方超
中铁上海工程局华海工程有限公司 上海 201101
摘要：以南京市宁和城际轨道交通跨高旺河桥梁水下低桩承台深基坑支护为工程实例，分析了拉森钢板桩在深基坑支护工程中的施工工艺、围檩与支撑安装方法、钢板桩施工中的注意事项等。并通过对深基坑支护体系的稳定性监测，验证了拉森钢板桩施工技术的合理性，符合深基坑对稳定性的要求，对深基坑支护技术的发展具有重要的指导意义。
关键词：深基坑支护；拉森钢板桩；围檩；稳定性
0引言
随着桥梁跨度逐渐增大，对桥梁基础的稳定性提出了更高的要求，而拉森钢板桩深基坑支护技术可以满足桥梁桩基础施工中边坡的稳定性。拉森桩钢板是一种专门的型钢板桩，在基坑挖土施工前，用振动锤或打桩机将钢板桩按照预定的位置打入地下，而形成一道坚固的墙体，确保深基坑挖土施工过程中坑壁土体的稳定性。研究发现，钢板桩结构具有刚度大、强度高、质量轻、水密封性强、锁扣紧密、施工速度快、可重复使用等特点，因此它广泛应用在市政工程、民用建筑、商业建筑等深基坑的支护工程中，为深基坑的安全施工提供了保障。
1工程概述
高旺河桥位于江苏省南京市，跨高旺河桥梁为一联42+60+40m双线变宽连续梁，包含SZY108～SZY111号4个墩，里程范围为DK25+661.982～DK25+803.982，本方案涉及SZY109~SZY109两个水中桥墩，墩高11m。
跨河处河道宽80～135m，上游段河宽60m，跨越处河道宽约90m，河道水流方向与桥轴线法向交角约23°。河道左岸现状堤防堤顶高程12.37m，堤顶宽5～7m；迎水坡坡比1：3，背水坡坡比1：2～1：3，背水坡设有l0m宽平台，高程为l0m。右岸现状设有挡浪墙，堤顶高程11.94m。墙顶高程12.3m，堤顶宽6～7m，迎水坡坡比1：3，背水坡坡比1：2.5。两岸迎水坡坡脚为现浇混凝土护坡，护坡高程6.0～9.6m。
本工程中跨高旺河桥梁主墩位于河道迎水面坡脚，顺水流方向布置，桥墩采用圆端形截面，主墩承台顶位于现状河床面以下。左岸边桥墩位于背水坡平台上，右岸边桥墩位于背水坡坡脚。
2高旺河桥梁工程地质条件
2.1地质条件
承台场地地质特征：地表层为回填土，填土中夹有少量碎石；以下有较薄的淤泥层、粉质粘土，其具有中等压缩性，工程地质性能较差；粉土粉砂矿物，其成份以石英、长石为主，云母及贝壳碎片，级配较差，具有水平层理，单层厚度约2 ~ 8mm的淤泥质粉质黏土薄层；粉质黏土，局部部位黏土处于可塑状态，土质颗粒不均，略具水平层理，夹单层厚度约1~5mm的粉砂薄层（占比约5~10%），存在少量腐蚀植物；细砂，饱和，中密，普遍分布，矿物成分以石英、长石为主，见云母及贝壳碎片，级配一般，偶见腐蚀植物，其工程地质性能较好。
2.2地下水概况
工程场区地下水按其埋藏条件可分为三种类型：
潜水：主要赋存于上部①-2填土及②-1b3黏性土中，接受大气降水和地面排水的垂直下渗补给，以蒸发、侧向径流为主要排泄方式，水量一般较小。
承压水：主要赋存于上部黏性土以下的砂类土（②-2d3粉砂、②-3d3粉砂、②-3d2细砂、②-3d1细砂、②-4d1中粗砂及②-4e1圆砾层）中，具有弱承压性质，承压水与长江存在水力联系，其水位主要受长江水位影响。
裂隙水：主要赋存于基岩破碎带及裂隙较发育的地段，由于场区基岩裂隙为密闭型或被充填，因此其富水性一般较差。
