陳西平

0 引言

鋼板樁是一種支護結構，既可擋土又可防水；當開挖的基坑較深，地下水位較高、又有出現(xiàn)流砂現(xiàn)象的危險時，則可將鋼板樁打入土中，使地下水在土中滲流的路線延長、降低水力坡度、阻止地下水滲入基坑內，從而防止流砂現(xiàn)象發(fā)生；帶有鎖口聯(lián)動裝置的鋼板樁，可以自由組合形成一種連續(xù)緊密的擋土或者擋水墻的鋼結構體，鎖口對稱分布于中性軸兩側，且腹板是連續(xù)的，這極大地提高了截面模量和抗彎剛度，保證截面力學特性能夠充分發(fā)揮，提高抵抗土方和水的側向壓力，防止土性邊坡坍塌；常見有拉森式，拉森鋼板樁又叫U 型鋼板樁，屬熱軋鋼板樁，它作為一種新型建材，在建橋圍堰、大型管道鋪設、臨時溝渠開挖時作擋土、擋水、擋沙墻；拉森鋼板樁做土方支護不僅綠色、環(huán)保而且施工速度快、施工費用低，具有很好的防水功能，在施工中運用較為廣泛。

1 鋼板樁支護施工

鋼板樁支護適用于軟弱土、粉土、黏性土、砂土等一般土層地質，支護結構類型包括懸臂式、錨拉式、支撐式和組合式。懸臂式用在非軟土基坑時，基坑深度不宜大于6m，用在軟土基坑時，基坑深度不宜大于4m；錨拉式對周邊環(huán)境要求嚴格，基坑深度不宜大于8m；支撐式基坑深度不宜大于9m；組合式場地應滿足放坡條件，自然地下水位不高或提前降水，放坡與鋼板樁支護體系結合，適用于開挖深度大于9m 的深基坑。鋼板樁打樁方法：錘擊法、振動法和靜壓法；主要根據打樁插入深度，地層條件、施工場地條件、周邊環(huán)境要求或當地工程經驗選用合適的打樁方法。

鋼板樁抗彎承載能力計算按照式（1）進行：

式中：δ 為鋼板樁截面應力N/mm；M 為作用在鋼板樁上的彎矩設計值kN/m；W為鋼板樁截面抵抗矩mm；β 為抵抗矩折減系數，當設計有整體鋼腰梁時取值1.0，不設置腰梁或分段設置時取值0.9；ξ 為鋼板樁重復利用折減系數，首次使用的新鋼板樁取值1.0，重復利用的舊鋼板樁取值0.85～0.95；f 為鋼板樁材料強度設計值N/mm。

2 實際案例

某公司施工的巢湖電廠干煤棚基礎工程，二、三號煤場之間地質情況為④層含碎石粉質粘土（Q3al），開挖范圍內無承壓水，二號煤場A 軸交8～30 段新建干煤棚采用柱下獨立基礎，基礎埋深為-4.5m 和-5.0m，基礎墊層厚度100mm，基坑開挖深度為4.6m 和5.1m。由于A 軸交8～30 段基礎與三號煤場既有干煤棚的條形基礎之間水平距離約3.5m。

如圖1 所示為本次專項方案的施工段平面位置，二號煤場A 軸交8～0 段新建煤棚基礎約88m 的施工段與三號煤場已建舊煤棚基礎并行，并且新舊煤棚基礎間距約3.5m，二號煤場新建基礎設計形式為柱下錐形獨立基礎，三號煤場舊筏板基礎通常88m。通過查閱三號既有干煤棚基礎施工資料，得知三號干煤棚基礎設計標高為黃海高程18m，基礎基底標高高于持力層，施工時土方開挖至持力層后按照設計院提供的地質處理建議采用C15 混凝土換填至基底標高。三號既有干煤棚基礎施工完成已達10 年時間之久，換填的C15 混凝土與筏板基礎形成整體，相當于重力型基礎特點，由此可以判斷三號煤棚筏板基礎整體性好，穩(wěn)定性及抗剪能力優(yōu)異。筏板基礎施工完成后采用砂石回填至地面標高。

