拉森鋼板樁在跨高旺河橋梁深基坑施工中的應用

中鐵上海工程局華海工程有限公司 上海 201101

摘要：以南京市寧和城際軌道交通跨高旺河橋梁水下低樁承臺深基坑支護為工程實例，分析了拉森鋼板樁在深基坑支護工程中的施工工藝、圍檁與支撐安裝方法、鋼板樁施工中的注意事項等。并通過對深基坑支護體系的穩定性監測，驗證了拉森鋼板樁施工技術的合理性，符合深基坑對穩定性的要求，對深基坑支護技術的發展具有重要的指導意義。

關鍵詞：深基坑支護；拉森鋼板樁；圍檁；穩定性

0引言

隨著橋梁跨度逐漸增大，對橋梁基礎的穩定性提出了更高的要求，而拉森鋼板樁深基坑支護技術可以滿足橋梁樁基礎施工中邊坡的穩定性。拉森樁鋼板是一種專門的型鋼板樁，在基坑挖土施工前，用振動錘或打樁機將鋼板樁按照預定的位置打入地下，而形成一道堅固的墻體，確保深基坑挖土施工過程中坑壁土體的穩定性。研究發現，鋼板樁結構具有剛度大、強度高、質量輕、水密封性強、鎖扣緊密、施工速度快、可重復使用等特點，因此它廣泛應用在市政工程、民用建筑、商業建筑等深基坑的支護工程中，為深基坑的安全施工提供了保障。

1工程概述

高旺河橋位于江蘇省南京市，跨高旺河橋梁為一聯42+60+40m雙線變寬連續梁，包含SZY108～SZY111號4個墩，里程范圍為DK25+661.982～DK25+803.982，本方案涉及SZY109～SZY109兩個水中橋墩，墩高11m。

跨河處河道寬80～135m，上游段河寬60m，跨越處河道寬約90m，河道水流方向與橋軸線法向交角約23°。河道左岸現狀堤防堤頂高程12.37m，堤頂寬5～7m；迎水坡坡比1：3，背水坡坡比1：2～1：3，背水坡設有l0m寬平臺，高程為l0m。右岸現狀設有擋浪墻，堤頂高程11.94m。墻頂高程12.3m，堤頂寬6～7m，迎水坡坡比1：3，背水坡坡比1：2.5。兩岸迎水坡坡腳為現澆混凝土護坡，護坡高程6.0～9.6m。

本工程中跨高旺河橋梁主墩位于河道迎水面坡腳，順水流方向布置，橋墩采用圓端形截面，主墩承臺頂位于現狀河床面以下。左岸邊橋墩位于背水坡平臺上，右岸邊橋墩位于背水坡坡腳。

2高旺河橋梁工程地質條件

2.1地質條件

承臺場地地質特征：地表層為回填土，填土中夾有少量碎石；以下有較薄的淤泥層、粉質粘土，其具有中等壓縮性，工程地質性能較差；粉土粉砂礦物，其成份以石英、長石為主，云母及貝殼碎片，級配較差，具有水平層理，單層厚度約2 ～ 8mm的淤泥質粉質黏土薄層；粉質黏土，局部部位黏土處于可塑狀態，土質顆粒不均，略具水平層理，夾單層厚度約1～5mm的粉砂薄層（占比約5～10%），存在少量腐蝕植物；細砂，飽和，中密，普遍分布，礦物成分以石英、長石為主，見云母及貝殼碎片，級配一般，偶見腐蝕植物，其工程地質性能較好。

2.2地下水概況

工程場區地下水按其埋藏條件可分為三種類型：

潛水：主要賦存于上部①-2填土及②-1b3黏性土中，接受大氣降水和地面排水的垂直下滲補給，以蒸發、側向徑流為主要排泄方式，水量一般較小。

承壓水：主要賦存于上部黏性土以下的砂類土（②-2d3粉砂、②-3d3粉砂、②-3d2細砂、②-3d1細砂、②-4d1中粗砂及②-4e1圓礫層）中，具有弱承壓性質，承壓水與長江存在水力聯系，其水位主要受長江水位影響。

裂隙水：主要賦存于基巖破碎帶及裂隙較發育的地段，由于場區基巖裂隙為密閉型或被充填，因此其富水性一般較差。

3拉森鋼板樁深基坑支護方案的設計

3.1拉森鋼板樁計算理論知識

深基坑拉森鋼板樁計算理論有很多種，在此以古典的鋼樁板計算理論為例做一個介紹。即在土壓力已知的情況下不考慮樁體的變形，用靜力平衡法來計算求解樁身的彎矩和剪力，從而運用結構設計原理的知識對樁進行配筋計算以及對基坑橫撐進行穩定性驗算。

（1）靜止土壓力

靜止土壓力是墻靜止不動，墻后土體處于彈性平衡狀態時作用于墻背的側向壓力。根據彈性半無限體的應力和變形理論，z深度處的靜止土壓力為

一般土的泊松比值，砂土可取0.2～0.25，黏性土可取0.25～0.40，其相應的K0值在0.25～0.67之間。對于理想剛體ν=0，K0=0；對于液體ν=0.5，K0=1。