3拉森钢板桩深基坑支护方案的设计
3.1拉森钢板桩计算理论知识
深基坑拉森钢板桩计算理论有很多种，在此以古典的钢桩板计算理论为例做一个介绍。即在土压力已知的情况下不考虑桩体的变形，用静力平衡法来计算求解桩身的弯矩和剪力，从而运用结构设计原理的知识对桩进行配筋计算以及对基坑横撑进行稳定性验算。
（1）静止土压力
静止土压力是墙静止不动，墙后土体处于弹性平衡状态时作用于墙背的侧向压力。根据弹性半无限体的应力和变形理论，z深度处的静止土压力为
以上介绍的朗肯土压力理论计算公式简单，使用方便。但由于在推导过程中的条件假定和简化，使该理论使用范围受限。此外，由于朗肯理论忽略了墙背和填土之间的摩擦作用，从而使计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小。
3.2跨高旺河桥梁深基坑拉森支护设计方案
钢板桩打入位置在承台尺寸外扩1m，围成平面尺寸为14.4m×10.4m，平面尺寸与钢便桥间距1.5m；钢板桩选用SP-Ⅳ型拉森钢板桩，桩长12m，宽度400mm，高度170mm，厚度15.5mm，在打入钢板桩时，其入土深度要大于基坑底面高程5m；在钢板桩打入完毕后，挖除基坑内土体至承台顶标高，且在并在钢板桩顶以下0.5米处和3.1m处设置两道钢围檩，钢围檩采用双拼H300×300mm型钢。同时，在钢围檩上安装两道直撑，两道直撑间距7.2米（距离墩柱净间距50cm），四个角设置角撑，钢支撑采用Φ325mm钢管（壁厚10mm，材料Q235）；此外，为了平衡堤坝侧和河道侧的钢板桩受力，在河道侧板桩外侧设置一道H300×300mm型钢围檩，围檩距桩顶0.5m，围檩与施工平台的4根钢管桩之间、平台下方两排管桩之间均设置4道H300×300mm型钢支撑。具体如图2所示。
以上介绍的朗肯土压力理论计算公式简单，使用方便。但由于在推导过程中的条件假定和简化，使该理论使用范围受限。此外，由于朗肯理论忽略了墙背和填土之间的摩擦作用，从而使计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小。
3.2跨高旺河桥梁深基坑拉森支护设计方案
钢板桩打入位置在承台尺寸外扩1m，围成平面尺寸为14.4m×10.4m，平面尺寸与钢便桥间距1.5m；钢板桩选用SP-Ⅳ型拉森钢板桩，桩长12m，宽度400mm，高度170mm，厚度15.5mm，在打入钢板桩时，其入土深度要大于基坑底面高程5m；在钢板桩打入完毕后，挖除基坑内土体至承台顶标高，且在并在钢板桩顶以下0.5米处和3.1m处设置两道钢围檩，钢围檩采用双拼H300×300mm型钢。同时，在钢围檩上安装两道直撑，两道直撑间距7.2米（距离墩柱净间距50cm），四个角设置角撑，钢支撑采用Φ325mm钢管（壁厚10mm，材料Q235）；此外，为了平衡堤坝侧和河道侧的钢板桩受力，在河道侧板桩外侧设置一道H300×300mm型钢围檩，围檩距桩顶0.5m，围檩与施工平台的4根钢管桩之间、平台下方两排管桩之间均设置4道H300×300mm型钢支撑。具体如图2所示。
→钢围檩及支撑安装→挖土至承台底标高→承台钢筋、砼施工→回填土至承台顶标高→墩柱施工→拆除围檩及支撑→回填土→拔除钢板桩。
4.1钢板桩施工
（1）钢板桩的检验、吊装、堆放
1）钢板桩检验
