技術(shù)可以滿足橋梁樁基礎(chǔ)施工中邊坡的穩(wěn)定性。拉森樁鋼板是一種專門的型鋼板樁，在基坑挖土施工前，用振動錘或打樁機(jī)將鋼板樁按照預(yù)定的位置打入地下，而形成一道堅固的墻體，確保深基坑挖土施工過程中坑壁土體的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)，鋼板樁結(jié)構(gòu)具有剛度大、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、水密封性強(qiáng)、鎖扣緊密、施工速度快、可重復(fù)使用等特點，因此它廣泛應(yīng)用在市政工程、民用建筑、商業(yè)建筑等深基坑的支護(hù)工程中，為深基坑的安全施工提供了保障。

1工程概述

高旺河橋位于江蘇省南京市，跨高旺河橋梁為一聯(lián)42+60+40m雙線變寬連續(xù)梁，包含SZY108～SZY111號4個墩，里程范圍為DK25+661.982～DK25+803.982，本方案涉及SZY109～SZY109兩個水中橋墩，墩高11m。

跨河處河道寬80～135m，上游段河寬60m，跨越處河道寬約90m，河道水流方向與橋軸線法向交角約23°。河道左岸現(xiàn)狀堤防堤頂高程12.37m，堤頂寬5～7m；迎水坡坡比1：3，背水坡坡比1：2～1：3，背水坡設(shè)有l(wèi)0m寬平臺，高程為l0m。右岸現(xiàn)狀設(shè)有擋浪墻，堤頂高程11.94m。墻頂高程12.3m，堤頂寬6～7m，迎水坡坡比1：3，背水坡坡比1：2.5。兩岸迎水坡坡腳為現(xiàn)澆混凝土護(hù)坡，護(hù)坡高程6.0～9.6m。

本工程中跨高旺河橋梁主墩位于河道迎水面坡腳，順?biāo)鞣较虿贾?，橋墩采用圓端形截面，主墩承臺頂位于現(xiàn)狀河床面以下。左岸邊橋墩位于背水坡平臺上，右岸邊橋墩位于背水坡坡腳。

2高旺河橋梁工程地質(zhì)條件

2.1地質(zhì)條件

承臺場地地質(zhì)特征：地表層為回填土，填土中夾有少量碎石；以下有較薄的淤泥層、粉質(zhì)粘土，其具有中等壓縮性，工程地質(zhì)性能較差；粉土粉砂礦物，其成份以石英、長石為主，云母及貝殼碎片，級配較差，具有水平層理，單層厚度約2 ～ 8mm的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土薄層；粉質(zhì)黏土，局部部位黏土處于可塑狀態(tài)，土質(zhì)顆粒不均，略具水平層理，夾單層厚度約1～5mm的粉砂薄層（占比約5～10%），存在少量腐蝕植物；細(xì)砂，飽和，中密，普遍分布，礦物成分以石英、長石為主，見云母及貝殼碎片，級配一般，偶見腐蝕植物，其工程地質(zhì)性能較好。

2.2地下水概況

工程場區(qū)地下水按其埋藏條件可分為三種類型：

潛水：主要賦存于上部①-2填土及②-1b3黏性土中，接受大氣降水和地面排水的垂直下滲補(bǔ)給，以蒸發(fā)、側(cè)向徑流為主要排泄方式，水量一般較小。

承壓水：主要賦存于上部黏性土以下的砂類土（②-2d3粉砂、②-3d3粉砂、②-3d2細(xì)砂、②-3d1細(xì)砂、②-4d1中粗砂及②-4e1圓礫層）中，具有弱承壓性質(zhì)，承壓水與長江存在水力聯(lián)系，其水位主要受長江水位影響。

裂隙水：主要賦存于基巖破碎帶及裂隙較發(fā)育的地段，由于場區(qū)基巖裂隙為密閉型或被充填，因此其富水性一般較差。

3拉森鋼板樁深基坑支護(hù)方案的設(shè)計

3.1拉森鋼板樁計算理論知識

深基坑拉森鋼板樁計算理論有很多種，在此以古典的鋼樁板計算理論為例做一個介紹。即在土壓力已知的情況下不考慮樁體的變形，用靜力平衡法來計算求解樁身的彎矩和剪力，從而運(yùn)用結(jié)構(gòu)設(shè)計原理的知識對樁進(jìn)行配筋計算以及對基坑橫撐進(jìn)行穩(wěn)定性驗算。

