深基坑拉森钢板桩支护施工方法

董晓泽，隋伟，高飞飞 ，郎志军，李迅，张晓利

（中国建筑第七工程局有限公司， 河南 郑州 450004）

0 引言

拉森钢板桩在施工中有很大的优势，如防水性能好、施工周期短、施工简便、强度大、重量轻等，不会受到环境变化的影响，它能够暂时保持土壤水分，主要施工方式是振击机和打桩机，使拉森钢板桩在地面上不停地下沉，最后在地面上形成一道连续的平面墙。本工程雨污水沟槽土方开挖深度部分段落深度大于5 m，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程，沟槽开挖深度范围的土层主要为杂填土和面砂，地质条件差，同时管道沟槽深度较大，且不同地段管道沟槽底的地质条件不同，需根据不同的形式采用相应的支护方式。因此，采用拉森钢板桩进行支护，但是拉森钢板桩施工技术的应用相对复杂及对专业性要求高，对现场施工的技术要点和质量控制均有较高的要求，必须充分掌握拉森钢板桩施工技术的应用要点。

1 工程概况

哈尔滨是中国纬度较高、气温较低的大城市，本工程位于黑龙江省哈尔滨市松北区，东至松浦大道，南至松花江，西至滨州铁路线，北至中源大道。规划139路（中源大道-规划164路），支护长度为1 380 m，规划140路，支护长度为983 m，包含完成道路、管线及附属配套工程项目施工图纸及工程量清单范围内包括项目实施、竣工验收、交付使用至后期，管线位于道路中心东侧6.5 m处敷设，施工现场周围地块均已被区政府收储，部分地块正在开发建设中，施工过程中需要协调问题较多，本工程雨污水沟槽土方开挖深度部分段落深度大于5 m，并采用拉森钢板桩进行支护，它主要通过支护墙体发挥挡水挡土作用，通过支撑反力等外荷载来维持支护体系的平衡，在我国深基坑的施工过程中发挥着重要作用。

2 拉森钢板桩支护的施工方法与工艺要求

2.1 工艺流程

雨污水管道支护施工工艺流程：测量放样→清表→钢板桩施工→管井降水→沟槽开挖→雨污水管道基础施工→管道安装→检查井施工→闭水试验→沟槽回填→拔除钢板桩。

2.2 测量放样

按报批后的导线点，准确放样定出道路红线及雨污水管道相邻井室的位置及井室之间的管道敷设中线，根据设计开挖深度及地质情况进行边坡控制。基础宽度加工作面宽度为开挖宽度，并用白灰做好标记，便于开挖。清除道路红线范围内的全部建筑垃圾，机动车车道范围内所有的杂填土、种植土、耕土及不适合当作路基持力层的土等。

2.3 钢板桩施工

2.3.1 支护、支撑结构选型

（1）管道沟槽支护形式一。本工程根据沟槽开挖深度，对于沟槽深度H＜4.5 m处采用1∶0.33放坡开挖的方式进行施工。

（2）管道沟槽支护形式二。沟槽深度4.5 m≤H≤ 6.0 m，采用9 m长的“Ⅳ”形拉森钢板桩加一道内支撑进行沟槽支护，钢板桩之间采用400 mm×400 mm× 13 mm×21 mm 的“H”形钢腰梁进行连接，支撑采用400 mm× 400 mm×13 mm×21 mm的 “H”形钢支撑，支撑距自然地面清除杂填土后标高下0.5 m处。

（3）管道沟槽支护方式三。沟槽深度为6.0 m＜H≤8.0 m，钢板桩之间采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm的“H”形钢腰梁进行连接，支撑采用400 mm×400 mm× 13 mm×21 mm的“H”形钢支撑，采用12 m长的“Ⅳ”形拉森钢板桩加两道内支撑进行沟槽支护，第一道支撑距自然地面清除杂填土后标高下0.5 m处，第二道支撑在沟槽基底以上3.8 m处（见图1）。

图1 沟槽支护剖面图（尺寸单位：mm；高程单位：m）

2.3.2 本工程投入的拉森钢板桩的参数

经过对比，本工程投入的拉森钢板桩采用“Ⅳ”形拉森钢板桩，高170 mm、宽400 mm、厚15.5 mm，截面面积为242.5 cm2/m，理论重量为76.1 kg/m，拉森钢板桩之间用400 mm×400 mm×13 mm×21 的“H”形钢围檩进行连接，围檩与每根拉森钢板桩之间空隙需打入木楔抵紧。管道两侧1.5 m处通过H型钢斜撑进行加固，管道两侧通过“H”形钢支撑进行加固，围檩、钢支撑、斜撑均为“H”形钢，尺寸为高400 mm，宽400 mm，腹板厚13 mm，翼板厚21 mm，理论重量为172 kg/m，截面面积为219.5 mm2，管道安装需调整对撑间距并及时回顶。