在吊运钢板桩前，首先要确保钢板桩的质量满足设计要求。而钢板桩的检验主要分为外观检验与材质检验。
在钢板桩外观检验中要确保钢板桩的表面无缺陷、尺寸满足设计要求、锁口形状符合要求等。在检查时应注意以下几点：第一，检查钢板桩表面是否有严重锈蚀，若局部有严重锈蚀，应严谨使用；第二，检查钢板桩表面是否有影响打入的部件，若有应予以割掉；第三，若钢板桩局部表面缺损严重，应予以补强。
在钢板桩材质检验中，主要检验其强度、刚度是否满足深基坑支护的稳定性，采取对钢板桩进行抽样检验其拉伸、弯曲性能。
2）钢板桩吊运
在钢板桩施工以前，需要将钢板桩由物料堆放处调运到基坑周边，而装卸钢板桩采用两点平衡吊运方式，同时，在吊运钢板桩时，每次吊运数量不宜太多，且在吊装固定好后，先进行试吊，将钢板桩吊离地面0.5m，稳定一段时间，若无吊扣松动问题，则可进行安全吊运。吊运钢板桩分单根吊运与整捆吊运两种。而单根吊运采用专用吊具，整捆吊运采用钢索工具。
3）钢板桩堆放
在钢板桩吊运到基坑附近时，需要将钢板桩堆放在地表较稳定的场地上，确保在堆放钢板桩的过程中地表不出现沉降问题，并不阻碍其他工序的正常施工。在钢板桩堆放中，应注意以下几点：第一，钢板桩堆放应根据打入的顺序合理堆放，其位置不影响后续工序的正常进行；第二，钢板桩需要按照规格型号进行分类堆放，并对不同类型进行贴标签，以方便识别；第三，在底层应铺垫防潮塑料纸，分层堆放，每层数量一致，且每层钢板桩之间需要放置间距为3.5m的垫枕木，每层垫木应放置在同一垂直线上，总的堆放高度不宜超过2m。
（2）钢板桩施打
钢板桩的打入是拉森钢板桩深基坑支护技术的关键工序，可以确保基坑侧壁的稳定性与止水性，因此需要加强对钢板桩的打入施工操作。在打入钢板桩时需要注意以下几点：第一，在打入钢板桩前，需要准确定位桩中心，确保钢板桩之间紧密连接；第二，在打入钢板桩前，需要在钢板桩的锁口内均匀涂油，减少拔出钢板桩的阻力；第三，在打入钢板桩过程中实时监测桩的垂直度，若发现垂直度大于2%时，则需要拔出重新打桩；第四，在打入时，按照顺序逐一打入钢板桩，密扣且保证开挖后入土不小于2 米，保证钢板桩顺利合拢；特别是承台的四个角要使用转角钢板桩；第五，打入完毕后，需要检查钢板桩墙体的止水性能，若发现漏水部位需要及时进行修补。
4.2土方开挖与围檩支撑制作安装
（1）土方开挖
钢板桩打入完毕后，需要采用明挖法挖除内部的土体，土体开挖的施工流程如下：开挖表层土→安装第一道围檩及支撑→开挖第二层土→安装第二道围檩及支撑→开挖第三层土→安装第三道围檩及临时支撑→开挖至承台垫层底标高→浇筑封底混凝土→拆除临时支撑→施作承台。在挖土过程中需要注意严禁超挖，在机械挖土到距离底部30cm时，采用人工开挖，并修整基底。
（2）围檩及支撑安装
为了确保钢板桩的稳定性，需要在钢板桩顶以下0.5m、3.1m处分别设置双拼H300×300mm围檩。在钢板桩上测出统一的标高线，用钢牛腿支撑围檩结构，牛腿间距1.5m，将在地面拼装好的钢围檩吊装到钢牛腿上，并焊接牢固。若围檩安装结束后，与拉森桩之间有较大间隙，需要采用钢件支垫填充间隙。
每层钢围檩上安装两道支撑，支撑间距7.17米，且需要在四个角设置角撑，钢支撑采用Φ325mm钢管（壁厚10mm，材料Q235），并施加预压力至1000kN。
