淺析拉森鋼板樁支護(hù)

陳小剛

常見的拉森鋼板樁為U型截面，卷邊可咬合相扣，上世紀(jì)五十年代傳入我國。近十年來，隨著拉森鋼板樁樁體制造的國產(chǎn)化和夾具式高頻振動(dòng)打樁設(shè)備的普及，拉森鋼板樁支護(hù)在基坑支護(hù)工程中被廣泛應(yīng)用。

一、拉森鋼板樁支護(hù)的主要優(yōu)勢(shì)

1.施工便捷、速度快：拉森鋼板樁打樁機(jī)和挖掘機(jī)相似，對(duì)移動(dòng)行走的場地要求低；外伸的機(jī)械臂連接小巧的夾具式振動(dòng)錘，能盡量靠近基坑邊的障礙物進(jìn)行板樁的施打，樁位布置靈活；拉森鋼板樁常見的單根長度6～18m，標(biāo)準(zhǔn)化咬合相扣，長短支護(hù)樁和不同型號(hào)的鋼板樁組合均很方便；拉森鋼板樁的施打工藝簡單，施工速度快，插入地層即具有強(qiáng)度，成樁到基坑開挖施工工期很短，能大幅度節(jié)省工期。

2.節(jié)約資源、經(jīng)濟(jì)環(huán)保：地下構(gòu)筑物施工完畢，基坑回填后即可拔出拉森鋼板樁，拔出的拉森鋼板樁仍可循環(huán)利用于其他基坑支護(hù)工程，不會(huì)造成資源浪費(fèi)，而其他如鋼筋砼地下連續(xù)墻、鋼筋砼樁、鋼管樁等支護(hù)型式，在地下構(gòu)筑物施工完成后被永久性的留在地下，擠占了地下空間，并成為其他地下工程項(xiàng)目如管線、管廊、涵洞等的障礙；拉森鋼板樁的插入和拔出的施工過程中，除噪聲外，無其他如泥漿、粉塵等的環(huán)境污染，施工過程環(huán)保。

3.止水效果良好：拉森鋼板樁通過卷邊手拉手式的相扣咬合，不僅將獨(dú)立的鋼板樁連成了整體，發(fā)揮了協(xié)同效應(yīng)，而且解決了樁間隙滲水的難題。地下水夾著泥通過咬合的扣邊狹窄的縫隙流動(dòng)時(shí)，泥土填塞了縫隙，這可能是拉森鋼板止水的原理。因?yàn)槔摪鍢兜闹顾饔茫?jié)省了高壓旋噴樁、攪拌樁等之類的止水帷幕施工工序和工程投資。

二、拉森鋼板樁支護(hù)的主要缺陷

1.拔樁對(duì)地層的擾動(dòng)：拉森鋼板樁屬于擠土樁，拔出時(shí)，在樁位形成樁身空隙，樁周土體的填充引發(fā)土顆粒的重新分布，從而導(dǎo)致一定范圍的地面沉降和開裂。

2.可適應(yīng)的土層范圍較窄：理論上，拉森鋼板樁可適應(yīng)于除中、微風(fēng)化巖層外的其他巖土層。但在施工實(shí)踐中，當(dāng)樁身插入長度大于4m后，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)大于5、承載能力特征值大于130KPa的土層，拉森鋼板樁便很難打入。

