谈钢板桩支护施工的运用与实践

郭 虎

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西晋中 030600)

0 引言

近年来，随着国内基础设施的完善以及各类工程的快速发展，钢板桩的施工在诸多结构中都有应用，无论是永久性构筑物方面，还是临时性构筑物方面，特别是市政基础设施的工程中挡水、挡土墙等的建设都在不断地增加。加之钢板桩作为支护结构的一种类型，它具有高强、轻质、隔水性好、使用寿命长、安全性高，对空间要求低、环保效果显著等特点，还具有救灾抢险的功能，再加上施工简单、工期短、可重复使用、建设费用低等等，所以钢板桩的运用相当广泛。下面就以某市市政基础设施工程建设为例做一简单介绍。

1 钢板桩支护的布置

对于雨污水管道沟槽深度5 m＜H≤8 m的基坑，采用钢板桩支护。二部槽开挖前须打钢板桩，根据土质及挖深情况采用不同长度的钢板桩。

钢板桩长度L=入土深5 m+沟槽深+超出二部槽0.5 m，入土深度(设计沟槽标高以下)不小于3 m～5 m。二部槽开挖后要加设钢横撑，纵向间距5 m 1根，便于下管。水平撑设置按沟槽底至槽顶标高的实际情况分别设1道～2道。上道横撑设在沟槽顶下60 cm处，下道横撑设在沟槽中部。横撑应随土方开挖进度随挖随撑。

5 m＜H≤8 m沟槽支护示意图见图1。

图1 5 m＜H≤8 m沟槽支护示意图

2 悬臂式钢板桩计算

根据实际情况采用悬臂式钢板桩插入坑底，由于仅在特殊情况时打设支撑，钢板桩的稳定完全靠坑底以下两边的土压力维持。根据北京市市政工程局编制的《市政工程施工手册》，钢板桩支撑上的土压力计算与挡土墙的计算不同，是近似的或经验性的。

1)悬臂式钢板桩简化计算示意图如图2所示。

2)入土深度计算公式:

其中，Ka为主动土压力系数，Ka=tg(45°－φ/2)=0.33;Kp为被动土压力系数，Kp=tg2(45°+φ/2)=3;K为被动土压力安全系数，取 1.1。

计算所得t=4.9 m。

图2 悬臂式钢板桩简化计算示意图

由式(1)求得钢板桩入土深度t，作为实际入土深度，再增加0.5 m作为超出二部槽高度，则钢板桩总长度为:L=h+t+0.5=5+6.5+0.5=12 m。

3)最大弯矩截面在基坑底深度T0计算，该截面的剪应力为0:

4)土压力计算。

根据朗金理论压力计算:因紧邻建筑物的安全系数为3。

则:Ea=3γh×2Ka/2=3×21×5.53×2×0.45/2=3×52.3=157 kN/m。

其中，γ为墙后土的重度，21 kN/m3;h为计算点距土表面的深度，5.53 m;Ka为主动土压力系数，0.33，在此计算取 0.45。

5)支护结构顶端的水平位移值计算:

其中，δ为悬臂排桩上段结构柔性变形值;Δ为下段结构在最大弯矩作用下产生的转角;θ为下段结构在最大弯矩作用下产生的水平位移。

6)支护排桩选择及挠度验算。

a.挠度验算。

按换算等值荷截计算:

q=［(157/100)× (36+13.6+36)］/2=134.2 kN/m=13 420 kN/cm=13 694 kg/m。

弹性模量E=210 000 kg/cm2;截面惯性矩I=552 cm4;

则其挠度 Fa=(13 694×5.534)/(8×210 000×552)=12 806 511.65/927 360 000=0.014 cm=0.14 mm。

b.由计算可知:采用钢板桩作为本工程的支护结构，能满足现场条件要求，同时能满足支护结构不允许变形的施工要求。

3 支护方法及方式

1)检查井、建筑物及土质差段支护方式。

入土深度取5 m，桩长12 m(9 m)，钢板桩。

2)土质较差段钢板桩支护方法及形式。

入土深度取5 m，桩长12 m，钢板桩。

由于工期紧，任务重，沟槽开挖、支护可根据实际水文地质情况采取多种形式。钢板桩支护可采用LWBV-9(12)m钢板桩、36-C号工字钢、槽钢。具体施工方案如下:

打设和拔除钢板桩采用型号为EX350H钢板桩振动打拔桩机10台，激振力800 kN。钢板桩数量按1个施工段300根考虑，每一施工段基槽两边各设150根，前一施工段施工完毕拔除后，转入下一施工段，依此反复周转使用。