（1）靜止土壓力

靜止土壓力是墻靜止不動，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)時作用于墻背的側(cè)向壓力。根據(jù)彈性半無限體的應(yīng)力和變形理論，z深度處的靜止土壓力為

一般土的泊松比值，砂土可取0.2～0.25，黏性土可取0.25～0.40，其相應(yīng)的K0值在0.25～0.67之間。對于理想剛體ν=0，K0=0；對于液體ν=0.5，K0=1。

由式（2-1）可知，在均質(zhì)土中，靜止土壓力與計算深度呈三角形分布，對于高度為H的擋墻而言，取單位墻長，則作用在墻上靜止土壓力的合力值E0為

（2）被動土壓力

當(dāng)墻在外力作用下擠壓土體時，填土中任一點的豎向應(yīng)力σz=γz仍不變，而水平向應(yīng)力卻由小到大逐漸增大，直至土體處于被動朗肯狀態(tài)時。這時作用在墻面上的水平應(yīng)力為最大限值Pp，即大主應(yīng)力σ1，而此時的豎向應(yīng)力為最小的應(yīng)力，即σ3，可得被動土壓力強(qiáng)度計算公式：

由上式可知，黏性土的被動土壓力的大小，隨土體的高度的不斷增加形成梯形分布。單位墻長被動土壓力合力為：

以上介紹的朗肯土壓力理論計算公式簡單，使用方便。但由于在推導(dǎo)過程中的條件假定和簡化，使該理論使用范圍受限。此外，由于朗肯理論忽略了墻背和填土之間的摩擦作用，從而使計算的主動土壓力偏大，被動土壓力偏小。

3.2跨高旺河橋梁深基坑拉森支護(hù)設(shè)計方案

鋼板樁打入位置在承臺尺寸外擴(kuò)1m，圍成平面尺寸為14.4m×10.4m，平面尺寸與鋼便橋間距1.5m；鋼板樁選用SP-Ⅳ型拉森鋼板樁，樁長12m，寬度400mm，高度170mm，厚度15.5mm，在打入鋼板樁時，其入土深度要大于基坑底面高程5m；在鋼板樁打入完畢后，挖除基坑內(nèi)土體至承臺頂標(biāo)高，且在并在鋼板樁頂以下0.5米處和3.1m處設(shè)置兩道鋼圍檁，鋼圍檁采用雙拼H300×300mm型鋼。同時，在鋼圍檁上安裝兩道直撐，兩道直撐間距7.2米（距離墩柱凈間距50cm），四個角設(shè)置角撐，鋼支撐采用Φ325mm鋼管（壁厚10mm，材料Q235）；此外，為了平衡堤壩側(cè)和河道側(cè)的鋼板樁受力，在河道側(cè)板樁外側(cè)設(shè)置一道H300×300mm型鋼圍檁，圍檁距樁頂0.5m，圍檁與施工平臺的4根鋼管樁之間、平臺下方兩排管樁之間均設(shè)置4道H300×300mm型鋼支撐。具體如圖2所示。

4拉森鋼板樁深基坑支護(hù)施工技術(shù)

研究發(fā)現(xiàn)，拉森鋼板樁深基坑施工總體流程為：施工準(zhǔn)備→填土至水面標(biāo)高以上50cm→測量定位→導(dǎo)向樁制作→打鋼板樁→挖土至承臺頂標(biāo)高→鋼圍檁及支撐安裝→挖土至承臺底標(biāo)高→承臺鋼筋、砼施工→回填土至承臺頂標(biāo)高→墩柱施工→拆除圍檁及支撐→回填土→拔除鋼板樁。

4.1鋼板樁施工

（1）鋼板樁的檢驗、吊裝、堆放

1）鋼板樁檢驗

在吊運(yùn)鋼板樁前，首先要確保鋼板樁的質(zhì)量滿足設(shè)計要求。而鋼板樁的檢驗主要分為外觀檢驗與材質(zhì)檢驗。

在鋼板樁外觀檢驗中要確保鋼板樁的表面無缺陷、尺寸滿足設(shè)計要求、鎖口形狀符合要求等。在檢查時應(yīng)注意以下幾點：第一，檢查鋼板樁表面是否有嚴(yán)重銹蝕，若局部有嚴(yán)重銹蝕，應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)使用；第二，檢查鋼板樁表面是否有影響打入的部件，若有應(yīng)予以割掉；第三，若鋼板樁局部表面缺損嚴(yán)重，應(yīng)予以補(bǔ)強(qiáng)。

