楊媛

【摘要】文章通過對拉森鋼板樁在昆明滇池環(huán)湖南岸截污工程的應(yīng)用，詳細(xì)的介紹了方案階段對拉森鋼板樁的選型和受力驗算，鋼板樁施工的安全技術(shù)措施、拉森鋼板樁常見問題的原因分析與防治措施。拉森鋼板樁在昆明滇池環(huán)湖截污工程中的應(yīng)用結(jié)果表明拉森鋼板樁具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、鎖口緊密、水密性好、施工方便、施工速度快、施工安全、占地空間小、節(jié)省投資、質(zhì)量容易控制、有利于施工現(xiàn)場的環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點，特別適用于開挖深度在8米內(nèi)的軟土基坑支護(hù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】拉森鋼板樁 基槽開挖 支護(hù) 驗算

一、工程概況

昆明市滇池環(huán)湖南岸截污工程，始于晉城彎腰村，止于晉寧?？谖鬯幚韽S，在滇池環(huán)湖南路外側(cè)，全長29.92公里，由晉城段干渠、古城段干渠和昆陽段干渠以及污水處理廠等組成，干渠全長約24公里；我標(biāo)段位于昆陽段干渠的最尾端，長1.18km，設(shè)計干渠斷面為4×3m（寬×高） 鋼筋混凝土箱涵，埋深6～6.5m，由于多種因素影響，原中標(biāo)方滿足不了工期要求的前提條件下，項目法人才決定改由我集體公司承擔(dān)該項目的施工任務(wù)，合同要求總工期60天。

工程區(qū)地形、地貌情況：工程區(qū)地形平坦開闊，地表有耕地、稻田、魚塘等，表層土質(zhì)主要以耕作土和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，土質(zhì)較差，干渠中部有約5米寬的河流和4.5米寬的公路穿過，干渠左側(cè)有約（距離干渠5m左右）15000的養(yǎng)魚塘，有近300m的魚塘邊與干渠平行，魚塘梗為土埂，魚塘水深1.5～2m。

工程區(qū)地下水情況：工程區(qū)地下水位較高，在地表下0.9米左右，其補給來源主要為大氣降水和周邊魚塘、河流以及滇池地下滲水，并受地表徑流影響，水量豐富。

工程區(qū)地質(zhì)情況：主要土質(zhì)為有機(jī)質(zhì)耕作土、粘性土、粉質(zhì)粘土、泥炭質(zhì)土、粉砂、淤泥等組成，自上而下各層土分別為①耕作土，②粉質(zhì)粘土，③淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，④淤泥質(zhì)粘土，⑤粉質(zhì)粘土。

工程區(qū)降雨情況：每年11月至次年4月為枯水期，是施工的最佳施工時期，5～10月為雨季，6～8月為主汛期。多年平均降雨量800mm左右，主要降雨時間大多集中在6～8月，為全年降雨總量的70%以上。

二、基槽開挖支護(hù)方案選擇

由于施工工期較短，工區(qū)地表主要為農(nóng)田，干渠旁有魚塘，并有河流橫穿干渠，所以必須在主汛期到來前完成施工任務(wù)，要求基坑支護(hù)方案首先必須是施工簡單方便，確保工期需要，同時滿足基坑支護(hù)穩(wěn)定和防水要求，確保安全施工和環(huán)境保護(hù)，最后能夠滿足降低施工成本的原則選擇基坑支護(hù)方案。

第一方案為原設(shè)計的鋼筋混凝土鉆孔樁結(jié)合深攪樁支護(hù)方案。該方案能夠滿足施工支護(hù)穩(wěn)定和防水要求，但施工時間較長，滿足不了施工要求，同時相對造價較高。

第二方案為放坡開挖方案。該方案施工設(shè)備方便，造價較低，滿足工期要求，但截污干渠左側(cè)為即將完工的環(huán)湖公路，右側(cè)有近300m長的魚塘邊與干渠距離較近（距離只有4～5m），放坡開挖尺寸不夠，同時滿足不了防水要求，施工安全風(fēng)險加大。

