拉森鋼板樁在北格街建設(shè)工程中的設(shè)計與施工

邵繼有 賀瑞峰 雷士華

（北京建工路橋集團(tuán)有限公司，北京 100123）

1 工程簡況

北格街建設(shè)工程位于太原市綜改示范區(qū)，是連通太原市與晉中市的重要道路工程，東西走向，3.19 km，雙向6車道，標(biāo)準(zhǔn)段紅線52 m，為城市主干路。本工程建設(shè)范圍內(nèi)地下水靜止水位埋深1.8～4.37 m，地下水類型為微承壓水的混合水及第四系孔隙潛水，含水層多為粉土、粉土夾粉細(xì)紗、粉質(zhì)黏土層等，透水性差很大，主要取決于大氣降水和地表水橫向入滲補(bǔ)給，排放方式主要為大氣蒸發(fā)。

本工程排水管道設(shè)計為雨、污分流制，雨水管道埋深1～3.2 m，污水管道埋深3～4.5 m，管道埋深位于地下水位以下。

2 溝槽支護(hù)方案比選

2.1 支護(hù)目的

為了保證基坑四周土體的穩(wěn)定性，防止坑邊土體坍塌以及地下水對施工造成不利影響，為地下施工留出足夠的安全可靠的作業(yè)環(huán)境，將地面以及地下土體位移控制在設(shè)計允許范圍內(nèi)，保證作業(yè)區(qū)的可實(shí)施性。

2.2 支護(hù)方案比選

支護(hù)方案比選主要以放坡開挖、鉆孔灌注樁、地下連續(xù)墻與拉森樁四種支護(hù)方式，從適用范圍、性能指數(shù)、施工進(jìn)度，施工工藝，環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、安全、美觀等方面進(jìn)行綜合比選，最終選用拉森鋼板樁作為支護(hù)方案。

拉森鋼板樁施工工藝十分成熟，工藝簡單，所占用工作面較小，同時鋼板樁強(qiáng)度高，可以有效地控制土體位移，安全性能大為增加，開挖面積減少方便管理，也將揚(yáng)塵控制在允許范圍內(nèi)，符合設(shè)計以及規(guī)范要求。

3 拉森鋼板樁支護(hù)設(shè)計

3.1 材料選擇

北格街項目的最大開挖深度為4.5 m左右，我們擬選9米拉森樁，結(jié)合實(shí)際開挖的方案，擬采用拉森PSP-IV型鋼板樁，要求鋼板樁入土深度達(dá)到樁長0.5倍左右。其技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 拉森PSP-IV型鋼板樁技術(shù)參數(shù)

3.2 設(shè)計參數(shù)

（1） 鋼板樁入土深度的計算。

式中：

φ——土的內(nèi)摩擦角，各層土質(zhì)高度不固定，取鋼板樁入土范圍內(nèi)土層φ=25；

γ——土的重度，為了計算方便，取其最大值γ=20.0 kN/m3；

H——基坑開挖深度，根據(jù)北格街工程設(shè)計圖紙取最大值4.5 m；

t——鋼板樁入土深度。

根據(jù)北格街建設(shè)工程巖土工程勘察報告可知基坑各巖土層設(shè)計參數(shù)如表2所示。土壓力示意圖如圖1所示。

表2 基槽工程設(shè)計參數(shù)表

為了保證拉森鋼板樁保持穩(wěn)定，根據(jù)靜力平衡可得：

整理后即為鋼板樁入土最小深度t，

采用區(qū)間法計算t，經(jīng)過計算可知 ，考慮安全因素，取最不利效應(yīng)，擬定t=3.6 m。

所以鋼板樁總長度為L=4.5+3.6=8.1 m，

由此可知擬定9米拉森樁符合設(shè)計要求。

圖1 地基穩(wěn)定性驗算簡圖

（2） 鋼板樁穩(wěn)定性驗算。

在軟土中開挖較深的基坑，常常會發(fā)生坑頂下陷、坑底隆起的現(xiàn)象，因為背后的土壤柱樁的重量超過地基土的承載力底部的基坑，平衡態(tài)的原始基礎(chǔ)遭到破壞，造成坑壁土向內(nèi)流動產(chǎn)生的。因此，施工前要對地基進(jìn)行穩(wěn)定性驗算，避免此類現(xiàn)象發(fā)生。

