李 明

（遼寧水利土木工程咨詢(xún)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110003）

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拉森鋼板樁在深水圍堰中的應(yīng)用

李 明

（遼寧水利土木工程咨詢(xún)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110003）

摘要：拉森鋼板樁在深水圍堰施工中應(yīng)用十分廣泛，文章結(jié)合實(shí)際工程實(shí)例對(duì)拉森鋼板樁基本概念、設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及施工注意事項(xiàng)進(jìn)行探討，結(jié)論對(duì)于提高拉森鋼板樁在深水圍堰工程中的應(yīng)用具有重要的理論和實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：深水圍堰；拉森鋼板樁；橋梁承臺(tái)

作為一種新型建材，拉森鋼板樁在工程施工中發(fā)揮著重要作用，整體穩(wěn)定性極強(qiáng)，不僅可用作提防護(hù)岸、擋土墻，還在開(kāi)挖溝渠、建橋圍堰的過(guò)程中發(fā)揮擋沙、擋土的功效，能夠快速形成圍堰，綠色環(huán)保，施工費(fèi)用成本較低［1］。深水圍堰中確?；影踩年P(guān)鍵技術(shù)就是拉森鋼板樁，通過(guò)分析其在深水圍堰中的應(yīng)用狀況，可以更好的指導(dǎo)工作人員的實(shí)際施工狀況，從而使拉森鋼板樁圍堰施工項(xiàng)目以最合理的投入，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

1　概述

1.1 拉森鋼板樁的種類(lèi)和特點(diǎn)

根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)的不同，可以將拉森鋼板樁劃分為支撐式、錨拉式及懸臂式等，而根據(jù)外觀形狀，則將鋼板樁分為IV型、V型、VI型，其中IV型拉森鋼板樁的生產(chǎn)成本較低，且生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，所以具有及其廣泛的應(yīng)用。防水效果良好、施工周期短、方便快捷、強(qiáng)度大、質(zhì)量較輕及鎖口緊密是拉森鋼板樁最顯著的特點(diǎn)。

1.2 拉森鋼板樁在深水圍堰施工中的應(yīng)用

作為一種特制的鋼板樁，拉森鋼板樁在深基坑開(kāi)挖時(shí)發(fā)揮著重要作用，可以充當(dāng)臨時(shí)擋土、擋水的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其主要靠振動(dòng)錘、打樁機(jī)的動(dòng)力，在地下壓入鋼板樁，形成連續(xù)性的板墻。拉森鋼板樁在深水圍堰施工中主要用于淺水低樁承臺(tái)，通常水深都≥4m，當(dāng)施工條件為風(fēng)化巖層、河床覆蓋層較厚的碎土石或砂類(lèi)土等環(huán)境下尤為適用，此外，在淺水區(qū)基礎(chǔ)工程施工過(guò)程中也占據(jù)著極高的地位。

2　拉森鋼板樁水中圍堰的組成及設(shè)計(jì)

2.1 拉森鋼板樁圍堰的組成及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

拉森鋼板樁圍堰主要由拉森鋼板樁、內(nèi)支撐和底部為封底混凝土構(gòu)成。拉森鋼板樁圍堰施工設(shè)計(jì)過(guò)程中的要點(diǎn)主要包括：（1）數(shù)據(jù)參數(shù)收集；（2）確定支撐層數(shù)與間距；（3）拉森鋼板樁的長(zhǎng)度計(jì)算；（4）拉森鋼板樁強(qiáng)度復(fù)核；（5）抗傾覆驗(yàn)算；（6）基底隆起驗(yàn)算；（7）腰梁支撐強(qiáng)度、剛度。其中在鋼板樁長(zhǎng)度的確定和計(jì)算時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行封底厚度計(jì)算，依據(jù)公式K=（G1+G2+G3+P）/F＞1.05，驗(yàn)算是否滿足抗浮穩(wěn)定要求；其次進(jìn)行錨固深度計(jì)算，根據(jù)公式（Kp -Ka）X2-KaHX-KaHL5= 0，確?；臃€(wěn)定性；之后驗(yàn)算鋼板樁和圍囹截面、強(qiáng)度，完成圍堰穩(wěn)定性分析與驗(yàn)算。

2.2 拉森鋼板樁圍堰的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 堰體設(shè)計(jì)