2.3.3 钢板桩支护施工工艺及施工程序

2.3.3.1 前期准备工作

首先，施工单位和相关施工技术人员要严格按照项目的实际要求，充分了解掌握施工内容和场地环境等问题，对地质和周边环境进行实地勘察，因地制宜地制定科学合理的技术路线，同时要清楚地了解地下管线的分布和走向，制定出因地制宜、安全可行的施工方案和施工图纸，对于可能出现的问题要全方位、多角度进行分析、预判，做好相应的应对措施；其次，施工单位在施工过程中所使用到的材料和设备要进行质量和安全性的检查工作，对于存在问题的材料和设备要及时地更换与维修；最后，施工单位需要在施工前对施工现场及周围环境进行清理和安装警戒设备，保障施工如期、安全进行，将对周围人民生活的影响降到最低（如图2）。

图2 钢板桩施工步骤

2.3.3.2 钢板桩施打

①振锤。在进行钢板桩的施打时，施工人员可以通过振锤完成作业，能减少对地下管线或已有的建筑带来的损害。施工人员只有先做好支护桩中线的测量工作才能进行钢板桩的施打。钢板桩作业较为隐蔽，每一根钢板桩的质量都必须得到保证，因此相关检测人员必须反复检验钢板桩的质量，做好质量检查工作。同时，要在钢板桩的施打之前将油脂涂抹在锁口内部，为之后的工作带来便利。②控制桩身的倾斜角度。施工人员在进行钢板桩的施打时，要合理控制桩身的倾斜程度，在合理的范围内进行施打，如果角度出现偏差要及时调整，偏差过大则需要重新施打，才能保证钢板桩的质量安全。③利用屏风式施打方式。施工人员在施打时可以采用屏风式施打方式，避免钢板桩出现完全倾斜等现象，保证施打的精准程度。屏风式施打方式将钢板桩打入导架内部，再通过导架和桩构成屏风形状，再进行施打作业，施打时可以先将屏风两端的钢板桩进行施打，保证其垂直度，再利用电焊方式确保其稳固，如果钢板桩两端打设好的桩出现了逆向倾斜，工作人员应正向顺序施打，反之则采取逆向施打，如果屏风两端钢板桩垂直角度适当，施工人员可以通过往复顺序进行施打工作。此外，施工单位还可以安排专门的人员进行定期检查，确保钢板桩的质量安全［1］。

2.3.3.3 钢围檩安装

使用25 t吊车占于距基坑大于3 m位置，进行钢围檩的安装工作，现场设置吊装指挥人员要认真检查吊具，不得使用损坏和存在安全隐患的吊具，吊点与吊具间连接牢靠，指挥人员指挥时要慢吊缓放，指挥口令清晰，动作准确标准。托架安装完毕后，随即进行围檩安装，一般采用吊车进行围檩吊装，围檩先安放在托架上，施工人员调整钢围檩与桩结构密合。钢支撑架设与基坑开挖是深基坑施工密不可分的两道关键工序，钢支撑架设的时间、位置直接关系到深基坑的稳定性，钢支撑架设必须满足设计要求，基坑土石方开挖至支撑下0.5 m时，应及时架设支撑，使围护结构提前接受支撑反力的作用，钢支撑的架设采用人工配合履带吊进行安装，施工中保证钢支撑与围护结构垂直。钢围檩分节逐段吊装，人工配合吊机将钢围檩安放于钢牛腿上，钢围檩上部采用拉筋将其与围护桩拉结，钢围檩之间连接钢板应焊接牢固，焊接完后应检查有无漏焊虚焊现象，围檩背后空隙需用钢板填充紧密。

2.3.3.4 钢牛腿施工

根据支撑设计的底标高和位置进行开挖，严格控制开挖深度，不得超挖，围檩和支撑位置露出后，由测量人员测放围檩标高，焊接安装围檩托架，钢牛腿采用1根20#槽钢拼接拼焊成，焊后的钢牛腿应保证两直角边相互垂直，并有足够的稳定性，不得出现歪扭等现象。

