某支護工程中拉森鋼板樁施工技術研究

李有德

(中鐵十三局集團第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110000)

0 引言

鋼板樁具有強度高、防水性能好、使用壽命長、綠色、節能等優點，尤其在防洪、塌方、塌陷的搶險救災中見效特別快。鋼板樁施工簡單，縮短工期，其獨特的功能，正備受建筑行業的青睞。

吳杰等指出采用鋼板樁支護，對周圍環境影響較小。鋼板樁施工簡便，工序簡單，質量容易控制，工期短，且現場整潔[1];李光輝結合工程實例，論述了拉森鋼板樁在基坑支護中的應用[2];彭玉來介紹了拉森鋼板樁基坑支護施工工藝、沉樁措施，指出了拉森鋼板樁支護是切實可行的[3];孫杰等以福州市三環路光明港大橋水下地樁承臺深基坑支護為例，論述了拉森鋼板樁深基坑支護比施工工藝、圍檁支撐方式、支護結構監測，對深基坑支護具有一定的指導意義[4];喬希琳通過分析拉森鋼板樁的諸多優點，結合工程實例，介紹了拉森鋼板樁在基坑支護中的設計、施工及應用效果，并針對我國現階段工程建設情況，指出拉森鋼板樁基坑支護的應用和推廣前景[5]。

本文結合寧波某工程實際情況，對拉森鋼板樁在實際工程的應用情況進行分析，以期為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

1.1 原設計方案

寧波軌道交通4號線南站位于原寧波南站北廣場位置，其中車站東北角侵入原地下室圍護結構以外，因此部分地墻需待東北角土體削至與底板同一標高后才能進行施工。為確保削土過程中周圍環境的安全，在東北角位置結合端頭井加固設置了4 450 mm寬的三軸攪拌樁重力壩，如圖1，圖2所示。其中原地下室高度為4 m，主要土層為雜填土層。

1.2 現場發現的管線情況

在準備進行重力壩施工清理端頭井位置表層雜土的過程中，發現在端頭井位置的通信井中存在一條不明管線，從南站東路經此井后轉入共青路。經多方了解，確認其為鐵路通信管線，年代較為久遠，且管內充有氣體保護，保護等級高，使用用戶多，如改遷完成需1年，嚴重制約工期，其路由如圖3所示。

通信井侵入端頭井位置2.5 m，與重力壩邊緣位置緊貼，根據以往端頭井加固經驗，如在此位置進行攪拌樁施工，在施工過程中的高壓氣體和水泥漿及置換土極有可能將通信井及鄰近的管線通道破壞，其后果難以承擔。而如果等其改遷結束再進行攪拌樁施工，則總體工籌將被打亂，且工期滯后嚴重。因此，經反復考慮，建議將端頭井位置的重力壩圍護形式進行調整，以滿足現場施工需要。

1.3 方案選擇

根據現場實際情況，方案反復比選，此位置處的圍護結構采用拉森鋼板樁加錨樁的形式，如圖4，圖5所示。

在原重力壩位置外側打設一排4號小齒口拉森鋼板樁，打入深度約為12 m，插入比1∶2。鋼板樁頂部設置圍檁，增強其穩定性，同時與北側的重力壩圍檁連接。在鋼板樁后側10 m左右位置處設置錨樁，采用錨索或拉桿將拉森樁與錨樁連接間距1.0 m～1.5 m。錨索上部地面進行硬化處理。