由于圍堰至少三面均臨水，因此在施工過(guò)程中不僅容易受到船舶運(yùn)行的沖擊力，還易發(fā)生漏水的狀況，因此對(duì)于圍堰施工內(nèi)側(cè)面應(yīng)使用黏土填筑的拉森Ⅳ型鋼板樁進(jìn)行保護(hù)，在所有臨水面應(yīng)用槽鋼板樁進(jìn)行保護(hù)。圍堰結(jié)構(gòu)的整體寬度和鋼板樁頂部高度應(yīng)符合施工的而具體要求，承臺(tái)結(jié)構(gòu)邊緣同圍堰內(nèi)側(cè)面鋼板樁之間的距離不少于1m。在圍堰內(nèi)側(cè)和外側(cè)還可以采用毛竹片、尼龍彩色布條進(jìn)行圍擋，以有效增強(qiáng)堰體的穩(wěn)固性，防止出現(xiàn)因水流不斷沖擊而發(fā)生水土流失的現(xiàn)象，保證深水圍堰施工的順利進(jìn)行［2］。此外，還應(yīng)將防護(hù)槽鋼對(duì)密排鋼板樁進(jìn)行焊接，并使兩排槽鋼形成一個(gè)整體，使兩排堰體鋼板樁距離保持在3m，增強(qiáng)穩(wěn)定程度，優(yōu)化結(jié)構(gòu)整體性能。

2.2.2 內(nèi)支撐設(shè)計(jì)

在承臺(tái)基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中，應(yīng)用由140工字鋼構(gòu)成的圍檁對(duì)圍堰進(jìn)行進(jìn)一步的保護(hù)，在堰體內(nèi)側(cè)靠近鋼板樁的樁頂?shù)奈恢?，通過(guò)單層或多層圍檁進(jìn)行支撐防護(hù)。施工過(guò)程中要注意，一方面應(yīng)將倒木砧安置于鋼板樁及圍檁二者間的凹陷處；另一方面還要確保鋼板樁同圍檁焊接的穩(wěn)固性，應(yīng)通過(guò)相同材質(zhì)的工字鋼作為支撐桿。深水圍堰在整個(gè)過(guò)程中還存在變形的問(wèn)題，為了有效解決這一問(wèn)題，開(kāi)挖施工階段要根據(jù)實(shí)際情況合理的添加內(nèi)支撐道數(shù)，應(yīng)用H型鋼自動(dòng)埋弧焊接工藝對(duì)鋼板樁及工字鋼連接起來(lái)，填補(bǔ)其中的縫隙，有效的控制變形，并采用工字鋼對(duì)堰體四角部位進(jìn)行斜撐［3］。

2.3 鋼板樁圍堰受力計(jì)算

2.3.1 數(shù)據(jù)參數(shù)搜集

首先要對(duì)水深進(jìn)行測(cè)量，在測(cè)量前需要清除淤泥厚度，并設(shè)置多層支撐，在計(jì)算前還需要知道鋼板樁的慣性模量W，抗彎設(shè)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值［fb］，水度重γw，沙粘土重度γ，內(nèi)摩擦角Φ以及粘聚力c。

2.3.2 拉森鋼板樁的長(zhǎng)度計(jì)算

在圍堰封底抽水后，封底混凝土?xí)艿较蛏献畲笏畨鹤饔?，要求封底混凝土不出現(xiàn)折裂，也就是必須滿足抗彎要求。按照周邊簡(jiǎn)易支撐的雙向板，在承受均勻分布載荷的情況下，對(duì)跨中彎矩W進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)的彎矩系數(shù)應(yīng)該根據(jù)圍堰的長(zhǎng)寬比例確定，一般應(yīng)在0.4～0.9之間。對(duì)于矩形板的跨度計(jì)算應(yīng)取最小跨。并根據(jù)求得的彎矩值計(jì)算封底厚度。

在封底混凝土和鋼板之間的粘滯力作用下，可以不被靜水壓力破壞時(shí)，可以滿足抗浮要求，驗(yàn)算是否滿足抗浮穩(wěn)定要求。

式中：G1—鋼板樁自重；G2—封底混凝土自重；G3—浮力；P—樁基混凝土總重；F—鋼板樁與土之間的總摩擦力。

2.3.3 錨固深度計(jì)算

不同錨固方法的錨固深度計(jì)算方法有所不同，一般懸臂式最大，但是對(duì)于同一個(gè)結(jié)構(gòu)，建議首先按照多錨固式板樁計(jì)算，最后在進(jìn)行必要修正。常用的計(jì)算公式為盾恩公式：

式中：Ka—主動(dòng)土壓力系數(shù)；Kp—水面與最下層支撐的距離；L5—最下層支撐與坑底的距離；X—被動(dòng)土壓力系數(shù)；H—入土深度。式中只有入土深度X未知，將其余量帶入公式求解即得。

圖1　計(jì)算簡(jiǎn)圖

3　施工要點(diǎn)

3.1 鋼板樁檢驗(yàn)

（1）基坑臨時(shí)支護(hù)的鋼板樁，主要進(jìn)行表面缺陷、長(zhǎng)度、寬度、厚度和高度等一系列外觀檢驗(yàn)，重復(fù)使用的鋼板樁如不符合檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)予以矯正。

（2）用一塊長(zhǎng)約2 m的鋼板樁作鎖口檢查標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)所有鋼板樁做鎖口通過(guò)檢查。對(duì)于鎖口扭曲及“死彎”等問(wèn)題要立即進(jìn)行校正。