第三方案為鋼筋混凝土地下連續(xù)墻支護(hù)方案。該種方案能夠滿足支護(hù)穩(wěn)定和防水要求，但施工時間長，滿足不了工期要求，而且造價高昂。

第四方案為拉森鋼板樁支護(hù)方案。該方案施工時間短，能夠滿足支護(hù)穩(wěn)定和施工防水要求，而且造價低廉，有利于環(huán)保，但沒有施工經(jīng)驗，有一定的施工風(fēng)險。

通過比選最后決定采用拉森鋼板樁支護(hù)方案作為截污工程的基坑支護(hù)方案，通過引進(jìn)有拉森鋼板樁施工經(jīng)驗的專業(yè)施工隊伍進(jìn)行基坑支護(hù)施工，規(guī)避施工風(fēng)險。并確定基坑開挖寬5m，分三段進(jìn)行組織施工，拉森鋼板樁施工的樁機(jī)用日立450液壓反鏟挖掘機(jī)改裝帶液壓振動錘的樁機(jī)進(jìn)行施工，用日立330長臂挖掘機(jī)進(jìn)行土方開挖，混凝土全部采用商品混凝土進(jìn)行澆筑，采用中聯(lián)重科32m臂長的混凝土汽車泵進(jìn)行混凝土入倉，完全能夠滿足施工進(jìn)度要求，確保工程施工質(zhì)量和施工安全。

三、拉森鋼板樁選型

由于基槽開挖深6.0m～6.5m，開挖寬度5m，并結(jié)合拉森鋼板樁施工的專業(yè)施工隊伍的施工經(jīng)驗和拉森鋼板樁類型，決定采用拉森IV12米的鋼板樁作為基槽開挖的主要支護(hù)樁。從上到下設(shè)兩道圍檁和兩道支撐，第一道圍檁和支撐設(shè)在樁頂以下1.5m處，第二道圍檁和支撐設(shè)在樁頂下4.5m處；圍檁選用400×400×13×21肋H型鋼作圍檁，支撐選用Ф500cm、t=12mm鋼管作支撐，每一道圍檁設(shè)一道支撐，縱向間距為4米設(shè)一道支撐。

四、拉森鋼板樁受力驗算

為確保施工安全，選取有代表性的地質(zhì)斷面進(jìn)行荷載計算，取最不利荷載為拉森鋼板樁支護(hù)的驗算校核荷載。

（一）代表性地質(zhì)斷面土質(zhì)物理力學(xué)指標(biāo)如下表

（二）拉森鋼板樁參數(shù)

（三）拉森鋼板樁入土深度驗算

1.參數(shù)計算。12m SKSPⅣ型拉森鋼板樁（取土層最大影響深度12m）：

r=（18.4×1.9+20.3×1.6+15.9×5.5+20.1×2.4+19.3×0.6）/12=17.89KN/m3

φ=（23×1.9+6.2×1.6+4.4×5.5+22.2×2.4+14.2×0.6）/9=11.62

Ka=tga2（45°-11.62/2）=0.664

Kp=tga2（45°+11.62/2）=1.504

根據(jù)Ka×r最大值選取最不利荷載土層參數(shù)作為計算依據(jù)。

2.計算簡圖。根據(jù)鋼板樁入土的深度，按單錨淺埋板樁計算，假定上端為簡支，下端為自由支承。這種板樁相當(dāng)于單跨簡支梁，作用在樁后為主動土壓力，作用在樁前為被動土壓力，壓力坑底以下的土重度不考慮浮力影響，計算簡圖如下：

3.最小入土深度的計算。為使鋼板樁保持穩(wěn)定，在A點的力矩等于零，即

∑MA=0，亦即：0.5F1+3.5F2+EaHa-EpHp=0

其中：主動土壓力Ea=1/2ea（H+t）=1/2r（H+t）2Ka

被動土壓力Ep=1/2ept=1/2rt2Kp

r=17.89，φ=11.62，Ka=0.664，Kp=1.504，H=6.5m

根據(jù)拉森鋼板樁受力平衡即F1+F2+Ep-Ea=0及鋼板樁下端彎矩平衡即：

（5+t）F1+（3+t）F2+Ep/3-（6.5+t）Ea/3=0

F1=（1.5+0.33t）Ep-（0.42+0.33t）Ea

F2=（1.42+0.33t）Ea-（2.5+0.33t）Ep

將各參數(shù)分別代入彎矩平衡方程式得：t3+13t2-44t-65.8=0

解得t=3.7m，鋼板樁最小長度為：地面預(yù)留部分0.5m+開挖深度6.5m+入土深度3.7m=10.7m，故采用12mSKSPⅣ型拉森鋼板樁，雙支撐支護(hù)滿足6.0～6.5m基槽開挖深度的要求。