由式（2-1）可知，在均質土中，靜止土壓力與計算深度呈三角形分布，對于高度為H的擋墻而言，取單位墻長，則作用在墻上靜止土壓力的合力值E0為

（2）被動土壓力

當墻在外力作用下擠壓土體時，填土中任一點的豎向應力σz=γz仍不變，而水平向應力卻由小到大逐漸增大，直至土體處于被動朗肯狀態時。這時作用在墻面上的水平應力為最大限值Pp，即大主應力σ1，而此時的豎向應力為最小的應力，即σ3，可得被動土壓力強度計算公式：

由上式可知，黏性土的被動土壓力的大小，隨土體的高度的不斷增加形成梯形分布。單位墻長被動土壓力合力為：

以上介紹的朗肯土壓力理論計算公式簡單，使用方便。但由于在推導過程中的條件假定和簡化，使該理論使用范圍受限。此外，由于朗肯理論忽略了墻背和填土之間的摩擦作用，從而使計算的主動土壓力偏大，被動土壓力偏小。

3.2跨高旺河橋梁深基坑拉森支護設計方案

鋼板樁打入位置在承臺尺寸外擴1m，圍成平面尺寸為14.4m×10.4m，平面尺寸與鋼便橋間距1.5m；鋼板樁選用SP-Ⅳ型拉森鋼板樁，樁長12m，寬度400mm，高度170mm，厚度15.5mm，在打入鋼板樁時，其入土深度要大于基坑底面高程5m；在鋼板樁打入完畢后，挖除基坑內土體至承臺頂標高，且在并在鋼板樁頂以下0.5米處和3.1m處設置兩道鋼圍檁，鋼圍檁采用雙拼H300×300mm型鋼。同時，在鋼圍檁上安裝兩道直撐，兩道直撐間距7.2米（距離墩柱凈間距50cm），四個角設置角撐，鋼支撐采用Φ325mm鋼管（壁厚10mm，材料Q235）；此外，為了平衡堤壩側和河道側的鋼板樁受力，在河道側板樁外側設置一道H300×300mm型鋼圍檁，圍檁距樁頂0.5m，圍檁與施工平臺的4根鋼管樁之間、平臺下方兩排管樁之間均設置4道H300×300mm型鋼支撐。具體如圖2所示。

4拉森鋼板樁深基坑支護施工技術

研究發現，拉森鋼板樁深基坑施工總體流程為：施工準備→填土至水面標高以上50cm→測量定位→導向樁制作→打鋼板樁→挖土至承臺頂標高→鋼圍檁及支撐安裝→挖土至承臺底標高→承臺鋼筋、砼施工→回填土至承臺頂標高→墩柱施工→拆除圍檁及支撐→回填土→拔除鋼板樁。

4.1鋼板樁施工

（1）鋼板樁的檢驗、吊裝、堆放

1）鋼板樁檢驗

在吊運鋼板樁前，首先要確保鋼板樁的質量滿足設計要求。而鋼板樁的檢驗主要分為外觀檢驗與材質檢驗。

在鋼板樁外觀檢驗中要確保鋼板樁的表面無缺陷、尺寸滿足設計要求、鎖口形狀符合要求等。在檢查時應注意以下幾點：第一，檢查鋼板樁表面是否有嚴重銹蝕，若局部有嚴重銹蝕，應嚴謹使用；第二，檢查鋼板樁表面是否有影響打入的部件，若有應予以割掉；第三，若鋼板樁局部表面缺損嚴重，應予以補強。

在鋼板樁材質檢驗中，主要檢驗其強度、剛度是否滿足深基坑支護的穩定性，采取對鋼板樁進行抽樣檢驗其拉伸、彎曲性能。

2）鋼板樁吊運

在鋼板樁施工以前，需要將鋼板樁由物料堆放處調運到基坑周邊，而裝卸鋼板樁采用兩點平衡吊運方式，同時，在吊運鋼板樁時，每次吊運數量不宜太多，且在吊裝固定好后，先進行試吊，將鋼板樁吊離地面0.5m，穩定一段時間，若無吊扣松動問題，則可進行安全吊運。吊運鋼板樁分單根吊運與整捆吊運兩種。而單根吊運采用專用吊具，整捆吊運采用鋼索工具。

3）鋼板樁堆放

在鋼板樁吊運到基坑附近時，需要將鋼板樁堆放在地表較穩定的場地上，確保在堆放鋼板樁的過程中地表不出現沉降問題，并不阻礙其他工序的正常施工。在鋼板樁堆放中，應注意以下幾點：第一，鋼板樁堆放應根據打入的順序合理堆放，其位置不影響后續工序的正常進行；第二，鋼板樁需要按照規格型號進行分類堆放，并對不同類型進行貼標簽，以方便識別；第三，在底層應鋪墊防潮塑料紙，分層堆放，每層數量一致，且每層鋼板樁之間需要放置間距為3.5m的墊枕木，每層墊木應放置在同一垂直線上，總的堆放高度不宜超過2m。