在鋼板樁材質(zhì)檢驗中，主要檢驗其強(qiáng)度、剛度是否滿足深基坑支護(hù)的穩(wěn)定性，采取對鋼板樁進(jìn)行抽樣檢驗其拉伸、彎曲性能。

2）鋼板樁吊運(yùn)

在鋼板樁施工以前，需要將鋼板樁由物料堆放處調(diào)運(yùn)到基坑周邊，而裝卸鋼板樁采用兩點平衡吊運(yùn)方式，同時，在吊運(yùn)鋼板樁時，每次吊運(yùn)數(shù)量不宜太多，且在吊裝固定好后，先進(jìn)行試吊，將鋼板樁吊離地面0.5m，穩(wěn)定一段時間，若無吊扣松動問題，則可進(jìn)行安全吊運(yùn)。吊運(yùn)鋼板樁分單根吊運(yùn)與整捆吊運(yùn)兩種。而單根吊運(yùn)采用專用吊具，整捆吊運(yùn)采用鋼索工具。

3）鋼板樁堆放

在鋼板樁吊運(yùn)到基坑附近時，需要將鋼板樁堆放在地表較穩(wěn)定的場地上，確保在堆放鋼板樁的過程中地表不出現(xiàn)沉降問題，并不阻礙其他工序的正常施工。在鋼板樁堆放中，應(yīng)注意以下幾點：第一，鋼板樁堆放應(yīng)根據(jù)打入的順序合理堆放，其位置不影響后續(xù)工序的正常進(jìn)行；第二，鋼板樁需要按照規(guī)格型號進(jìn)行分類堆放，并對不同類型進(jìn)行貼標(biāo)簽，以方便識別；第三，在底層應(yīng)鋪墊防潮塑料紙，分層堆放，每層數(shù)量一致，且每層鋼板樁之間需要放置間距為3.5m的墊枕木，每層墊木應(yīng)放置在同一垂直線上，總的堆放高度不宜超過2m。

（2）鋼板樁施打

鋼板樁的打入是拉森鋼板樁深基坑支護(hù)技術(shù)的關(guān)鍵工序，可以確保基坑側(cè)壁的穩(wěn)定性與止水性，因此需要加強(qiáng)對鋼板樁的打入施工操作。在打入鋼板樁時需要注意以下幾點：第一，在打入鋼板樁前，需要準(zhǔn)確定位樁中心，確保鋼板樁之間緊密連接；第二，在打入鋼板樁前，需要在鋼板樁的鎖口內(nèi)均勻涂油，減少拔出鋼板樁的阻力；第三，在打入鋼板樁過程中實時監(jiān)測樁的垂直度，若發(fā)現(xiàn)垂直度大于2%時，則需要拔出重新打樁；第四，在打入時，按照順序逐一打入鋼板樁，密扣且保證開挖后入土不小于2 米，保證鋼板樁順利合攏；特別是承臺的四個角要使用轉(zhuǎn)角鋼板樁；第五，打入完畢后，需要檢查鋼板樁墻體的止水性能，若發(fā)現(xiàn)漏水部位需要及時進(jìn)行修補(bǔ)。

4.2土方開挖與圍檁支撐制作安裝

（1）土方開挖

鋼板樁打入完畢后，需要采用明挖法挖除內(nèi)部的土體，土體開挖的施工流程如下：開挖表層土→安裝第一道圍檁及支撐→開挖第二層土→安裝第二道圍檁及支撐→開挖第三層土→安裝第三道圍檁及臨時支撐→開挖至承臺墊層底標(biāo)高→澆筑封底混凝土→拆除臨時支撐→施作承臺。在挖土過程中需要注意嚴(yán)禁超挖，在機(jī)械挖土到距離底部30cm時，采用人工開挖，并修整基底。

（2）圍檁及支撐安裝

為了確保鋼板樁的穩(wěn)定性，需要在鋼板樁頂以下0.5m、3.1m處分別設(shè)置雙拼H300×300mm圍檁。在鋼板樁上測出統(tǒng)一的標(biāo)高線，用鋼牛腿支撐圍檁結(jié)構(gòu)，牛腿間距1.5m，將在地面拼裝好的鋼圍檁吊裝到鋼牛腿上，并焊接牢固。若圍檁安裝結(jié)束后，與拉森樁之間有較大間隙，需要采用鋼件支墊填充間隙。

每層鋼圍檁上安裝兩道支撐，支撐間距7.17米，且需要在四個角設(shè)置角撐，鋼支撐采用Φ325mm鋼管（壁厚10mm，材料Q235），并施加預(yù)壓力至1000kN。