（四）拉森鋼板樁支撐圍檁驗算

1.計算參數(shù)。由于圍檁選用400×400×13×21肋板H型鋼，其主要參數(shù)為：

Ix=66900cm4，Wx=3340cm3，S=219.5cm2，[σw]=210MPa，[τ]=120MPa

q1=F1/1=（1.5+0.33t）Ep-（0.42+0.33t）Ea=126.7KN/m

q2=F2/1（1.42+0.33t）Ea-（2.5+0.33t）Ep=321.6KN/m

選q2進(jìn)行400x400x13x21帶肋板H型鋼驗算

2.荷載分布圖。為簡化計算采用3等跨連續(xù)梁進(jìn)行受力驗算。

■

3.抗彎驗算。400×400×13×21肋板H型鋼圍檁（腰梁）最大彎矩。

Mmax=0.08ql2=0.08×321.6×42=411.6KN.m

Wx[σw]=3340×210/1000=701.4 KN.m>Mmax

故400×400×13×21肋板H型鋼圍檁（腰梁）滿足抗彎要求。

4.抗剪驗算。400×400×13×21肋板H型鋼（腰梁）

最大剪力Qmax=0.6ql=0.6×321.6×4=771.8KN

[τ]S=210×219.5/10=4609.5KN>Qmax

故400×400×13×21肋板H型鋼圍檁（腰梁）滿足抗剪要求

（五）拉森鋼板樁支撐驗算

1.荷載分布圖。

■

c=（17.3×1.9+28×1.6+5.5×5.5+17.3×2.4+40.5×0.6）/12=14.5KPa

Ea=0.5×17.89×122×0.664-2×14.5×12√0.664+2×14.52/17.89=595.2KN

Ep=0.5×17.89×5.52×1.504=407.0KN

根據(jù)鋼板樁受力平衡及對A點彎矩平衡求得：

F1=90.5KN，F(xiàn)2=97.7KN

故支撐鋼管受力N1=4F1=362KN，N2=4F2=390.8KN，取較大值N=390.8

回轉(zhuǎn)半徑i==4.25cm

按最大開挖寬度5m自由長度lo=0.5 （5.0-0.4）=2.3m

長細(xì)比λ=230/4.25=54.12<56

φ=1.02-0.55（λ+20）2/10000=0.719

容許壓應(yīng)力[σ]=140MPa

鋼管截面積Am=π/4（D）=3.14/4（0.52-0.472）=0.02285m2

N/Am=390.8/0.02285×1000=17.1MPa<φ[σ]=140×0.719 =100.66MPa

故在考慮土的粘結(jié)力的情況下，DN500×15鋼管雙支撐滿足6.5m挖深的鋼板樁支撐要求。

五、鋼板樁施工的安全技術(shù)措施

第一，機(jī)械作業(yè)點地面應(yīng)平整壓實，防止翻車事故發(fā)生；若地面松軟，支承腳底部應(yīng)墊實牢固。

第二，應(yīng)用鋼絲繩和鎖扣扣緊樁身，并輕起輕放。拔樁前應(yīng)檢查震錘是否夾緊，防止震錘未夾緊，損壞鋼板樁而造成事故。

第三，作業(yè)范圍內(nèi)嚴(yán)禁站人，以防各種突發(fā)事件造成事故。

第四，拔樁嚴(yán)禁超負(fù)荷作業(yè)，不準(zhǔn)超力矩，仰角也不得超過限度，以防“翻車”或“折臂”事故。

第五，不得在風(fēng)力超過6級及大雨、雪、霧等惡劣天氣下作業(yè)。

第六，回轉(zhuǎn)操作要平穩(wěn)地接觸回轉(zhuǎn)離合器，盡量減少鋼板樁的擺動，起吊時應(yīng)先鳴笛示警，要穩(wěn)妥操作。

第七，支撐架設(shè)應(yīng)及時，不得拖延；支撐安裝應(yīng)平直，不得傾斜彎曲，支撐安裝焊接時應(yīng)注意用火作業(yè)安全。

第八，隨時檢查鋼板樁和支撐是否完好，發(fā)現(xiàn)松動應(yīng)及時補焊和加焊補強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)鋼板樁彎曲時應(yīng)及時進(jìn)行加固，確保施工安全。