圖1 平面圖

2.1 本工程施工難點

圖1 中標識了二（新煤場）、三（舊煤場）之間A 軸交8～30段位置，長度88m，三號煤場為獨立柱基礎上部為鉸接鋼結構封閉屋架，地基為黏土夾碎石土層；由于三號煤場長年對儲煤進行噴水降溫處理，土層中含水量較大；本次煤場施工二號、三號煤場基礎相對位置只有3.3m 且二號煤場基礎比三號煤場基礎低2.5m。

施工現(xiàn)場具備放坡開挖的條件，但項目部認為放坡開挖存在很大安全風險；一是三號煤棚是全封閉的拱形鋼屋架結構，受力點在獨立柱頂端，一旦采取放坡開挖，將三號煤棚基礎周圍的土方全部挖出，失去了土方的側向抵抗力，勢必造成三號煤棚的受力體系的變化，引起三號煤棚的坍塌；二是三號煤棚常年有水，水的浮托力與煤棚基礎形成共存的受力平衡，開挖會造成水的浮托力降低，改變受力平衡，從而引發(fā)坍塌；三是從圖中可以看出，三號煤棚球形節(jié)點銹跡斑斑，銹蝕嚴重，大的振動會引起球形節(jié)點破壞問題。

項目部決定采取鋼板樁支護方案，計劃沿二號、三號煤場間打入鋼板樁，利用鋼板樁的抵抗力，平衡因三號煤棚開挖土間失去的側向壓力，從而順利對二號煤場進行開挖。從現(xiàn)場開挖探孔看，碎石土層2～3m 厚度不等，根據以往施工經驗鋼板樁估計下沉困難，準備采取輔助下沉方案，采取長螺旋鉆機帶鋼護筒鉆孔輔助鋼板樁下沉方法。

對A 軸交8～30 軸段南側基坑邊坡（靠近三號煤場側的邊坡）采用鋼板樁支護方式，鋼板樁采用拉森Ⅳ型，小鎖口打入，樁長為9m，使用打樁機將鋼板樁沉入土內，要求鋼板樁相鄰鎖口一正一反小鎖口打入，鋼板樁入土深度比新基礎基底標高深約4.5m，拉森Ⅳ型鋼板樁規(guī)格為400×170mm，腹板厚度15.5mm，長度9m，距樁頂1.5m 的樁腰位置，設置橫向槽鋼拉梁，將槽鋼與鋼板樁焊接形成整體。

鋼板樁擋土結構植入土層深度：基底標高以下4.5m，土方開挖每段長度不超過20m，多段跳挖累計長度不得超過40m，同一時間基坑坑底最大暴露面積不得大于300m；基坑北側邊坡（靠近二號煤場）坡頂外3m 范圍不得堆載，基坑南側邊坡在3 號煤場干煤棚以內6.5～7.0m 范圍不能堆載。

2.2 鋼板樁支護計算

2.2.1 抗彎計算

基坑內側抗彎驗算（不考慮軸力）

基坑外側抗彎驗算（不考慮軸力）

式中：σwai—基坑外側最大彎矩處的正應力（Mpa）

σnei—基坑內側最大彎矩處的正應力（Mpa）

Mw —基坑外側最大彎矩設計值（kN.m）

Mn —基坑內側最大彎矩設計值（kN.m）

Wx —鋼材對x 軸的凈截面模量（m）

f —鋼材的抗彎強度設計值（Mpa）

2.2.2 鋼板樁穩(wěn)定性計算

計算方法：瑞典條分法

應力狀態(tài)：有效應力法

條分法中的土條寬度：0.40m

滑裂面數據

圓弧半徑（m）R=10.585

圓心坐標X（m）X=-0.140

圓心坐標Y（m）Y=6.071

整體穩(wěn)定安全系數 K=3.715 ＞ 1.30,滿足規(guī)范要求。

2.3 鋼板樁支護風險監(jiān)測技術

按照設計要求樁頂部位移連續(xù)3 天位移增量達到3mm/d 或累計位移達到25mm，三號煤場既有干煤棚基礎水平位移增量達到3mm/d 或累計水平位移達到6mm，應立即聯(lián)系設計單位采取專項處理措施。