圖1 重力壩剖面圖

圖2 重力壩平面圖

圖3 鐵路管線路由

圖4 拉森鋼板樁施工剖面示意圖

1.4 方案優點

1)施工對既有管線無影響，保證其改遷前的使用功能不受破壞。

2)能夠滿足東北角削土要求，總工籌不受影響，能保證工期。

3)拉森鋼板樁在寧波附近工地使用較多，工藝較為成熟，有成功先例可遵循，安全性有保證。

4)施工場地區域內地質條件均為淤泥質土，適合拉森鋼板樁施工工況。

5)拉森鋼板樁止水效果較好，防止墻體滲漏水。

6)使用周期短，可以重復利用。

圖5 拉森鋼板樁施工平面示意圖

2 拉森鋼板樁選型計算

土方卸載基坑開挖深度h=4 m，根據勘察報告平均重度γ=17.5 kN/m3，平均內摩擦角 φ =10°，平均粘聚力 c=12 kPa。

拉森鋼板樁選用Ⅳ型，W=2 270 cm3。

拉森鋼板樁長度計算:

1)求y值。

根據公式:

其中，Pb為挖土面處板樁墻后的主動土壓力強度值:

其中，k為修正系數，查《建筑施工計算手冊》得k=1.2。2)求x值。

主動土壓力系數:

被動土壓力系數:

k公式:

按簡支梁計算，等值梁的兩點反力(Ra和P0)∑Mc=0。

求得 x=4，Ra=36，P0=47.2。

3)鋼板樁長度。

L=4+1.2 ×5.7=10.84 m，選用12 m 長鋼板樁。

4)選擇板樁的截面積。

先求板樁所受最大彎矩Mmax，最大彎矩處即剪力等于零處。設剪力等于零處距板樁頂為x'，則:

整理得:x'=2.42。

采用Ⅳ型拉森鋼板樁，W=2 270 cm3。

f=Mmax/W=25.7 MPa＜1/2[f]，滿足要求。計算示意圖如圖6所示。

圖6 計算示意圖

3 鋼板樁施工工藝

拉森鋼板樁施工機械選用EX400液壓打樁機械，成樁過程中采用單根逐根打入法實施。在施工中按以下要求實施:

1)本項目采用Ⅳ型12 m長密扣拉森鋼板樁。拉森鋼板樁采用EX400液壓打樁機施打，施打前認真放出準確的支護樁中線;

2)打樁前，對鋼板樁逐根檢查，剔除有缺陷的，將其修整合格后才可使用;

3)鋼板樁施打采用逐根打入法施工，在插打過程中隨時測量監控每塊樁的斜度不超過2%，當偏斜過大不能用拉齊方法調正時，拔起重打;

4)按設計要求將拉森樁施打完畢后，安裝圍檁，形成整體，見圖7。

4 實施效果

4.1 止水效果

拉森鋼板樁外土方卸載完成后，施工中可以觀察到拉森鋼板樁的止水效果良好，如圖8所示。

圖7 拉森鋼板樁實施

4.2 樁體水平變形監測結果

拉森鋼板樁水平位移監測結果如圖9所示。拉森鋼板樁在使用期間，我們定期對拉森鋼板樁的樁頂水平位移進行觀測，發現樁頂水平位移變形量很小，拉森鋼板樁拔除前變形量在2 cm～4 cm，說明拉森鋼板樁在基坑支護中是安全穩定的。

圖8 土方卸載完畢后拉森樁

圖9 拉森鋼板樁變形監測結果

5 結語

施工實際效果證明，拉森鋼板樁圍護具有施工速度快、安全性高、占地空間小、實效性較強等優點，在城市較淺基坑的臨時支護中可根據現場情況采用。

[1] 吳 杰，王海秀.拉森鋼板樁在深基坑支護施工中的應用[J].科技情報開發與經濟，2010，20(21):199-200.

[2] 李光輝.拉森鋼板樁在基坑支護中的應用[J].公路與汽運，2008(1):20-22.

[3] 彭玉來.拉森鋼板樁基坑支護施工[J].安徽水利水電職業技術學院學報，2010，10(4):41-42.

[4] 孫 杰，馬光臣，李永利.拉森鋼板樁在光明港大橋深基坑施工中的應用[J].橋梁工程，2010(28):42-44.

[5] 喬希琳，藍秋文.拉森鋼板樁的推廣應用[J].山西建筑，2009，35(19):50-51.