式中：

τ——地基土不排水剪切的抗剪強(qiáng)度（kPa）；

x——鋼板樁的長度（m）；

γ——土的重度[（kN/m3）]。

考慮最不利效應(yīng)，擬定地基土為均質(zhì)土，且為飽和性軟黏土，則τ=0，地基穩(wěn)定力矩與轉(zhuǎn)動力矩的比值為抗隆起安全系數(shù)，用K表示，且當(dāng)時，地基土處于穩(wěn)定狀態(tài)。

式中：

c——土的黏聚力，根據(jù)表3取值為c=22.7 kPa；

q——基坑上方回填土的荷載，取q=5.0 kN/m2；

代入式（7）可得

由此，滿足地基穩(wěn)定性要求。

4 拉森鋼板樁施工

4.1 進(jìn)場檢驗

進(jìn)入鋼板樁后，一般要進(jìn)行外觀檢查和材料試驗。不符合設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量要求的鋼板樁，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行矯正或退樁更換。

（1） 外觀檢查：對全部鋼板樁進(jìn)行外觀檢查，主要檢查表面有無裂縫等缺陷，測量其長度、寬度、厚度，計算端部矩形比，檢查平直度和鎖口形狀等。

（2） 材質(zhì)檢驗：至少選擇一個相同規(guī)格的試樣進(jìn)行拉伸和彎曲試驗以及對鋼板樁的母材進(jìn)行化學(xué)成分及機(jī)械性能全面試驗。

4.2 施工工藝

（1） 工藝流程。

平整場地—定位敷設(shè)—挖溝—打?qū)丁蜾摪鍢丁娱_挖—安裝圍護(hù)檁條支護(hù)—地基坡口處理—鋪設(shè)墊層—管線安裝—回填—拔鋼板樁。

（2） 開挖寬度設(shè)計。

為便于施工，溝槽底部要保留一定的寬度，具體開挖寬度按公式8計算確定。

式中：

D——管道外徑（mm）；

B——溝槽底部的開挖寬度（mm）；

b，b1，b2——分別為管道一側(cè)的工作寬度（mm）、支撐厚度（mm）、模板厚度（mm），具體數(shù)值參照表3。鋼板樁搭接大樣如圖2所示。

表3 管道一側(cè)的工作面寬度

圖2 鋼板樁搭接大樣

（3） 施工方法。

①放線

放出管線外邊灰線，從管線每邊按設(shè)計以及規(guī)范要求引測出一定的尺寸，作為打樁的方向控制線，并且撒白灰定出鋼板樁的邊線，在施工過程中隨時校核，保證樁打在一條直線上且鎖口閉合。

②打樁

a.先施工每隔1 m設(shè)置的導(dǎo)向樁，打樁時利用方向控制線和鋼板樁的邊線控制鋼板樁的軸線，采用打拔樁機(jī)施打，手動扶正到位。

b.連續(xù)施工時，注意控制樁頂高度，相鄰鋼板高差不宜過大。

c.在打樁過程中，應(yīng)隨時測量每根樁的傾斜度，控制傾斜度不應(yīng)超過2%，及時用拉齊方法調(diào)正，對偏斜過大不能調(diào)正的，要拔起重打。

d.一次打入的深度一般控制在0.5～3 m。

③開挖

溝槽的開挖采用反鏟挖掘機(jī)，土方采用自卸式裝載車運(yùn)輸至指定棄土點(diǎn)，溝槽邊坡附近禁止堆放棄土。監(jiān)測鋼板樁在開挖過程中的位移，發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)當(dāng)立即停止開挖，查明原因，采取有效措施，方可繼續(xù)開挖。

（4） 注意事項。

①鋼板的進(jìn)場檢驗

對全部鋼板樁進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查：

a.影響鋼板樁打樁的焊接部位應(yīng)予以切斷；

b.切割孔和截面缺陷應(yīng)加強(qiáng)處理；

c.對腐蝕嚴(yán)重的鋼板樁進(jìn)行了實(shí)測，確定了處理方案；

d.對鋼板樁鎖扣破損程度較高或者彎曲度較大的應(yīng)予以更換。

②鋼板樁吊運(yùn)

鋼板樁的裝卸吊裝應(yīng)采用兩點(diǎn)吊裝的方法，每次鋼板樁的根數(shù)不宜過多，并應(yīng)保護(hù)好鎖緊位置，以免損壞。多根樁用鋼絲繩捆扎，捆扎成捆。單根吊裝應(yīng)采用專用吊具。