（3）對(duì)于每片鋼板樁用鋼尺測(cè)量其寬度，對(duì)于肉眼可辨的變形進(jìn)行加密測(cè)量，偏差超出預(yù)定范圍的鋼板樁應(yīng)盡量不用。

（4）對(duì)于上述檢查合格的鋼板樁，鎖口都須均勻涂以混合油，以保證潤(rùn)滑性能。

3.2 鋼板樁施工

打樁和槽鋼焊接要牢固，以便打樁時(shí)提高精確度。插打時(shí)鋼板樁靠緊導(dǎo)向架，并在互相垂直的2個(gè)方向用經(jīng)緯儀進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)偏位，立即用履帶吊調(diào)整，直到鋼板樁達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3.3 圍堰抽水與支撐

抽水過(guò)程中要對(duì)抽水速度和高度進(jìn)行嚴(yán)格控制，在安裝第一道支撐后進(jìn)行抽水至第二道支撐處，然后進(jìn)行第二道圍檁及支撐安裝，再進(jìn)行抽水和第三道圍檁及支撐安裝，依次至整個(gè)作業(yè)結(jié)束。此外，內(nèi)撐構(gòu)件及其接點(diǎn)焊接必須按設(shè)計(jì)圖要求嚴(yán)格施工，確保焊接質(zhì)量。

3.4 混凝土封底

基坑抽水和清淤完成后，對(duì)基坑內(nèi)的情況進(jìn)行必要檢查，若一切正常，就可進(jìn)行混凝土封底施工。施工中應(yīng)注意澆筑過(guò)程一次性完成，確保澆筑質(zhì)量［4］。

4　工程案例

4.1 某工程的鋼板樁圍堰資料數(shù)據(jù)

該項(xiàng)工程中和河水絕對(duì)標(biāo)高是+3.0m，承臺(tái)頂端標(biāo)高是-2.1m，河床標(biāo)高是-2.1m，河水水深是5.1m。而拉森Ⅳ型鋼板樁的整體寬度是1m，內(nèi)腔邊長(zhǎng)b的截面模量是2037cm2，外腔邊長(zhǎng)a的截面模量是788cm2。通過(guò)鎖扣對(duì)稱(chēng)之字形的途徑對(duì)鋼板樁進(jìn)行插打，鋼板樁施工的圍檁插樁法詳見(jiàn)圖2，如圖所示，圍檁截面周線對(duì)稱(chēng)的標(biāo)準(zhǔn)是b邊，所以計(jì)算圍檁抗彎模量時(shí)，應(yīng)將b邊作為主要參考。

材質(zhì)為3號(hào)鋼的拉森鋼板樁的總體樁長(zhǎng)為12m，底部標(biāo)高為-9.0m，頂部標(biāo)高+3.0m，容許彎曲應(yīng)力是200MPa，鋼板樁的單位質(zhì)量為75kg/m及187kg/m3。I40b工字鋼圍檁的截面抵抗矩Wx和Wy分別為1139cm3和96.2cm3，其橫截面積為94.1cm2。

圖2　鋼板樁施工的圍檁插樁法

深水圍堰施工時(shí)，經(jīng)地質(zhì)勘測(cè)資料顯示：粉質(zhì)細(xì)砂偶夾砂質(zhì)粉土層的厚度約是12.1m，而砂質(zhì)粉土層的厚度約是2.2m，二者的濕重度（γ）、凝聚力（c）、內(nèi)磨擦角（Φ）及孔隙比（e）等屬性分別為19.5 和19.3 kN/m3、6.0和7.0、31.0°和28.0°、0.722 和0.768，二者的物理性質(zhì)指標(biāo)（Gs）均為2.69。

4.2 單錨深埋鋼板樁計(jì)算

按上述方法計(jì)算得計(jì)算深度最小值為4.52m，而鋼板樁的整體長(zhǎng)度為11.6m，所以在施工中應(yīng)選取鋼板樁的長(zhǎng)度為12m，可以保證深水圍堰的施工穩(wěn)定性。

4.3 內(nèi)支撐受力驗(yàn)算

橫圍檁受力Mmax為119.5 kN·m，利用公式σ= Mmax/W，得知105 MPa＜［σ］，即橫圍檁滿足受力條件。支撐桿受力計(jì)算結(jié)果為：壓桿穩(wěn)定系數(shù)Φ 為0.520，受力大小為99.3 MPa，滿足受力條件。

5　結(jié)語(yǔ)

拉森鋼板樁在深水基礎(chǔ)圍堰施工中發(fā)揮著重要作用，能夠有效避免管涌、流砂、滲水和漏水等情況的出現(xiàn)，施工效率較高，穩(wěn)定性強(qiáng)，提高了承臺(tái)、鉆孔灌注樁的施工安全性，還能夠重復(fù)利用，但在拉森鋼板樁入土深度方面，有待進(jìn)一步研究。

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作者簡(jiǎn)介：李 明（1987年—），男，助理工程師。

收稿日期：2015-09-23

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.040

中圖分類(lèi)號(hào)：TV48

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-2469（2016）02-0111-03