拉森钢板桩在软土Ⅳ类场地基坑围护中的应用

□文/渠运国 杨修茂 刘金兴

钢板桩是一种常用围护结构，常用钢板桩墙一般采用普通槽钢正反相扣搭接而成，这种槽钢桩墙整体性差，挡土效能低且不能防渗水，仅作为一种临时性的围护结构而用。拉森钢板桩是一种新型整体性和防水性能优异的钢板桩支护结构形式，主要适用于粘性土、粉土和填土等基坑围护工程中，具有施工快捷、周期短、经济环保等优点。

1 工程概况及地质条件

天津市汉沽地区某住宅小区配有土建变电站，地上、地下各1层，框架结构，平面呈“L”形，基坑矩形平面开挖尺寸20.3 m×12.0 m，开挖深度为4.5 m。

场地属第四系冲积～海积平原，几经海陆变迁沉积了巨厚的沉积物。抗震设防烈度为8度，设计地震分组为第一组，场地土类型属软土，场地类别为Ⅳ类。现已用素填土进行回填，素填土厚度为1.5 m，基坑开挖范围各土层的组成及主要物理力学参数见表1。

表1 各土层主要物理力学参数

场地浅层地下水属潜水类型，地下水的补给以大气降水渗入为主，排泄以蒸发为主。测得地下水稳定水位埋深为0.7～1.0 m。

2 支护方案

2.1 方案比选

结合本工程周边环境、场地地质条件及基坑开挖情况，基坑周边围护可采用重力式水泥搅拌桩、灌注桩加搅拌桩或拉森钢板桩3种支护方案。

1）重力式水泥搅拌桩。围护结构体系为6排格构布置双头水泥搅拌桩，水泥搅拌桩做止水帷幕，帷幕顶设置钢筋混凝土板，水泥搅拌桩桩长为14.50 m，见图1和图2。

图1 重力式水泥搅拌桩平面

图2 重力式水泥搅拌桩剖面

重力式水泥搅拌桩施工方便，坑内可敞开挖土，止水效果较好，是软土地区基坑围护常用形式。对于本基坑工程，考虑基坑开挖范围内软土厚度大，基坑开挖深，水泥搅拌桩挡墙的宽度宽，为满足基坑整体稳定性要求，水泥搅拌桩嵌入坑底的深度大，整个工程造价高；另外，基坑开挖需待水泥搅拌桩达到设计强度后进行，整个工期超过要求。

2）灌注桩加搅拌桩。围护结构体系为单排灌注桩+支撑体系，双头搅拌桩做止水帷幕，灌注桩顶设置帽梁，灌注桩桩长为10.05 m，搅拌桩桩长为10.50 m，见图3和图4。

图3 灌注桩加搅拌桩平面

图4 灌注桩加搅拌桩剖面

灌注桩加搅拌桩施工方便，可敞开挖土，止水效果较好，是软土地区基坑围护常用形式。该方案既能满足土方侧压力的要求，也具有良好的止水效果，但是灌注桩的施工周期较长，灌注桩中的钢筋不可回收利用。同样，基坑开挖需待水泥搅拌桩和灌注桩达到设计强度后进行，整个工期超过要求。

3）拉森钢板桩。围护结构体系为拉森板桩加支撑体系，拉森钢板桩同时兼做止水帷幕，具有防水的作用，钢板桩桩长为12 m，在基坑四角设置降水井，见图5和图6。

图5 拉森钢板桩平面布置

图6 拉森钢板桩结构剖面

采用拉森钢板桩，小止口施工，可起到止水和挡土的双重作用。对于土建变电站这种矩形基坑，在钢板桩上设置支撑后，整个支撑系统受力合理。拉森钢板桩围护结构最大的优点在于其施工工艺成熟，施工方便快捷，可再回收利用，施工工期能满足要求见图7-图8。

图7 拉森钢板桩平面

图8 拉森钢板桩连接

2.2 经济分析

依据天津市造价信息以及支护方案施工图进行造价统计，见表2。

表2 3种基坑支护方案造价对比

由表2可知：

1）拉森钢板桩方案造价最低，重力式水泥搅拌桩支护方案的造价最高，灌注桩加搅拌桩方案造价居中；

2）拉森钢板桩方案造价50.54万元，较灌注桩加搅拌桩方案降低4.77万元（8.62%）；较重力式水泥搅拌桩方案降低6.69万元（11.69%）。

2.3 方案确定

通过受力分析，上述3种支护方案均能满足结构体系强度、整体稳定性≥1.3及抗倾覆稳定性≥1.15的要求。综合方案优缺点、工期的要求以及造价，最终选择拉森钢板桩方案。

3 支护效果

土方开挖过程中，围护结构整体较为稳定，局部变形较设计值偏大，最大位移约81mm，基坑周边地面有明显的裂缝。土建变电站基础施工完成后，基坑基本稳定。

分析基坑开挖过程中的位移变化情况，产生基坑变形过大的主要原因有以下几个方面：

1）基坑土方开挖未按设计要求进行分层开挖，而是一次性挖至坑底，挖土施工速度太快，钢板桩承受土压力变化较大且基坑顶面挖土过程中临时堆土过高，堆土的荷载加大；

2）支撑安装过程中考虑施工方便未对支撑施加预应力，围护钢板桩在一定程度上处于被动受力，钢板桩经过较大变形后受力才趋于稳定；

3）钢围檩安装时，围檩与拉森钢板桩之间存在一定的间隙，现场施工时未能及时将该间隙垫实；

4）拉森钢板桩本身的整体刚度有限，加之钢板桩经过多次循环使用，其抗弯刚度会明显降低，设计时需对其抗弯刚度进行折减。

整个基坑在使用期间，支护结构安全稳定，未发生异常现象，说明拉森钢板桩加钢支撑围护形式在本工程围护的应用中是成功的。

4 结论

1）拉森钢板桩在土建变电站等基坑围护中施工快捷方便且可重复利用，节约钢材。

2）拉森刚板桩的施工周期短，因此适用于对工期要求紧迫的工程。

3）在软土Ⅳ类场地中，拉森钢板桩方案的造价较重力式水泥搅拌桩方案、灌注桩加搅拌桩方案经济。

4）拉森钢板桩实际施工时其变形量较设计值偏大，设计时应考虑实际位移过大因素。

[1]罗志刚.拉森钢板桩管道基槽支护设计与应用[J].广东土木与建筑，2008，（7）：13-15.

[2]江正荣.建筑施工计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.