3.空間限制：拉森鋼板樁的施工，需要將拉森鋼板在地面夾起并豎立，樁身長度加上夾具高度，需要樁位上方有足夠的空間。

三、拉森鋼板樁的缺陷克服

拉森鋼板樁有諸多優(yōu)勢(shì)，但缺陷也是很明顯的，針對(duì)這些缺陷，有必要對(duì)拉森鋼板樁進(jìn)行改良。

1.樁的拔出：適當(dāng)?shù)氖┕すに?，比如間隔樁位拔出即跳拔，放慢拔樁速度即慢拔等，均有助于減輕拉森鋼板樁對(duì)土層的擾動(dòng)。拉森鋼板樁拔除對(duì)土層的擾動(dòng)，主要機(jī)理在于兩點(diǎn)，一是拔樁帶泥效應(yīng)，一是拔樁負(fù)壓真空效應(yīng)。拔出蘿卜帶出泥，筆者在施工實(shí)踐中曾經(jīng)對(duì)不同土層中拉森鋼板樁帶出的泥厚度做過測量和統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，樁體每面帶出的泥土厚度大多為鋼板樁厚度的2.5倍，最厚的可達(dá)5倍鋼板樁厚度，如現(xiàn)在應(yīng)用最為普遍的FSP-IV型拉森鋼板樁，其帶出的泥厚兩面最多達(dá)15cm，拔樁帶出的泥土方量相當(dāng)可觀，不容忽視。拔樁負(fù)壓真空效應(yīng)主要發(fā)生在海相、湖相淤泥質(zhì)土、飽和粘土和粉質(zhì)粘土、飽和粉細(xì)砂等土層中，樁體如活塞般從這些滲透性較差的土層中拔起時(shí)，在樁體下端形成真空，負(fù)壓作用下，樁體周邊土層迅速向樁體留下的空隙處遷移，這些土層通常靈敏度高，在擾動(dòng)下強(qiáng)度瞬間損失，從而引起周邊地面沉陷、開裂，影響平面通常在2～3倍樁長區(qū)域，在江漢平原甚至達(dá)到5倍樁長，至于影響程度，筆者錄到的地表最大沉陷達(dá)60cm，拔樁的影響范圍之廣、程度之深，可見一斑。當(dāng)基坑附近有對(duì)變形敏感的構(gòu)（建）筑物時(shí)，設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)該相當(dāng)重視樁體拔出的不利影響。消除拔樁影響，除了選擇適當(dāng)?shù)氖┕ご胧┩?，可?duì)拉森鋼板樁進(jìn)行改良。改良的目的是要及時(shí)地填充拔樁時(shí)留下的空洞、消除負(fù)壓。改良方法：可以在樁身焊一根D30～50的注漿鋼管，鋼管底端可設(shè)簡易鴨嘴閥，防止樁體插入時(shí)泥土進(jìn)入堵塞；拉森鋼板樁插打時(shí)，可以通過注漿管注水，以減少樁身與土層間摩阻力，方便打入；拔樁時(shí)可以通過注漿管注入水泥砂漿（或者通過注漿管吹砂），施加正壓，及時(shí)填塞樁體拔出時(shí)留下的空隙，壓密被擾動(dòng)的松散土體，從而減少土體變形。

2.堅(jiān)韌土層：當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件比較復(fù)雜，如軟硬土層互層或支護(hù)樁持力層強(qiáng)度較高，拉伸鋼板樁需要穿越較硬薄層，或者樁端刺入堅(jiān)硬持力層時(shí)，拉森鋼板樁難以打入，這時(shí)可采用引孔的方式進(jìn)行植樁。引孔的目的是攪軟打碎拉森鋼板樁難以打入的巖土，對(duì)于一般硬塑狀黏土，可以采用水泥土攪拌樁、三軸攪拌樁等設(shè)備引孔，對(duì)于巖層，可以采用螺旋鉆機(jī)、潛孔鉆機(jī)等設(shè)備進(jìn)行引孔。相對(duì)于其他能應(yīng)對(duì)這種復(fù)雜地層的樁，如鋼筋砼樁、鋼管樁等樁類支護(hù)，雖然增加了引孔施工工藝，拉森鋼板樁支護(hù)依然具備較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前基坑支護(hù)行業(yè)內(nèi)已出現(xiàn)能應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜地質(zhì)條件的新型拉森鋼板樁靜力植樁機(jī)。這種拉森鋼板樁打樁機(jī)騎行在鋼板樁上，利用已打好的鋼板樁抗拔力將拉森鋼板樁靜壓入土，噪音很小、定位精準(zhǔn)。因?yàn)槠湓诔蓸渡闲凶撸梢栽谒?、泥塘中直接施打支護(hù)樁，施工環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)；這種新型打樁機(jī)可跟樁送入鉆桿和螺旋鉆頭，鉆頭可鉆動(dòng)單軸飽和抗壓強(qiáng)度在60MPa內(nèi)的巖石，鉆頭還配有水刀以對(duì)付硬塑狀粘性土。在國內(nèi)，拉森鋼板樁靜力植樁機(jī)還未普及，每延米支護(hù)樁施工費(fèi)用仍居高不下，本文在此僅做簡單介紹，但應(yīng)該看到，更好地適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件和逼仄惡劣的施工環(huán)境，是拉森鋼板樁改良的方向。