（2）鋼板樁施打

鋼板樁的打入是拉森鋼板樁深基坑支護技術的關鍵工序，可以確保基坑側壁的穩定性與止水性，因此需要加強對鋼板樁的打入施工操作。在打入鋼板樁時需要注意以下幾點：第一，在打入鋼板樁前，需要準確定位樁中心，確保鋼板樁之間緊密連接；第二，在打入鋼板樁前，需要在鋼板樁的鎖口內均勻涂油，減少拔出鋼板樁的阻力；第三，在打入鋼板樁過程中實時監測樁的垂直度，若發現垂直度大于2%時，則需要拔出重新打樁；第四，在打入時，按照順序逐一打入鋼板樁，密扣且保證開挖后入土不小于2 米，保證鋼板樁順利合攏；特別是承臺的四個角要使用轉角鋼板樁；第五，打入完畢后，需要檢查鋼板樁墻體的止水性能，若發現漏水部位需要及時進行修補。

4.2土方開挖與圍檁支撐制作安裝

（1）土方開挖

鋼板樁打入完畢后，需要采用明挖法挖除內部的土體，土體開挖的施工流程如下：開挖表層土→安裝第一道圍檁及支撐→開挖第二層土→安裝第二道圍檁及支撐→開挖第三層土→安裝第三道圍檁及臨時支撐→開挖至承臺墊層底標高→澆筑封底混凝土→拆除臨時支撐→施作承臺。在挖土過程中需要注意嚴禁超挖，在機械挖土到距離底部30cm時，采用人工開挖，并修整基底。

（2）圍檁及支撐安裝

為了確保鋼板樁的穩定性，需要在鋼板樁頂以下0.5m、3.1m處分別設置雙拼H300×300mm圍檁。在鋼板樁上測出統一的標高線，用鋼牛腿支撐圍檁結構，牛腿間距1.5m，將在地面拼裝好的鋼圍檁吊裝到鋼牛腿上，并焊接牢固。若圍檁安裝結束后，與拉森樁之間有較大間隙，需要采用鋼件支墊填充間隙。

每層鋼圍檁上安裝兩道支撐，支撐間距7.17米，且需要在四個角設置角撐，鋼支撐采用Φ325mm鋼管（壁厚10mm，材料Q235），并施加預壓力至1000kN。

圍檁和支撐安裝完畢后開挖土方至承臺底標高，土方開挖采用人工配合長臂挖機進行，開挖過程中嚴禁挖機觸碰鋼支撐和鋼圍檁。當開挖第三層土方后，在第二道支撐以下2.6米處安裝一道鋼圍檁和臨時支撐，圍檁和支撐型式與第一、二道一致。臨時支撐安裝完畢后開挖至基底并澆筑30cmC20封底混凝土

4.3拔除樁施工方法

在基坑回填土穩定以后，需要拔除鋼板樁。在拔除鋼板樁施工以前，需要根據工程場地特點選取合適的拔樁方法、時間，在拔樁過程中觀察場地的穩定狀態，若發現問題立即停止，并及時回填壓實拔樁后留下的樁孔。

（1）拔樁方法

在高旺河橋梁深基坑鋼板樁拔除工程中，采用的振動錘機械設備，其利用設備振動過程中產生的強迫振動，使土體發生擾動，從而破壞了鋼板樁與土體之間的摩擦粘聚力，再依靠設備的起吊力拔除鋼板樁。

（2）拔樁時應注意事項

在拔出鋼板樁施工過程中，需要注意以下兩點：第一，拔樁起點與角樁的距離應大于5根鋼板樁，拔樁順序與打樁順序相反；第二，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，若遇到拔阻力較大的鋼板樁，采用間歇振動的方法，每次振動 15min，振動錘連續不超過1.5h。

4.4基坑支護監測

為了確保基坑施工的順利開展，需要在基坑開挖與鋼板樁施工期間定期對鋼板樁的沉降位移量與應力進行監測，及時掌握基坑側壁變形狀態，確保基坑的穩定。

在開挖土方前，在基坑四周埋設監測點和基準點，并觀測一次。土方開挖初期，觀測時間間隔不宜超過2次/1天，在開挖第一層時位移較小，在開挖第二層時（基坑分2次開挖）位移較大，開挖完畢后鋼板樁基本處于穩定狀態，在連續降雨的時候鋼板樁可能略有位移，直到基坑回填完畢。

監測報警值應由監測項目的累計變化量和變化速率值共同控制，基坑監測報警值按表1執行。

從表2監測到的水平位移與豎向位移均小于表1中的監測報警值，則驗證了拉森鋼板樁支護技術的可行性。

5結束語

綜上所述，通過對拉森鋼板樁深基坑支護技術的研究，發現鋼板樁結構具有剛度大、強度高、施工速度快、可重復使用等特點，滿足高旺河橋梁深基坑支護穩定性要求，驗證了拉森鋼板樁支護技術的可行性，為深基坑支護施工技術的可持續發展提供了推動力。

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