钢板桩在市政基坑支护工程中的应用

陈礼伟 史冲锋 史晓亚

摘要：钢板桩已成为一类新兴建筑材料，被应用在各种建筑物的施工技术保护流程中。在各种临时性及永久性建筑施工流程中均有钢板桩的使用，比如：挡土墙、围护、挡浪堤、临时性扩岸、断流、围堰、水渠建设时的挡砂、挡土、阻水等。钢板桩用作围堰的支撑结构可以确保绿色、快捷地建设，同时施工费用相对低廉，是一项既经济又高效的新施工工艺，在市政基坑支护工程中也得到了广泛的应用。文章中对钢板桩的使用发展历程、优点以及使用范围作了详尽介绍，并在此基础上利用具体工程经验阐述了二种钢板柱在城市基坑支护施工中的使用工艺特点和优点，并借此对钢板柱在市政基坑支护施工中的使用情况进行了探讨。

关键词：钢板桩;市政基坑支护工程

一、钢柱板概述

1.钢柱板的应用发展历史

上世纪五十年代，在欧日等发达国家，钢板桩工艺技术已有明显进展，并且已经开始广泛使用，但是由于经济基础和人才等客观因素的约束，中国的钢板桩的应用起步时间相对较晚，因此钢板桩进一步发展成为典型金属建材的进展相对较为迟缓。五十年代初期，中国开始从原苏联直接进口钢板桩，将其广泛地应用于铁道大桥和围堰等工程中，但在此后相当漫长的一段时间中，国内钢板桩技术一直没有取得全面、长远的发展。直到二十世纪末，随着中国市场经济的高速发展，各种快速、高效、环保型的建设工艺才逐步得到了普遍认可与发展，中国的钢板桩应用才有了一定的发展前景。二十一世纪初期，马鞍山钢铁公司先后制造了HP400系列钢板桩五千多吨，并成功地应用在多个三十万吨级船坞工程，以及孟加拉的防汛工程等。但目前在中国，仅有马鞍山钢铁公司公司可独家生产HP400系列钢板桩且，年产出和耗材均极少，和国外的差距也很大。

二十一世纪上半叶，钢板桩成为了中国建筑行业革命性建筑材料，它的广泛应用将开启我国水工建筑与城市基础施工建设等领域的新纪元。

2.钢板桩的优点

钢板桩主要包括冷弯薄壁加工轻型钢板桩和热轧型钢板桩二个类别;二者相比较而言，冷弯薄壁轻型钢板桩的加工条件和应用局限很大;而热轧型钢板桩在加工应用中所受约束性相对较少，并且拥有更好的生产条件，在使用时也根据优势，基于此，热轧型钢板桩逐渐成为了钢板桩生产发展的新潮流。

总的来说，钢板桩具备了承重能力高，自身结构轻巧，水密性好，耐久性好等优点，具体而言，包括以下几方面：

（1）由钢板桩所形成的焊接墙面，具备很大的硬度和较好的刚性;

（2）钢板桩接头锁口组合牢固，能自动防渗;

（3）钢板桩施工条件简单，可满足各种类型的地质状况与土质环境，能有效降低基坑施工土方用量，并且作业占用场地较小;

（4）钢板桩视应用环境的变化，寿命最长可至50年;

（5）因为施工条件简单使钢板桩的作业十分快捷，极有利于进行防洪、崩塌、流沙、抗震等的救灾抢险和防治;

（6）钢板柱可收回多次利用，在临时性施工中，可再利用约20～30次;

（7）施工环保，取土率和水泥用量均明显下降，可合理保护耕地资源，再开发利用也使钢板桩建筑的过程中大大地减少了土地资源浪费，更有利于环境保护管理。与其它复合单体结构材料比较，钢板柱较轻且具备了很大的适应变化能力，更有利于各种地质灾害的防治管理。

3.钢柱板的用途概述

钢板桩有着许多使用优点，能够应用于各种类型的施工过程中，有着非常广阔的应用前景。根据钢板桩的用途可粗略分成三种：长期使用施工过程中，临时施工中，应急抢险救灾式施工中。同时，常年用途房屋建筑即指设计期限在50年之上的各种房屋建筑，主要用作一般住宅建设的围护构筑物、挡土墙稳定性等基础结构;临时建设，则是指封护或损坏的山体、临时围栏、护岸等的支撑构件、桥身围堰、管线以及设备安装設施等的临时沟渠围护墙体等;在应急救援抢险中，主要应用于塌方、防洪、避免流沙等应急事件灾难。