項目部采取全站儀對三號舊煤棚位移變形進行動態(tài)監(jiān)測，在三號舊煤場每個獨立柱基礎頂端沿縱向軸線統(tǒng)一布置監(jiān)測點，此監(jiān)測點為每個獨立柱縱橫軸線交匯點，監(jiān)測點33 個，對每個監(jiān)測點統(tǒng)一進行編號，統(tǒng)一進行數據測量記錄分析，為方便監(jiān)測在現(xiàn)場另行布置三個固定測控點（原點）用于現(xiàn)場校核測控數據，原點裝好后需對原點進行防護，防止原點被破壞。在鋼板樁支護結構施工前，用全站儀將每個監(jiān)測點的縱橫坐標、標高值進行測量并記錄在案；鋼板樁圍梁安裝前后，對監(jiān)測點進行測量記錄；在基坑開挖期間，要每天早晚各一次進行測量，將測量結果繪制成：時間、深度及數據變化曲線，對測量數據進行分析、比較；開挖完成后可每4 小時測量1 次，若變化在控制范圍內，可不再增加監(jiān)測頻次；鋼板樁可以對鋼圍梁進行監(jiān)測控制，比較每次在同一點的測量數據，更直接反應鋼板樁變形情況，當位移（變形）超過設計值時需立即采取控制措施防止變形擴大，造成安全事故。

2.4 鋼板樁施工

2.4.1 鋼護筒施工

上述方案經監(jiān)理、業(yè)主審批后開始施工，從西側第一個柱基開始放線下沉鋼板樁，鋼板樁垂直下沉時由于地層含有大量碎石致使鋼板樁跳動異常，下沉緩慢，偏離軸線，雖加大下沉力度，情況仍無改觀，遂決定采取引孔輔助措施，輔助下沉鋼板樁，采用螺旋鉆機鉆孔，引孔孔徑600mm，引孔間距800mm，為防止鉆孔由于碎石層造成塌孔現(xiàn)象，在鉆孔前先下鋼護筒，使得鉆機在護筒內鉆孔，鉆好的孔避開了碎石層，從而避免塌孔；護筒直徑800mm、長度2m，護筒用6～8mm 厚鋼板卷制而成，內徑比設計樁徑大 20cm，埋設深度 2.0m；護筒埋設前先設第一個護筒軸線控制樁，控制樁連線交點為護筒控制中心點，用來控制護筒下沉位置；下護筒前旋挖鉆機挖孔1.5m 左右，再用人工配合鉆機將護筒就位，護筒位置調整好后，用鉆機鉆桿將鋼護筒壓入土中，護筒頂高出地面 20cm，周圍填粘土并搗實，護筒要保證垂直、上口水平；用螺旋鉆機在護筒內鉆孔，孔徑Φ600，孔深2.0m（主要是鉆過碎石層，進入粘土層），護筒準備兩個，操作時兩個護筒一起壓入土中，待鉆孔完成后，將護筒拔出，依次向前打入鉆孔、在拔出，直至88m 碎石層全部引孔完成。

2.4.2 鋼板樁施工

拉森鋼板樁采用專用機械施打，施打前對鋼板樁逐根進行檢查，剔除連接鎖扣處的銹蝕、變形嚴重的鋼板樁。打樁前，在鋼板樁表面涂抹隔離劑，鎖口內涂抹潤滑油，以方便鋼板樁的打入、拔出；機械將第一塊鋼板樁夾住，緩慢上提，當鋼板樁提離地面約500mm 時，兩個操作工人上前將鋼板樁扶正，緩慢下入鉆孔內，在調整好位置后，司機開動振動錘將第一根鋼板樁振入土中，鋼板樁外露200mm，在震動下沉過程中要不斷調整鋼板樁位置，避免傾斜；第二根鋼板樁在鉆機提起后，操作人員上前將鋼板樁一端對準第一根鋼板樁鎖口插入，另一端調整位置，準確后壓入土中；第二根鋼板樁壓入土中后將第一根鋼板樁鉆孔部位回填密實，以此類推直至最后一根鋼板樁振入土中；在鋼板樁插打過程中每塊樁位偏差不大于50mm，垂直度偏差不大于1%，當偏斜過大不能用拉齊方法調正時，必須拔起重打；要保證鋼板樁開挖后入土不小于4.5m，鋼板樁鎖口部位密封好。

