拉森钢板桩在市政工程基础支护中运用概述

拉森钢板桩在市政工程基础支护中运用概述

董兴然

北京通州投资发展有限公司 北京市 101100

摘要：基础支护施工是工程项目建设的重要环节，是保证基坑四周土体稳定性和施工期间周边建筑物和地下管线不受损害的重要环节，对整个工程项目质量影响重大。拉森钢板桩是一种新型建材，具有强度高、重量轻和寿命长等特点，在我国基坑支护结构施工中应用广泛。本文以北京城市副中心雨污合流管网改造工程（河西片区）为例，系统阐述了拉森钢板桩在市政工程基坑支护中的具体应用。

关键词：支护施工；基坑；拉森钢板桩

引言：近年来，随着我国经济发展和城市现代化建设的推进，市场工程项目逐年增多，尽管国内建筑施工技术不断提高，但城市内市政工程施工周期较长、施工周边建筑物基础结构不一、地下管线复杂等同样对我国市政工程施工提出了新的挑战。拉森钢板桩是我国近年来流行一种新型建材，具有水密性好、强度高和成本低等优势，在施工中可以有效减小对中中断交通的、损害地下管线的影响，在我国市政工程围护结构施工中应用广泛。基于此，本文结合实例工程探讨拉森钢板桩在基础支护施工中的应用，以期为相关从业者提供一定参考。

1拉森钢板桩概述

拉森钢板桩又称U型钢板桩，主要应用于多种工程下的护土结构中，是一种新型建筑材料。世界制上最早的拉森钢板桩源自于上世纪初德国国家主工程师Trygve Larsen制作的U型剖面铆凸互锁的钢制板桩^[1]，国内最早应用拉森钢板桩是在上世纪中旬武汉长江大桥工程中，将U型钢板桩应用在水中桥墩围堰施工中，通过拉森钢板桩互锁结构增加支护结构整体强度^[2]。二十一世纪，随着U型热轧拉森钢板桩租赁服务企业的发展，国内拉森钢板桩被广泛应用于多个领域的工程建设中，像管道铺设、堤防护岸、国家水利和铁路工程等。

拉森钢板桩应用中具有如下优势：不受外界气候因素的影响；对施工空间的要求不高；配合使用的混凝土量减少，环保效果明显；可重复使用，利用效率高；隔水性好、质量轻、强度高；在防洪、塌陷等自然灾害抢险时表现良好；施工便利；使用寿命较长等。

通常情况下，拉森钢板桩在工程建设支护施工中的应用特征如下：

（1）遵循力学原理。拉森钢板作为工程支护结构中的重要组成部分，其应用过程中应保证其所受作用力小于结构极限强度，尤其是反弯节点处的应力，在计算时应将其简化为直梁进行计算，依据拉森钢板桩的最小入土深度进行校核计算^[3]。而且为了避免施工水文地质条件对计算进度的影响，计算期间还应在实际如土深度指标基础上，保留一定的裕度，乘以裕度因子（通常为1.1或1.2）。

（2）有良好的稳定性。支护结构的稳定性检验是支护施工的前提保障，一方面结合实际数据计算最下道支撑下的主动、被动土压力绕支撑点的转动力矩，对比力矩的大小，合理分析局部抗颠覆稳定性^[4]，另一方面通过计算土层圆弧滑动面判断支护结构整体的稳定性，通过这方面的稳定性检验校核确保拉森钢板桩支护结构稳定符合施工要求。

2工程概述

本工程是北京市水环境治理的市政工程，以期实现建成区内污水处理系统全覆盖，有效解决雨污合流和黑臭水体问题。工程全线长25公里左右，重点改造潞苑东路、日新路、怡乐北街、永顺北街、怡乐中街和陈列馆路等11条道路的雨污合流管道网路，其中潞苑北大街至朝阳北路新建1.2km的管径为400mm-600mm的污水管道，共新建管道直径300mm-3000mm的雨水管道11.71km，管道直径为400mm-600mm的污水管道13.23km。

3基坑围护工程条件

（1）工程地质条件

依据现场勘察和人工实验得知，施工场地内土层结构由上至下分别是水泥路面层、杂填土层、软土层、厚淤泥层和粉质粘土风层，其中水泥路面层主要是水泥路和碎石构成，路面厚度为0.3m-0.5m；杂填土层土质复杂、主要是粘性土，土层厚度为3.5m-5m；厚淤泥层厚度为1m左右。