四、拉森鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)與施工

拉森鋼板樁的設(shè)計(jì)與施工的方法和要點(diǎn)，在相關(guān)規(guī)范、手冊(cè)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有很明確的說明，也有許多文章做過較為全面深入的總結(jié)，本文僅僅對(duì)設(shè)計(jì)和施工中容易忽略之處進(jìn)行補(bǔ)充論述。

在拉森鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)方面，方案選擇時(shí)要充分考慮地質(zhì)條件和施工環(huán)境，容易忽略的是場地上空的障礙，比如高低壓電線以及其是否為裸線，據(jù)此考慮支護(hù)樁施工的作業(yè)空間，在作業(yè)高度受限時(shí)，可考慮采用微型鋼管樁支護(hù)，其所需的凈空高度最小，有4m以上的凈空高度就可實(shí)施；基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)，要結(jié)合地基處理的深度和方式綜合考慮，避免設(shè)計(jì)過度或不足；對(duì)于常見的市政線性工程如管道、溝渠、箱涵等項(xiàng)目的基坑，其特點(diǎn)是狹窄而長，開槽至肥槽時(shí)間間隔不長，短則一周，長不過2月，為減少基坑深度，可不設(shè)槽底排水溝，以加密集水坑替代，盡量不設(shè)支護(hù)樁下層底撐，可以滿槽底澆筑砼墊層替代；在拉森鋼板樁選型上，在當(dāng)?shù)乩摪鍢蹲赓U市場可提供的范圍內(nèi)，盡可能選擇寬型號(hào)的鋼板樁，這樣可減少樁的根數(shù)，樁數(shù)越少則施工費(fèi)用越低。

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，特別要注重對(duì)引孔的處理，引孔是為保證拉森鋼板樁進(jìn)入到堅(jiān)硬持力層而采取的措施，引孔對(duì)樁周原狀土進(jìn)行了松散破壞。在樁身的被動(dòng)土壓力區(qū)，被松散破壞的土層無法提供被動(dòng)土壓力?；娱_挖時(shí)，容易造成土體變形過大，樁體出現(xiàn)較大位移，對(duì)于懸臂支護(hù)樁，樁頂會(huì)出現(xiàn)較大位移，對(duì)于有頂撐的樁，樁體下部會(huì)出現(xiàn)較大位移，從而導(dǎo)致基坑支護(hù)作用失效或者部分失效。因此，有必要對(duì)基坑底部以下的引孔做加固處理，具體做法：基坑底部以下引孔時(shí)，進(jìn)行噴灰或噴漿處理，如同水泥土攪拌樁，在水泥土形成強(qiáng)度前打入拉森鋼板樁，同SMW工法類似，在水泥土達(dá)到強(qiáng)度后再進(jìn)行基坑開挖；對(duì)于巖石的中引孔，可通過拉森鋼板樁跟注漿管注入低標(biāo)號(hào)水泥砂漿的辦法來加固被動(dòng)土壓力區(qū)；上述兩種辦法，均應(yīng)在樁身涂刷隔離劑，以便后期拔樁。

五、結(jié)語

拉森鋼板樁自身具有的方便快捷和可循環(huán)重復(fù)利用的特性，通過增設(shè)注漿管消除拔樁破壞影響，通過引孔植樁，拓寬拉森鋼板樁對(duì)堅(jiān)韌土層的適應(yīng)性，采取措施重視引孔植樁的不利影響，拉森鋼板樁支護(hù)可以做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)環(huán)保，可以有更為廣闊的應(yīng)用空間。