圍檁和支撐安裝完畢后開挖土方至承臺底標(biāo)高，土方開挖采用人工配合長臂挖機(jī)進(jìn)行，開挖過程中嚴(yán)禁挖機(jī)觸碰鋼支撐和鋼圍檁。當(dāng)開挖第三層土方后，在第二道支撐以下2.6米處安裝一道鋼圍檁和臨時支撐，圍檁和支撐型式與第一、二道一致。臨時支撐安裝完畢后開挖至基底并澆筑30cmC20封底混凝土

4.3拔除樁施工方法

在基坑回填土穩(wěn)定以后，需要拔除鋼板樁。在拔除鋼板樁施工以前，需要根據(jù)工程場地特點選取合適的拔樁方法、時間，在拔樁過程中觀察場地的穩(wěn)定狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)問題立即停止，并及時回填壓實拔樁后留下的樁孔。

（1）拔樁方法

在高旺河橋梁深基坑鋼板樁拔除工程中，采用的振動錘機(jī)械設(shè)備，其利用設(shè)備振動過程中產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動，使土體發(fā)生擾動，從而破壞了鋼板樁與土體之間的摩擦粘聚力，再依靠設(shè)備的起吊力拔除鋼板樁。

（2）拔樁時應(yīng)注意事項

在拔出鋼板樁施工過程中，需要注意以下兩點：第一，拔樁起點與角樁的距離應(yīng)大于5根鋼板樁，拔樁順序與打樁順序相反；第二，起重機(jī)應(yīng)隨振動錘的啟動而逐漸加荷，起吊力一般略小于減振器彈簧的壓縮極限，若遇到拔阻力較大的鋼板樁，采用間歇振動的方法，每次振動 15min，振動錘連續(xù)不超過1.5h。

4.4基坑支護(hù)監(jiān)測

為了確?；邮┕さ捻樌_展，需要在基坑開挖與鋼板樁施工期間定期對鋼板樁的沉降位移量與應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測，及時掌握基坑側(cè)壁變形狀態(tài)，確?；拥姆€(wěn)定。

在開挖土方前，在基坑四周埋設(shè)監(jiān)測點和基準(zhǔn)點，并觀測一次。土方開挖初期，觀測時間間隔不宜超過2次/1天，在開挖第一層時位移較小，在開挖第二層時（基坑分2次開挖）位移較大，開挖完畢后鋼板樁基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，在連續(xù)降雨的時候鋼板樁可能略有位移，直到基坑回填完畢。

監(jiān)測報警值應(yīng)由監(jiān)測項目的累計變化量和變化速率值共同控制，基坑監(jiān)測報警值按表1執(zhí)行。

從表2監(jiān)測到的水平位移與豎向位移均小于表1中的監(jiān)測報警值，則驗證了拉森鋼板樁支護(hù)技術(shù)的可行性。

5結(jié)束語

綜上所述，通過對拉森鋼板樁深基坑支護(hù)技術(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)鋼板樁結(jié)構(gòu)具有剛度大、強(qiáng)度高、施工速度快、可重復(fù)使用等特點，滿足高旺河橋梁深基坑支護(hù)穩(wěn)定性要求，驗證了拉森鋼板樁支護(hù)技術(shù)的可行性，為深基坑支護(hù)施工技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供了推動力。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫杰，馬光臣，李永利.拉森鋼板樁在光明港大橋深基坑施工中的應(yīng)用[J].市政技術(shù).2010（03）

[2]張軍.拉森鋼板樁施工探討——以尼日利亞某內(nèi)河港口為例[J].科技風(fēng).2013（16）

[3]徐振華.拉森鋼板樁井在杭甬線寧波段改線工程的施工應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊）.2013（12）

[4]蘇顯亮.應(yīng)用拉森鋼板樁結(jié)構(gòu)碼頭質(zhì)量監(jiān)控要點[J].珠江水運(yùn).2005（09）

[5]劉龍江，尹曄，徐建平.拉森鋼板樁基坑支護(hù)在淤泥質(zhì)土層中的應(yīng)用[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版）.2013（06）

[6]李定成.拉森鋼板樁在蘇州自流活水工程基坑維護(hù)中的應(yīng)用[J].城市道橋與防洪.2014（04）

[7]吳杰，王海秀.拉森鋼板樁在深基坑支護(hù)施工中的應(yīng)用[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì).2010（21）