鋼板樁打入完成后進行基礎開挖，基礎開挖至-2.5m 時，對鋼板樁進行橫梁加固，在鋼板排樁靠近基坑側設置橫向拉梁，橫向拉梁采用20 的工字鋼，將一個個鋼板樁與橫向拉梁焊接形成整體結構，橫梁設置在樁頂向下約1.5m 位置，使之于鋼板樁形成一個受力整體，共同抵御土的側向壓力；開挖完成后要隨時觀察鋼板樁的變化情況，若有明顯的傾覆狀態(tài)，立即采取措施回填基坑。

鋼板樁打入后，施工分三段進行；第一段從西側開始，長度28m，開挖后進行土建程序施工，基礎回填后，開挖第三段（東側30m），基礎回填后，最后施工中間段。

2.4.3 鋼板樁的拔出

當整個88m 相鄰區(qū)域土方回填結束后即拔除鋼板樁，利用振動錘產生的強迫振動，拔樁時，可先用振動錘將板樁鎖口振活以減小土的粘附，然后邊振邊拔。對較難拔除的板樁可先用柴油錘將樁振下100～300mm，再與振動錘交替振打、振拔。起重機應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。供振動錘使用的電源為振動錘本身額定功率的1.2～2.0 倍。如鋼板樁拔不出，可采用以下措施：

用振動錘再復打一次，以克服與土的粘著力及咬口間的鐵銹等產生的阻力；按與板樁打設順序相反的次序拔樁；板樁承受土壓一側的土較密實，在其附近并列打入另一根板樁，可使原來的板樁順利拔出；在板樁兩側開槽，放入膨潤土漿液，拔樁時可減少阻力。擾動土質，破壞鋼板樁周圍土的粘聚力以克服拔樁阻力，依靠附加起吊力的作用將其拔除。拔樁順序與土方開挖方向一致?；靥畹姆椒ú捎锰钊敕?，填入法所用材料為石屑或中粗砂。

基坑回填夯實至原地面以下1m 后，開始拔除鋼板樁工序（僅拔除已施工完成段16m 鋼板樁）。拔除鋼板樁前，應仔細研究拔樁方法順序和拔樁時間及土孔處理。否則，由于拔樁的振動影響，以及拔樁帶土過多會引起地面沉降和移位，會給己施工的地下結構帶來危害，并影響臨近原有建筑物的安全，設法減少拔樁帶土十分重要。

鋼板樁拔出后繼續(xù)對三號煤棚基礎沉降及位移變形進行監(jiān)測，直至整個88m 施工段擋煤墻施工完成為止，結束監(jiān)測測量控制。

鋼板樁支護結構，在基坑開挖過程與支護結構使用期內，應委托有資質等級的監(jiān)測單位對鋼板樁支護結構及周圍環(huán)境安全進行監(jiān)測。

鋼板樁下沉過程中遇到礫石、砂礫地層，鋼板樁下沉困難，需要采取引孔輔助下沉，采用一般鉆機鉆孔，面對塌孔無法鉆進情況，可以采用打入鋼護筒方法，在鋼護筒內鉆孔，既防止塌孔又提高了鉆進速度，鉆好孔后在打入鋼板樁，最后將鋼護筒拔出重復使用，節(jié)省時間，節(jié)約材料，降低成本，此方法將會在更多工程中使用。

3 結語

鋼板樁作為一種重要的邊坡支護結構，施工速度快，在空間狹小不能采取放坡開挖區(qū)域靈活作業(yè)，適用于軟土地基，對復雜地質條件（碎石土、黏性土、地下水豐富區(qū)域）可采取多種組合方法施工；從費用角度考慮，和噴錨支護費用相當，在后續(xù)施工中值得推廣應用。