第九，鋼板樁施工應(yīng)設(shè)專人指揮，統(tǒng)一信號，夜間作業(yè)應(yīng)有良好的施工照明。

第十，應(yīng)設(shè)專人對鋼板樁和支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移、沉降、周邊環(huán)境、地下水位、基坑底部回彈及隆起等進(jìn)行監(jiān)測。

監(jiān)測點的位置及數(shù)量：第一，在基坑頂部各轉(zhuǎn)角處應(yīng)設(shè)置沉降、傾斜及水平位移觀測點；第二，支護(hù)板樁、支撐、圍檁的應(yīng)力及應(yīng)變觀測點應(yīng)設(shè)置在受力較大位置，數(shù)量及位置宜結(jié)合現(xiàn)場條件確定；第三，地下水位的觀測宜在基坑四周設(shè)四個觀測井；第四，基坑底部回彈及隆起觀測，視現(xiàn)場情況確定。

監(jiān)測與測試的控制指標(biāo)：第一，支護(hù)樁頂水平位移累計不大于30mm，位移速率不大于3mm/d；第二，樁身、圍檁、支撐構(gòu)件及立柱的應(yīng)力值不大于設(shè)計值的80%；第三，周圍道路及管線水平位移總量不大于30mm；第四，地下水位應(yīng)低于設(shè)計指標(biāo)。

監(jiān)測要求：第一，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前精確測定初始值；第二，施工中應(yīng)加強(qiáng)對測試點及測試設(shè)備的保護(hù)，防止損壞；第三，應(yīng)采取有效措施保證測試基準(zhǔn)點的可靠性及測試設(shè)備的完好，以確保測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；第四，應(yīng)及時向設(shè)計人員提供監(jiān)測數(shù)據(jù)及最終測試評價成果，以便進(jìn)行分析及采取相應(yīng)的防范措施。

監(jiān)測周期：從基坑土方開挖至基坑回填施工前，都應(yīng)進(jìn)行基坑支護(hù)監(jiān)測。在正常情況下，臨近監(jiān)測對象每2天觀測1次，當(dāng)日變化量或累計變化量超警戒值時，監(jiān)測頻率適當(dāng)加密，每天觀測1次。特殊情況如監(jiān)測數(shù)據(jù)有異?；蛲蛔?，變化速率偏大等，適當(dāng)加密監(jiān)測頻率，直至跟蹤監(jiān)測。在地下結(jié)構(gòu)施工階段，各監(jiān)測項目觀測頻率為2～3次/周，支撐拆除階段1次/天。

六、拉森鋼板樁常見問題的原因分析與防治措施

（一）滲漏和涌沙的處理

鋼板樁施工完畢在基坑挖土到5.8m時，發(fā)現(xiàn)鋼板樁滲漏，主要在接縫處和轉(zhuǎn)角處有漏水現(xiàn)象，有的地方還有涌沙現(xiàn)象。現(xiàn)場采用的處理方法：第一，采用水玻璃水泥漿以閥管雙液灌漿系統(tǒng)施工堵漏；第二，采用麻絲等柔軟物進(jìn)行堵塞。

主要原因：第一，拉森鋼板樁舊樁較多，使用前未進(jìn)行校正修理或檢修不徹底，鎖扣處咬合不好，以致接縫處易漏水；第二，轉(zhuǎn)角處封閉合攏不嚴(yán)，沒有采用特殊形式的轉(zhuǎn)角樁；第三，打設(shè)拉森鋼板樁時，兩塊板樁的鎖口可能插對不嚴(yán)密，不符合要求；第四，拉森鋼板樁的垂直度不符合要求，導(dǎo)致鎖口漏水。