2.3.3.5 支护方案设计

支护方案设计需要考虑挖深、地质、地理环境等相关因素，以便于施工、安全可靠、技术可行、经济合理为支护方案选定的基本原则。与他支护形式比较 ，拉森钢板桩优势更明显：①系统材料具有复杂性特征，工序简单，施工简便，容易控制质量。应用钢板桩材料会对材料复杂性特征简化。②工期明显缩短，同时能够提高施工质量。③可实现止水、挡土支护功效，具有较好的止水效果。④环保效果明显，进而会使得混凝土与土量明显减少，可达到土地资源保护的目的。⑤钢板桩应用不会受到恶劣环境的影响，应用价值较高。⑥应用拉森钢板桩，对空间要求相对较低。但是值得注意以下几个方面：其一，过黏、过硬土质会造成钢板桩很难拔出或打入。其二，深坑或大坑需要型钢加强做组合桩，或加强支撑力度。其三，无法应用较近基坑周边建筑物时，会大范围振动钢板桩，影响周边建筑物安全。

2.3.3.6 支撑体系安装施工要点

首先，支撑的安装与土方施工紧密结合，在土方挖到设计标高的区段内，及时安装支撑，每处工况挖土及钢支撑的安装时间不得超过8 h，按时限施加支撑预应力，还要严格控制支撑端部的中心位置且与支护结构面垂直，接触位置应平整，使之受力均匀［2］。其次，横撑按每节长度进行分节，同时配备部分长度不同的短钢，所有支撑连接处，均垫紧贴密，在架设之前，要对每道支撑两端的受力点准确定位，并在现场明确标示。钢支撑与围护桩正交，斜撑和角撑要确保剪力块角度与斜置角度一致。最后，钢支撑位置标高允许偏差30 mm，水平位置允许偏差30 mm，支撑的挠曲度不大于支撑长度的1/1 000，支撑端面与轴线垂直偏差控制在1.5 mm以内，钢支撑的轴线偏心不大于20 mm。支撑安装完毕后，应及时检查各节点的连接状况，钢支撑两端应有可靠的支托或吊挂措施，严防因维护结构变形或施工撞击而产生脱落事故。

2.3.3.7 钢支撑安装及防坠落措施

基坑开挖应遵循“开槽支撑、先撑后挖”的原则，钢支撑安装时间不得超过16~20 h，钢支撑、钢围檩应严格按照设计图纸规定的规格、尺寸加工，并在安装使用前按《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205）规定进行检测，钢支撑安装前，施工单位应对三角托架和钢支撑支托的焊缝，按《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205）的规定进行检测，钢支撑防坠落措施用的钢丝绳必须套在钢支撑端头处，严禁将钢丝绳套在钢支撑活动端的活络头上［3］。

2.3.3.8 拔桩

在进行拔桩操作时，一定要严格按照设计方案中的内容进行合理的拆除，严格遵循主要的拆除顺序，在拆除完成后要马上进行基坑的回填工作，并且指派专业人员负责现场的监督及管理，将安全意识落实到不同工作环节中，避免出现沉降和坍塌的问题，逐渐提高现场的施工水平，在拔桩结束之后，其中的材料要进行妥善的处理，例如在现场中设置相对应的材料堆放区域之后，再对桩孔进行灌浆操作，避免对结构功能造成一定的影响。监理人员在实际工作中要做好全过程的监督及管理，落实精细化的原则，提高整体的监理效果。

3 拉森钢板桩技术的社会效益与经济效益

3.1 社会效益

拉森钢板桩能够向地下直接打入，振动捶打桩设备、履带吊装设备在该过程均发挥作用，可以在短时间内形成封闭的围护体系，且不会被龄期所限制，大大缩短了工期。与此同时，所产生的废弃物、废气量极少，资源消耗减少，对环境保护具有十分重要的意义。

3.2 经济效益

围护选用超长拉森钢板桩，具有止水、挡土效果，能够实现“一桩两用”的效果，同时能够提高地下施工质量，拔出桩后能够再次使用，可实现资源循环目的，具有环保、节能功效，较之水帷幕支护、传统的灌注排桩方式，该方式能够降低支护造价，经济效益较高。

4 结语

综上所述，雨污水管网改造工程深基坑支护中应用拉森钢板桩的优势与效果是值得肯定的，整个施工过程相对简单，而且成本较低，值得大力推广应用。后续要在拉森钢板桩施工技术的应用方面加大研究力度，重点明确各个施工步骤的要点和难点，并掌握更多施工质量控制的方法，力求发挥出拉森钢板桩的最大效能，使其广泛应用于雨污水管网改造工程深基坑支护施工。