由于中国钢板桩的研制与发展起步相对较晚，于1950年中国便率先把钢板桩技术运用于武汉长江大桥施工当中，并主要是运用于该大桥围堰水中施工中，并获得了巨大的成绩。在目前，由于中国基础工程建设正处于快速的发展中，因此钢板桩技术也获得了很大的进展，目前钢板桩每年消耗量约在2万吨至4万吨之间。目前，钢板桩在国内外主要广泛应用在如下表所示的工程中。

二、拉森钢板桩在基坑支护工程中的应用

拉森钢板桩是一个咬合桩，其使用的目的是为地面支撑起到临时性的支护，并且可以有效隔绝施工过程中散落的土块，在使用的时候一般利用打桩桩装置将准备好的拉森钢板桩直接送入工程地下室。拉森钢板桩在使用的过程中具有空间利用率较高、能够重复利用的优点，在中国的基坑支护工程中得到了相当普遍的应用。

1.工程概述

某工程项目的某路面的基坑支护施工，地下通道的长度约为137.64m，地面采取钢板桩防护，并沿路面宽度走向每@4m设有一个φ609型钢水平支承，基坑总深在6.9m至9.5m。引道总长为38.41m，引道采用了悬臂型挡土墙的高稳定性结构，中部设有20mm沉降裂缝，并采取砼现浇砌筑。地下管道标段长度为115m，过街道路台阶部采取砼现浇进行施工，其余部分采取全预制砼结构管节进行浇筑，全部预制砼管节均采取承插口连接方式，各节长1.5m，共51节，每断面外包总长度为5.70mx8.30m，与其他管节间均采取预应力钢绞线联接。

2.拉森钢板桩支护设计方案

基坑工程时宜分层开挖、分级加固，有效保护。并且应当在坡上建设相应的排灌体系。当坡上存在积水时，或者地下水洇开时，还应当配备相应的土壤地下水输排装置。

钢板桩在建造之前，对施工现场和周边环境进行的研究涵盖了运输道路、作业空气（还有净空等）、其他阻碍物、工作环境限制的情况等。对于直接影响钢板桩质量和施工安全的地质（涉及岩层的布置、粒度结构、紧实度、土壤硬度、静/动能触探及标贯试验结论、土性、地下水等）都需要仔细研究。

基坑结构采取了钢板桩支护方法，沿边长方向@4m设定了一条钢管水平支护。钢支撑架设系统采取进行沟通架设;钢支柱则使用φ609型钢，其中壁厚应当精准控制在16mm，钢支柱的端头则与2I36a型钢以围檩方式联接，钢支柱两头应使用花篮螺钉联接，并采用其他更有效办法避免支柱脱落，钢支柱施工偏差符合工程设计规定。

3.拉森钢板桩支护施工工艺

（1）钢板桩导沟施工

对于基坑及围护结构内边限制线，采取自挖机施工方法，并排除了地下施工障碍物。施工前导沟余土应及时处理，并确保钢板桩顺利浇筑。

（2）钢板桩的检验、吊装

一般有材料检查和外表检测。做好的外观检验，一般包含了表面缺陷、孔径、长度、厚薄、宽度、厚薄、高度、端部矩形比、平直度和锁口形状比等一系列内容。对打入钢板桩质量有影响的地方，在焊接的时候应当注意全部移除，以保证其质量;割孔、断面存在不足的，应当立刻采用想用的方法应予补充;假如钢板桩有强烈腐蚀现象，则应当检测其截面的厚度，以确保正常使用。

（3）钢板桩施打。锁口应涂油脂

打设时，应先用吊机将钢板桩吊作业于插桩位置上，用履带型机手行走至地面不得超过作业曲率的半径范围内，用沉桩锤及振动锤上的保险钢管绳扣好与钢板桩的相对端，将机手缓缓地升至地面与钢板桩成竖直状况，并夹紧钢板桩，然后抬起地面，再移动将样桩定位，当插入至距地面约0.7m处时，可用垂球校正桩体的完整性及垂直程度。

（4）钢板桩沉桩

在进行钢板桩沉桩操作时，应当根据施工的实际情况和实际环境选择适合的沉桩装置和沉桩工艺，在工艺的选择上可以选用振动技术或者是静压植桩技术。

当施工工程距离周边建筑物距离比较近的时候，在进行钢板桩沉桩操作时，应当优先选用用静压植桩法沉桩，并对临近建筑物实施监测，发现异常状况应予以及时处理。板桩一般应分段浇筑，以便于使用。