（2）工程水文环境

施工地地下水稳定水位埋深在2.2m-2.8m，地下水位较低，一定程度上降低了基坑支护施工的难度。但整体地区坡度较小、地势平坦，小中 河、中坝河故道及运潮减河周边地区地势低洼，排水条件差。

4支护方案

合理基坑支护类型是支护结构施工的首要工作，本工程施工前依据施工中设计图纸、要求、基坑围护工程条件确定以下四种支护方案：

（1）自然放坡型式

当施工现状具备放坡条件，且基坑深度小于时，支护方案可以采用自然放坡型，

（2）型钢32a（桩间距1.2m）+方木板支护型式

当施工现场不具备放坡条件，且基坑深度介于2m-3.5m之间时，支护方案可以采用型钢32a（桩间距1.2m）+方木板支护型式。孔径320mm，桩孔回填方式为灌砂回填。

（3）型钢36a（桩间距0.8m）+方木板支护型式

当施工现场不具备放坡条件，且基坑深度介于3.5m-5m之间时，支护方案采用型钢36a（桩间距0.8m）+方木板支护型式，孔径按D=360mm考虑；桩孔回填按灌砂回填。

（4）拉森钢板桩支护型式

当施工现场不具备放坡条件，且基坑深度不小于5m时，支护方案采用拉森钢板桩支护型式。结合工程实际要求和条件，拉森钢板桩预成孔，（400x247x14.2x9.2），孔宽250mm；桩孔回填方式为按灌砂回填；根据现场基坑开挖情况反馈，存在挡土板间空隙致基坑侧土（相邻现况管道砂基础）塌落产生的基坑支护位移、路面塌陷，桩孔回填密实度难以保证，考虑全线20%的桩孔注浆量作为施工措施，考虑注浆向周边土体的扩散性，注浆直径按0.6m。

5拉森钢板桩在市政工程基础支护中的施工要点

5.1拉森钢板桩进出场控制

拉森钢板桩进出场控制是拉森钢板桩支护施工的基础，是从源头上保证施工质量的有效行为。通常情况下，钢板桩运送至施工场地后，应严格依据工程技术标准和施工要求检验材料是否合格，挑出不合格材料，对合格才来的缺陷部位进行整修，同时清理锁口内的杂物。例如利用卷扬机拉动标准拉森钢板桩平车，用于检验同规格、同型号钢板桩锁口。拉森钢板桩吊运时，应采用两点吊运法，且每次吊运钢板桩数量不宜过多，同时避免锁口磕碰损伤。拉森钢板桩堆放时应全面考虑到对整体施工的影响，一方面选择堆放在承载性能较好的土地区域内，另一方面按照挺好、规格等分类堆放，各层级应垫枕木，每堆数量不宜超过5根，总高度不宜超过2m。

5.2拉森钢板桩施工工艺流程

拉森钢板桩施工流程如下：（1）依据施工图纸和高程放设定沉桩定位线。施工单位专业测量人员、监理人员和施工现场负责人共同依据施工图纸进行测量放线精准定位轴线，完成钢板桩打桩定位线，同时利用经纬仪和水准仪进行检查，减小定位线误差。（2）依据定位线控设沉桩导向槽。为保证钢板桩的垂直度，施工前依据定位线合理搭设单层双面导向架，以更好地控制钢板桩打桩高程和施工效率^[5]。（3）整修平整、施工机械检查、确定行走道路。打桩机预热实验，保证打桩机处于正常工作状态，同时修整施工场地，避免因场地不变影响施工进度。另外，结合实际施工条件和要求，确定施工行进路线。（4）打桩。合理选择打桩方法，打桩顺序，确保打桩质量符合施工要求，而且注意及时纠正“差桩”。（5）上支撑。依照先撑后挖、先托后拆的顺序进行支撑系统施工，支撑底模应具有一定的强度、刚度和稳定性，混凝土垫层不得用做底模。(6）挖土。挖土深度一般是从设计室外地坪标高处到基础垫层底的距离，即保证挖土深度=基底标高-室内外高差。（7）混凝土施工。在混凝土内配有钢筋，形成整体式钢筋混凝土支护，采用现场浇灌的方法施工，（8）填土。依据施工技术标准和支护结构稳定性要求填土，保证其高度符合要求。（9）拔除钢板桩。

5.3拉森钢板桩打桩

拉森钢板打桩是确板桩墙具有足够强度和防水性能的施工工艺，施工期间还应保证 板桩墙面平直，封闭式板桩墙封闭合拢。为此，施工期间应合理选择打桩方法、打桩机械和划分流水段。