围檩和支撑安装完毕后开挖土方至承台底标高，土方开挖采用人工配合长臂挖机进行，开挖过程中严禁挖机触碰钢支撑和钢围檩。当开挖第三层土方后，在第二道支撑以下2.6米处安装一道钢围檩和临时支撑，围檩和支撑型式与第一、二道一致。临时支撑安装完毕后开挖至基底并浇筑30cmC20封底混凝土
4.3拔除桩施工方法
在基坑回填土稳定以后，需要拔除钢板桩。在拔除钢板桩施工以前，需要根据工程场地特点选取合适的拔桩方法、时间，在拔桩过程中观察场地的稳定状态，若发现问题立即停止，并及时回填压实拔桩后留下的桩孔。
（1）拔桩方法
在高旺河桥梁深基坑钢板桩拔除工程中，采用的振动锤机械设备，其利用设备振动过程中产生的强迫振动，使土体发生扰动，从而破坏了钢板桩与土体之间的摩擦粘聚力，再依靠设备的起吊力拔除钢板桩。
（2）拔桩时应注意事项
在拔出钢板桩施工过程中，需要注意以下两点：第一，拔桩起点与角桩的距离应大于5根钢板桩，拔桩顺序与打桩顺序相反；第二，起重机应随振动锤的启动而逐渐加荷，起吊力一般略小于减振器弹簧的压缩极限，若遇到拔阻力较大的钢板桩，采用间歇振动的方法，每次振动 15min，振动锤连续不超过1.5h。
4.4基坑支护监测
为了确保基坑施工的顺利开展，需要在基坑开挖与钢板桩施工期间定期对钢板桩的沉降位移量与应力进行监测，及时掌握基坑侧壁变形状态，确保基坑的稳定。
在开挖土方前，在基坑四周埋设监测点和基准点，并观测一次。土方开挖初期，观测时间间隔不宜超过2次/1天，在开挖第一层时位移较小，在开挖第二层时（基坑分2次开挖）位移较大，开挖完毕后钢板桩基本处于稳定状态，在连续降雨的时候钢板桩可能略有位移，直到基坑回填完毕。
监测报警值应由监测项目的累计变化量和变化速率值共同控制，基坑监测报警值按表1执行。
从表2监测到的水平位移与竖向位移均小于表1中的监测报警值，则验证了拉森钢板桩支护技术的可行性。
5结束语
综上所述，通过对拉森钢板桩深基坑支护技术的研究，发现钢板桩结构具有刚度大、强度高、施工速度快、可重复使用等特点，满足高旺河桥梁深基坑支护稳定性要求，验证了拉森钢板桩支护技术的可行性，为深基坑支护施工技术的可持续发展提供了推动力。
参考文献：
[1]孙杰，马光臣，李永利.拉森钢板桩在光明港大桥深基坑施工中的应用[J].市政技术.2010（03）
[2]张军.拉森钢板桩施工探讨——以尼日利亚某内河港口为例[J].科技风.2013（16）
[3]徐振华.拉森钢板桩井在杭甬线宁波段改线工程的施工应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊）.2013（12）
[4]苏显亮.应用拉森钢板桩结构码头质量监控要点[J].珠江水运.2005（09）
[5]刘龙江，尹晔，徐建平.拉森钢板桩基坑支护在淤泥质土层中的应用[J].公路交通科技（应用技术版）.2013（06）
[6]李定成.拉森钢板桩在苏州自流活水工程基坑维护中的应用[J].城市道桥与防洪.2014（04）
[7]吴杰，王海秀.拉森钢板桩在深基坑支护施工中的应用[J].科技情报开发与经济.2010（21）
论文作者:方超
论文发表刊物:《基层建设》2015年3期供稿
论文发表时间:2015/9/6
标签：钢板论文; 基坑论文; 深基坑论文; 桥梁论文; 间距论文; 河道论文; 标高论文; 《基层建设》2015年3期供稿论文;