（5）钢板桩拔除

详细研究拔桩方式、拔桩次序和拔桩时机及其对钢管的桩孔管理。针对封闭式钢板桩墙，拔桩的最后起始地点应该距离桩角五根之上，并利用沉桩时的施工记录资源和检查沉桩的最小阻力，来决定拔桩的最后起始位置。并按照进入时机、打桩方式及其周围条件等，选用最适合的拔桩装置。

三、射水振动打钢板桩在基坑支护工程中的应用

1.工程概述

某工程建筑面积合计为3459.1㎡，占地面积总计约为1264.06㎡。建筑地上地下各二层，地面相对于建筑的绝对高度约为139.4m;本工程基坑采取独立基底，在地面浇筑时考虑了独立基础施工作业面，在承台基础边外1米的基坑上底，本工程基坑挖深范围应当控制在6.5m到11.75m。

2.打钢的方法及原理

运用振动沉桩法实施打钢，震动法主要是运用了共鸣学说，当桩的强迫震动频率和土粒子的自然震动频率相同时，与土粒子之间形成了共鸣，此时，土粒子具有较大的振幅，而足够的强震动速度和加速度就可以很快打破钢板桩与土粒子中间的黏接力，使鋼板桩桩体和土粒子之间由压紧状态转变到瞬间脱离状态，沉桩阻力特别是侧向摩擦力急剧下降，钢板桩则在强震动锤和自身的自重作用中下降。

打桩时，用液压控制震动打桩机将钢桩通过自动悬吊后，按施放好的桩位通过震动压在，使压入桩的垂直率控制在1%L范围内，并保持与桩上表面在相同高度内，并与地面距离相同。引孔浇筑时，严格控制支撑桩打入的水平程度。在钢板桩安放到位后，调节水平程度，调节的方位为正反、上下，支护桩调节时首先驾驶员须听从随机工作人员手势调节支护桩的水平程度;在确认垂直后首先慢慢地把钢板桩压入地底，待压在一次后再调节水平程度，待深入天然地层下4米至5米之间后便可提高压入速度。

在实际施工中发现，当沉桩深到十米时，桩身无法持续下沉，又在不同地点打了三根桩后，均在下沉十米左右后仍无法持续下沉。查阅了该工程的岩土施工勘察报告，在报告中指出该标高处土质为第④级的粗砂岩：黄色，湿～饱和，中密状态，分选性能一般，局部存在细砾沙层和黏性土薄夹层，主要矿石成分由长石、岩英构成;挖探坑时发现了地下10m以下的粗沙，且相当密实，就是俗称的“铁板砂”。这些情形下需要通过辅助工具措施方法完成沉桩，最常见的辅助工具措施方法有引孔、射水等保护措施。射水技术措施主要是指使用高压水射流使土疏松，从而带来更疏松的土粒，使与土尖的摩擦力减小，并减少与土表面的摩擦力，这样便于沉桩、减少对土、设备等的损伤。

根据工地的实际状况，采取射水振动式沉桩。在工字钢腹层中间还架设了一个四分管道，管子下部头联接喷流头，上端面联接高压管和高压泵头的联接口，在钢板桩沉降困难时，启动的高压泵通过喷头直接向土壤高压管射水，使土壤疏松，从而降低了沉桩阻力，使桩成功沉降。并通过采取射水等辅助措施，成功地使所有的钢板桩都沉降至正常施工高度，从而完成了该工程的全部钢板桩施工。

四、结语

钢板桩具备承重能力高，自身结构轻巧，水密性好，耐久性好等优点，能够应用于各种类型的施工过程中，有着非常广阔的使用发展前景，对于建筑行业、市政工程的发展有着不可忽视的重要作用。

目前，中国正处在平稳高速发展的关键时期，人民对市政建设的关注度也越来越高，钢板柱的应用在一定程度上可以促进建筑业的发展，保证市政项目建设的质量，尤其是在建筑基坑施工中占据着非常重要的地位，但是中国对钢板桩的应用尚处在起步阶段，且由于中国区域、地质构造特点等不同，中国还存在应用钢板桩的特殊性和广泛性等特点，因此需要根据不同的地势结构选择适合的钢板桩材料和类型，并且根据实际情况调整钢板桩的施工工艺，这样可以有效提升钢板桩的施工质量，提升钢板桩的应用效果。

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