4 钢板桩施工方法

1)钢板桩的调运和堆放。

钢板桩进场前需要检查整理，发现有损伤的随时调整，整理时尽量不使其弯曲变形，避免碰撞，尤其不能碰坏连锁口。钢板桩的调运应注意保护避免受到损伤，每次起吊都采用两点吊，根数不能太多。钢板桩的堆放应放置在经过压实处理后的平坦而坚固的场地上，堆放的位置、方向都应考虑到施工方便，每层间的堆放应垫有枕木，数量不超过5根，高度不超过2 m。

2)钢板桩的打设。

钢板桩打入前将桩尖处的凹槽底口封闭，避免泥土挤入，锁口宜涂以黄油或其他油脂，对锁口变形、锈蚀严重的钢板桩，整修校正。钢板桩的打设采用单桩逐根打入的方法进行施打，开挖一部槽之后，首先测定出钢板桩的轴线及桩位，溜撒白灰线做标志，再间隔一定的距离打设钢板桩作为导向桩，两个桩之间挂线作为导线，然后将1根或2根桩插打至正确位置，打至最终深度，如此重复，单桩逐根逐一地连续打桩，直至最后一根桩打完。打桩时一定要做好钢板桩轴线的控制，先用打桩机吊起钢板桩，就位时人工配合把桩扶正，注意施打时不能垂直施打，桩顶高程不能相差太大。

3)拔桩与桩孔填砂。

原则上土方回填后方可拔桩，钢板桩的拔除采用振动锤，作业前对每个板桩的打入情况都做一详细的检查，以此判断拔桩作业的难易程度。拔除时先用振动锤将钢板桩锁口振活1 s～2 s，以减小周围土对钢板桩的阻力，然后边振边拔。如果遇到比较难以拔出的钢板桩，先用振动锤再振动1 s～2 s，然后将桩再振打0.5 m～1 m，再与振动锤交替振打，然后往上振拔，依次循环反复即可拔桩。拔一根清理一根并及时运走，以保证场地的清洁。钢板桩拔出后应及时回填桩孔;回填桩孔时应采取措施填实。本工程采用中粗砂灌填，冲水助沉。拔出的钢板桩应及时清除土砂，涂以油脂，变形较大的板桩需经过整修调直以后，将完整的板桩及时运出工地，堆置在平整的场地上，还可以重新利用。

5 钢板桩插打的主要施工技术要求及注意事项

1)钢板桩支护施工应采取有效措施控制好桩位、垂直度，本项目采用单根打入法插打钢板桩，桩顶标高±100 mm，轴线偏差±100 mm，垂直度偏差1%。

2)钢板桩的机械性能和尺寸应符合规定要求。

3)施打钢板桩前应设测量观测点，控制施打定位。施打时必须保证钢板桩的位置正确。导向桩打好之后，以槽钢焊接牢固，确保导向桩不晃动，以便打桩时提高精确度。

4)施打过程中，应做好桩位、标高、垂直度等项的控制，应随时检查桩的位置是否正确，对桩位轴线随时检验校正，按照轴线和施工顺序进行打桩施工，桩与桩之间咬合要紧密。标高可以采用目测方式进行控制，保证送桩深度满足设计要求。桩身是否垂直，可采用线坠和目测的方法进行控制，控制在允许偏差的范围以内，否则应立即纠正或拔出重打。

5)钢板桩打入时有挤土现象，拔出时又会将土带出，要注意避免造成板桩位置出现空隙。

6 钢板桩的特点

1)成品制作，可反复使用。

2)施工灵活简便，但施工有噪声。

3)刚度小，变形大，与多道支撑结合，在软弱土层中也可采用。

4)新的时候止水性尚好，如有漏水现象，需增加防水措施。

5)钢板桩强度高，桩与桩之间的连接紧密，隔水效果好。

7 钢板桩的施工中遇到的问题及处理方法

由于地质结构复杂，钢板桩打拔施工中常遇到一些难题，常采用如下几点办法解决:

1)钢板桩杂填土地段挤进过程中遇到石块等侧向挤压作用力大小不同容易发生偏斜，采取以下措施进行纠偏:在发生偏斜位置将钢板桩往上拔1.0 m～2.0 m，再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的块石振碎使其发生位移，让钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜度。

2)钢板桩沿轴线倾斜度较大时，采用异形桩纠正，异形桩一般为上宽下窄和宽度大于或小于标准宽度的板桩，异形桩可根据实际倾斜度进行焊接加工;倾斜度较小时也可以用卷扬机或葫芦和钢索将桩反向拉住再锤打。

8 结语

本文详细地介绍了钢板桩支护的布置、悬臂式钢板桩的计算、支护方法及方式、钢板桩的施工方法，而且还深入地分析了钢板桩的特点、钢板桩插打的施工技术要求及注意事项、施工中遇到的问题、产生原因及处理方法，希望本文对各位同仁有所帮助，同时也期待着钢板桩的施工方法能在实践中不断地进步，以适应工程发展的需要。