廣東地區(qū)鋼板樁支護(hù)應(yīng)用綜述

何森輝

摘 要：廣東省地下水位高，淤泥、砂層厚，對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的要求高。本文對現(xiàn)階段廣東地區(qū)鋼板樁支護(hù)的工程應(yīng)用做了一定介紹，研究總結(jié)了鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本性狀、工作性能及適用情況，于鋼板樁廣東地區(qū)鋼板樁支護(hù)的工程應(yīng)用方面具有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：鋼板樁；支護(hù)；基坑

1 概述

近些年來，鋼板樁作為一種新型的建筑材料，因其可以重復(fù)利用、節(jié)省材料、施工快捷等優(yōu)點，被大量運(yùn)用到圍堰、基坑支護(hù)和大型碼頭建設(shè)中。鋼板樁由鋼制板樁和兩邊接頭結(jié)構(gòu)組成，兩邊的接頭可以通過自由組合的方式形成聯(lián)動裝置將鋼板樁連接在一起，構(gòu)成連續(xù)緊密的支護(hù)結(jié)構(gòu)。鋼板樁通過樁端的鎖口相互咬合，形成一個密閉的柔性維護(hù)結(jié)構(gòu)，使其在支護(hù)過程中可以承擔(dān)土荷載。

鋼板樁按生產(chǎn)工藝可分為熱軋鋼板樁和冷彎薄壁鋼板樁兩種。在工程建設(shè)中，熱軋鋼板樁因其厚度可以不受限制，在工程中使用更加廣泛；而薄壁鋼板樁由于其加工和使用的局限性，應(yīng)用范圍相對較小。[1]本文在對鋼板樁支護(hù)技術(shù)的發(fā)展前景、研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上指出鋼板樁相對的優(yōu)缺點，以推動鋼板樁支護(hù)技術(shù)的工程應(yīng)用，使讀者在短時間內(nèi)對鋼板樁支護(hù)技術(shù)有個全面的認(rèn)識。

2 鋼板樁的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

鋼板樁的研發(fā)和生產(chǎn)開始于二十世紀(jì)初的歐洲國家。1903年，日本首次將鋼板樁應(yīng)用于三井本館的基坑支護(hù)中；1908年美國首次使用直線型鋼板樁建設(shè)Black Rock港；1911年盧森堡的阿爾貝德工廠生產(chǎn)出了世界上第一片類似Z型的鋼板樁；1923年日本進(jìn)口了大量的U型鋼板樁用于關(guān)東大地震的災(zāi)后重建；在1931年，日本在八幡制鐵所首次研造出自己國家的鋼板樁，日本為了修復(fù)維持第二次世界大戰(zhàn)后的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，大量使用并生產(chǎn)鋼板樁；1933年在盧森堡的阿爾貝德工廠軋制出了真正意義上的Z型鋼板樁。在二十世紀(jì)中葉，西方經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家便已廣泛使用鋼板樁。在亞洲，日本經(jīng)過多年應(yīng)用與發(fā)展，鋼板樁的產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計、施工、設(shè)備制造等方面已達(dá)到世界先進(jìn)水平。

3 鋼板樁的力學(xué)特性

鋼板樁屬于傳統(tǒng)的柔性板式支護(hù)結(jié)構(gòu)，由于其截面較特殊，因此導(dǎo)致了鋼板樁力學(xué)特性的特殊性。鋼板樁由于截面的特點，其剛度隨變形呈非線性增加，且只有當(dāng)變形較大時，鋼板樁的剛度才能發(fā)展到理想狀態(tài)。

鋼板樁是利用施工機(jī)械將其插入土中，通過自身兩端鎖扣的緊密閉合，形成封閉性的結(jié)構(gòu)。但由于施工條件等多種因素的影響，會導(dǎo)致鋼板樁鎖扣間的相對滑移，使得鋼板樁的相對剛度發(fā)生折減，又由于鋼板樁的截面特殊性，使鋼板樁的剛度很難確定，給控制鋼板樁的變形帶來了很大困難。[2]在工程中通常利用鋼板樁中性軸的偏移距離計算鋼板樁的剛度。

直線型鋼板樁可以拼接成格型圍堰，它具有橫向抗拉強(qiáng)度大的特點，因此主要應(yīng)用在圍堰工程中，但其抗彎截面模量較小，因此在支護(hù)工程中并不經(jīng)常受到應(yīng)用。Z型鋼板樁通過鎖扣間的連接形成鋼板樁墻，但是其鎖扣容易受到破壞且制作和安裝都比較麻煩，因此這兩種鋼板樁在工程應(yīng)用都相對較少。U型鋼板樁由于可以通過兩端的鎖扣連接，形成密封墻，雖然會產(chǎn)生較大變形，但能充分發(fā)揮剛度和強(qiáng)度，在工程中受到了廣泛的應(yīng)用。