預(yù)防措施：第一，舊鋼板樁在打設(shè)前應(yīng)對彎曲變形的鋼板樁可用油壓千斤頂頂壓或火烘等方法矯正；第二，做好圍檁支架，以保證鋼板樁垂直打入和打入后的鋼板樁墻面平直；第三，為了防止鋼板樁鎖口中心線位移，在打樁行進(jìn)方向的鋼板樁鎖口處設(shè)卡板，阻止板樁位移；第四，為防止鋼板樁打入時傾斜，且鎖口結(jié)合處有空隙或封閉合攏不密扣，可用異形板樁或采用軸線封閉法等方法處理。

（二）拉森鋼板樁側(cè)傾和基坑底土隆起及地面裂縫

開挖土方到基底標(biāo)高后，縱向長近35m的鋼板樁發(fā)生側(cè)傾，坑底土隆起，地面出現(xiàn)裂縫并下沉，局部坍塌。現(xiàn)場采用的處理措施：對坍塌段剝坡減荷，局部回填土后，拔出鋼板樁，重新施打鋼板樁后，再行開挖支護(hù)。

主要原因：第一，地質(zhì)資料不準(zhǔn)，塌方段底部出現(xiàn)粉細(xì)砂層，地下水量大，行成管涌；第二，鋼板樁的設(shè)計嵌固深度不夠，造成樁后地面下沉，局部坍塌，坑底發(fā)生管涌；第三，在挖土作業(yè)時由于挖土機(jī)及運土車在鋼板樁頂側(cè)，增加了土的地面荷載，導(dǎo)致樁頂側(cè)移；第四，沒有及時進(jìn)行墊層混凝土的施工。

預(yù)防措施：第一，地勘資料必須準(zhǔn)確，鋼板樁的選用和必須按基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程、規(guī)范進(jìn)行計算確定；第二，挖土機(jī)及運土車不得在基坑邊作業(yè)，如必須施工，應(yīng)將該項荷載計入鋼板樁大的設(shè)計荷載中，以增加樁的嵌固深度；第三，基底水壓較大時，應(yīng)對基底做注漿封水處理；第四，地下水位較高時需進(jìn)行降水后再行土方開挖。

（三）圍檁（腰梁）發(fā)生扭曲失穩(wěn)處理

在進(jìn)行土方開挖至第二層支撐底面，還未安設(shè)第二層支撐時，出現(xiàn)第一層支撐失穩(wěn)扭曲?，F(xiàn)場采用的處理措施：在H型鋼圍檁上增加加勁板，及時將鋼板樁與H型鋼圍檁之間的空隙加墊嚴(yán)實，增加鋼板樁與H型鋼圍檁的焊接連接點長度。

主要原因：第一，樁頂一側(cè)有機(jī)械作業(yè)，增加施工荷載，選用的400×400×13×21肋板H型鋼圍檁剛度不夠；第二，鋼板樁施工垂直度和平整度誤差較大，圍檁與鋼板樁之間的結(jié)合不好，影響受力。

預(yù)防措施：第一，進(jìn)行荷載計算時施工機(jī)械荷載必須計算準(zhǔn)確；第二，選用剛度大的H型鋼圍檁；第三，確保鋼板樁的施工質(zhì)量，控制好鋼板樁的垂直度和平整度，確保鋼板樁與H型鋼圍檁的連接牢固嚴(yán)實。

七、結(jié)尾

通過引進(jìn)拉森鋼板樁作為基坑支護(hù)在昆明滇池環(huán)湖截污工程中的應(yīng)用，在60天施工工期內(nèi)，很好地完成了施工任務(wù)，確保了工程的施工進(jìn)度，同時降低了施工成本。充分體現(xiàn)出拉森鋼板樁是一種特制的型鋼板樁，用打樁機(jī)及振動錘將鋼板樁壓入地下構(gòu)成一道連續(xù)的板墻，作為深基坑開挖的臨時擋土、擋水圍護(hù)結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、鎖口緊密、水密性好、施工方便、施工速度快、施工安全、占地空間小、節(jié)省投資、質(zhì)量容易控制、有利于施工現(xiàn)場的環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點，特別適用于開挖深度在8米內(nèi)的軟土基坑支護(hù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)。