③鋼板樁現(xiàn)場堆放

鋼板樁堆放的地點(diǎn)要硬化，一方面要便于運(yùn)往打樁施工現(xiàn)場，還應(yīng)不應(yīng)鋼板樁的重壓而發(fā)生較大沉陷變形，堆放時應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

a.鋼板樁應(yīng)按型號、長度、規(guī)格分別堆放，并注明；

b.鋼板樁分層堆放，一般每層不超過5根鋼板樁，總高度不超過2 m，每層之間應(yīng)放置枕木，墊木間距一般為3～ 4 m，墊木上下兩層應(yīng)在同一垂直面上；

c.堆放的方向、順序、位置應(yīng)考慮到現(xiàn)場的施工方便，先用的后堆。

4.3 施工控制的要點(diǎn)

（1） 拉森鋼板樁通常采用打樁機(jī)打樁。掘進(jìn)前應(yīng)熟悉該地區(qū)地下管網(wǎng)及障礙物情況，必要時可進(jìn)行物探，以便準(zhǔn)確釋放支護(hù)樁的中、側(cè)線。

（2） 按編號檢查鋼板樁，對外觀不合格鋼板樁進(jìn)行必要的處置。

（3） 施打前，鋼板樁的鎖緊處應(yīng)加潤滑劑，便于鋼板樁的打樁和拔樁。

（4） 在鋼板樁插入打樁過程中，對鋼板樁的傾斜度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。當(dāng)偏差大于2%，無法用拉拔法糾正時，應(yīng)進(jìn)行吊裝和驅(qū)動。

（5） 井位四個角要使用轉(zhuǎn)角鋼板樁，要專門檢查。

（6） 在溝槽開挖過程中，要嚴(yán)格控制同層支護(hù)頂面高差開挖斷面并支承斷面；隨時觀察和測量鋼板樁的變化。如果有明顯的傾覆或隆起狀態(tài)，應(yīng)立即在傾覆或隆起位置增加對稱的橫向支承。

（7） 直至回填前，都應(yīng)該定期對鋼板樁偏移量進(jìn)行監(jiān)測，控制樁頂向基坑內(nèi)的偏移量穩(wěn)定在2～10 cm之間。

5 拉森鋼板樁施工常見問題及處理方法

5.1 傾斜

產(chǎn)生原因：由于打入樁與相鄰樁鎖口阻力較大，或者擠進(jìn)過程中受到石塊的側(cè)向擠壓作用，使打樁方向產(chǎn)生了偏移。

處理方法：施工過程中隨時檢查、控制、糾正，發(fā)生傾斜時將鋼板樁往上拔1 m左右再打，如此上下，邊拉邊打，逐步讓鋼板樁位置得到糾正。

5.2 扭轉(zhuǎn)

產(chǎn)生原因：主要是鉸式鎖口容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)向裝置不牢固也容易造成扭轉(zhuǎn)。

處理方法：用卡板鎖住鋼板樁的前鎖口，在兩個鋼板樁的鎖口扣的兩側(cè)，用墊鐵和木榫填補(bǔ)鋼板樁兩側(cè)的間隙。在鋼板樁下沉過程中設(shè)置滑輪支座，方便轉(zhuǎn)向控制。

5.3 共連

產(chǎn)生原因：鋼板樁的傾斜變形和彎曲變形導(dǎo)致缺口阻力增大。

處理方法：及時糾正傾斜鋼板樁的偏差，臨時用角鐵和電焊固定鋼板樁相鄰部位。

6 結(jié)語

本工程大量使用拉森鋼板樁避免了放坡所引起的大面積開挖，大大減少了土方量。在施工中很好地適應(yīng)了各種不良地質(zhì)情況、各種天氣，施工順利，大大地加速了工程進(jìn)度。拉森鋼板樁高強(qiáng)度且接口采用互鎖連接方式，避免了土體滑坡、坍塌等引起的危險。其優(yōu)良的隔水性能也保證了基槽水分控制在一定范圍內(nèi)、避免了基槽積水所引起的危險、減少了揚(yáng)塵以及路面積泥、也避免了地下水被大面積污染。有效減少了有害物質(zhì)的產(chǎn)生。在同類的溝槽開挖施工中值得借鑒。