鋼板樁在工作時，實際是介于單樁受力狀態(tài)和理想樁墻受力狀態(tài)之間，這種工作特點和截面性質(zhì)有很大關(guān)系，鋼板樁在變形初期，沒有樁與樁之間的作用力，這時鋼板樁處于單樁的工作狀態(tài)，此時鋼板樁的中性軸位置與單樁時一致；當(dāng)相鄰鋼板樁變形不一致時，隨著外力和樁與樁之間相互作用力作用下，樁的工作狀態(tài)會趨近于理想樁墻受力狀態(tài)，鋼板樁的中性軸位置開始向截面中心靠攏；當(dāng)樁與樁之間摩擦力足夠大時，樁與樁之間沒有相對滑移，鋼板樁處于理想樁墻狀態(tài)，中性軸位置處于截面中心線處。在實際工程中，鋼板樁的工作狀態(tài)愛是介于兩者之間的，在鋼板樁的設(shè)計中，由于剛度很難確定，導(dǎo)致難以計算出鋼板樁的位移和應(yīng)力，給鋼板樁工程帶來了較大的困難，因此推廣鋼板樁的應(yīng)用，很有必要對鋼板樁的剛度發(fā)展規(guī)律進(jìn)行研究。

鋼板樁的施工與所選樁型、場地條件以及施工機(jī)械都有很大的關(guān)系。在施工前，應(yīng)對樁尖處的槽口進(jìn)行封閉，避免擠入泥土，而后對打樁的流水段進(jìn)行劃分，并用兩臺經(jīng)緯儀在兩個方向加以控制鋼板樁的垂直度。

打樁方法與打樁體系的選擇是鋼板樁施工中重要的環(huán)節(jié)。鋼板樁的主要打樁方法有逐根式打樁、屏風(fēng)式打樁、交錯式打樁和圍堰及合龍技術(shù)。打樁體系主要有錘擊打樁法、滑動打樁法、靜壓法和混合打樁法，所用到的打樁機(jī)械主要有沖擊打樁機(jī)械、振動打樁機(jī)械、振動沖擊打樁機(jī)械和靜力壓樁機(jī)械四種。

4 鋼板樁支護(hù)的優(yōu)點及其適用性

在基坑支護(hù)中，用內(nèi)支撐來取代打設(shè)土釘或錨桿支護(hù)的方式，可以很好的降低對周邊建筑的影響，并且鋼板樁的占地面積較小，施工速度較快。鋼板樁由于它鋼材的特殊性，具有抗腐蝕性較強(qiáng)，材料輕質(zhì)高強(qiáng)的特點，并在臨時支護(hù)過程中，可以進(jìn)行拆除回收利用。[3]在工期較短、環(huán)保要求較高的工程中得到了很好的應(yīng)用。

鋼板樁除了具有施工簡單、快速高效、環(huán)保節(jié)能、可循環(huán)利用的優(yōu)點外，還因為其耐久性好、結(jié)構(gòu)整體性好、適合各種地質(zhì)而備受關(guān)注，在港口水利工程、鐵路、電車軌道和污染控制中均大有可為。[3]如深圳供電局高層住宅位于布吉河與筆架山排洪渠交匯處的人工改造平地，就應(yīng)用了鋼板樁止水帷幕。

而推廣應(yīng)用鋼板樁又有助于鋼構(gòu)行業(yè)的更快速發(fā)展。我們廣東可以籍此契機(jī)，發(fā)揮自身優(yōu)勢，推進(jìn)鋼構(gòu)行業(yè)自主創(chuàng)新，加快研發(fā)、生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價低的鋼材，跟工程建設(shè)業(yè)界互惠互利，共同發(fā)展。[4]

5 小結(jié)

通過對鋼板樁的力學(xué)特性分析以及鋼板樁支護(hù)特點的總結(jié)，并從鋼板樁的歷史發(fā)展角度，對廣東地區(qū)的實際工程應(yīng)用的介紹，為以后廣東地區(qū)采用鋼板樁支護(hù)方式的工程提供一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)

[1]羅永真.基于樁間鎖扣摩擦分析的鋼板樁剛度特性研究[D].華南理工大學(xué)，2014.

[2]陳彬.基于有限元分析的鋼板樁間鎖口摩擦對其抗彎性的研究[D].華南理工大學(xué)，2013.

[3]劉平.小基坑鋼板樁支護(hù)設(shè)計分析與程序編制[D].中國地質(zhì)大學(xué)，2014.

[4]劉幼如，石守芹，李艷，等.我國工程鋼板樁應(yīng)用前景初探[J].中國水運(yùn)（下半月），2011，11（1）：238-240.