本工程选择“屏风式”打桩法，打桩作业前应实地勘探施工场地，保证钢板桩打桩顺利进行，同时再次检查钢板桩规格和质量，要求无变形和无锈蚀。从施工地一角开始逐一打桩，按照同一方向进行打桩，保证打桩机行进路线段短，提高打桩效率，每一拉森钢板桩打桩时均不能中途停顿，而且为提高打桩和拉森钢板桩拔除效率，可以在桩端口除涂抹油脂，且确保钢板桩倾斜度不超过2%，一旦超出2%，就绪将此桩拔出，重新打入。由于逐一单块打桩的特点，不可避免地会导致钢板桩逐渐倾斜，难以控制板桩墙面平直度^[6]，为此，在实际施工期间可以通过设置导向桩和导向架进行校准，例如打桩前测量人员计算出钢板桩围堰轴线，而后每隔一段距离设置一段导向桩，有条件的施工单位还可以利用经纬仪和水平仪安装导向架。打桩期间还应注意桩顶高程偏差，通常情况下，要求桩顶标高偏差不超过10cm，而且如封闭合拢时出现偏差，应采用异形桩进行纠正。打桩后，需进行密扣和闭水性检查，密扣是提高钢板桩密合效果的操作^[7]，保证挖掘后的土层厚度要多于2m，还可以用废旧轮胎和布料进行辅助密封。闭水性检查是打桩结束后及时修复漏水、渗水等部位，提高钢板桩防水性能。

5.4拉森钢板桩拔除

拉森钢板桩拔除是在基坑回填作业之后，以便应用于下次工程。拔除时应保证拉森钢板桩拔除不会影响原有土地物理力学性能的变化，造成地面沉陷、位移，进而危害周边建筑物、地下管线的使用安全。本次工程中拉森钢板桩拔除方法如下：首先进行预拔除操作，即使用拔桩机控制的钢板桩地面一端头部振动90s左右，松动钢板桩周围土壤，减少土层对桩的摩擦力。其次缓慢向上提拉钢板桩，也可先用振动锤将桩体依次向上拔高1-2m，并轻轻敲打使其彻底松动，然后再依次小心抽拔出。如遇见提拉困难情况，应适当向下击打钢板桩，使之下沉一小短距离，再向上提拉。如此操作也难以拔除钢板桩，则可以采用间歇振动拔除的方法，每振动15min即可尝试向上拔除。值得注意的是，拔除时还应注意拔除顺序，拔除钢板桩顺序最好与打桩时相反

^[8]，而且封闭式撞墙拔除时，拔除起点应离开角桩五根距离以上，必要时，也可采取跳拔方式拔桩。拔除后，可采取灌水震实与夯实法处理钢板桩土孔。

5.5支护施工监测

支护施工监测是对基坑围护结构和周边环境安全性的观测，以便及时发现、解决施工中出现的问题。监测仪器是施工单位现用的经纬仪和水准仪，其中经纬仪用于监测在钢板桩顶不同区域施工标记点的水平位移，包括柱4基础水平位移和沉降，水准仪主要用于监测开挖和钢板桩打桩时过程控制标高和施工沉降。通过监测上述数据可以及时了解施工期间支护结构的稳定性和合理性，进而保证围护结构的安全。通常情况下，沿线每隔5m布设一个监测点，基坑开挖前对监测点进行多次测量，而后随着施工进程合理改变检测频率，开挖期间监测频率宜为2次/t，开挖后监测频率宜为1次/t，如监测到钢板桩出现位移变化，同样要适当增加监测频率。

结论

基坑支护是建筑工程的重要组成部分，将拉森钢板桩应用于支护结构施工中不仅成本低、防水性能好、施工便利，而且还能减少混凝土等建材需求量，实现绿色施工。本文从拉森钢板进出场控制、打桩、拔除、监测等方面详细探讨其在市政工程中的具体应用，结合工程实际来看，拉森钢板桩应用效果较好，可以推广应用至相关市政工程中。

参考文献

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[5] 孔巍, 付晓超, 周冀伟,等. 双层拉森钢板桩围堰在河道基坑施工中的应用技术[J]. 施工技术, 2018, 47(S4):67-71.

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[8] 孔巍, 付晓超, 周冀伟,等. 双层拉森钢板桩围堰在河道基坑施工中的应用技术[J]. 施工技术, 2018, 47(S4):67-71.