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        淺析拉森鋼板樁支護(hù)

        2019-07-19 10:13:46陳小剛
        中華建設(shè) 2019年6期
        關(guān)鍵詞:拉森支護(hù)樁樁體

        陳小剛

        常見(jiàn)的拉森鋼板樁為U型截面,卷邊可咬合相扣,上世紀(jì)五十年代傳入我國(guó)。近十年來(lái),隨著拉森鋼板樁樁體制造的國(guó)產(chǎn)化和夾具式高頻振動(dòng)打樁設(shè)備的普及,拉森鋼板樁支護(hù)在基坑支護(hù)工程中被廣泛應(yīng)用。

        一、拉森鋼板樁支護(hù)的主要優(yōu)勢(shì)

        1.施工便捷、速度快:拉森鋼板樁打樁機(jī)和挖掘機(jī)相似,對(duì)移動(dòng)行走的場(chǎng)地要求低;外伸的機(jī)械臂連接小巧的夾具式振動(dòng)錘,能盡量靠近基坑邊的障礙物進(jìn)行板樁的施打,樁位布置靈活;拉森鋼板樁常見(jiàn)的單根長(zhǎng)度6~18m,標(biāo)準(zhǔn)化咬合相扣,長(zhǎng)短支護(hù)樁和不同型號(hào)的鋼板樁組合均很方便;拉森鋼板樁的施打工藝簡(jiǎn)單,施工速度快,插入地層即具有強(qiáng)度,成樁到基坑開(kāi)挖施工工期很短,能大幅度節(jié)省工期。

        2.節(jié)約資源、經(jīng)濟(jì)環(huán)保:地下構(gòu)筑物施工完畢,基坑回填后即可拔出拉森鋼板樁,拔出的拉森鋼板樁仍可循環(huán)利用于其他基坑支護(hù)工程,不會(huì)造成資源浪費(fèi),而其他如鋼筋砼地下連續(xù)墻、鋼筋砼樁、鋼管樁等支護(hù)型式,在地下構(gòu)筑物施工完成后被永久性的留在地下,擠占了地下空間,并成為其他地下工程項(xiàng)目如管線、管廊、涵洞等的障礙;拉森鋼板樁的插入和拔出的施工過(guò)程中,除噪聲外,無(wú)其他如泥漿、粉塵等的環(huán)境污染,施工過(guò)程環(huán)保。

        3.止水效果良好:拉森鋼板樁通過(guò)卷邊手拉手式的相扣咬合,不僅將獨(dú)立的鋼板樁連成了整體,發(fā)揮了協(xié)同效應(yīng),而且解決了樁間隙滲水的難題。地下水夾著泥通過(guò)咬合的扣邊狹窄的縫隙流動(dòng)時(shí),泥土填塞了縫隙,這可能是拉森鋼板止水的原理。因?yàn)槔摪鍢兜闹顾饔?,?jié)省了高壓旋噴樁、攪拌樁等之類的止水帷幕施工工序和工程投資。

        二、拉森鋼板樁支護(hù)的主要缺陷

        1.拔樁對(duì)地層的擾動(dòng):拉森鋼板樁屬于擠土樁,拔出時(shí),在樁位形成樁身空隙,樁周土體的填充引發(fā)土顆粒的重新分布,從而導(dǎo)致一定范圍的地面沉降和開(kāi)裂。

        2.可適應(yīng)的土層范圍較窄:理論上,拉森鋼板樁可適應(yīng)于除中、微風(fēng)化巖層外的其他巖土層。但在施工實(shí)踐中,當(dāng)樁身插入長(zhǎng)度大于4m后,對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)錘擊數(shù)大于5、承載能力特征值大于130KPa的土層,拉森鋼板樁便很難打入。

        3.空間限制:拉森鋼板樁的施工,需要將拉森鋼板在地面夾起并豎立,樁身長(zhǎng)度加上夾具高度,需要樁位上方有足夠的空間。

        三、拉森鋼板樁的缺陷克服

        拉森鋼板樁有諸多優(yōu)勢(shì),但缺陷也是很明顯的,針對(duì)這些缺陷,有必要對(duì)拉森鋼板樁進(jìn)行改良。

        1.樁的拔出:適當(dāng)?shù)氖┕すに?,比如間隔樁位拔出即跳拔,放慢拔樁速度即慢拔等,均有助于減輕拉森鋼板樁對(duì)土層的擾動(dòng)。拉森鋼板樁拔除對(duì)土層的擾動(dòng),主要機(jī)理在于兩點(diǎn),一是拔樁帶泥效應(yīng),一是拔樁負(fù)壓真空效應(yīng)。拔出蘿卜帶出泥,筆者在施工實(shí)踐中曾經(jīng)對(duì)不同土層中拉森鋼板樁帶出的泥厚度做過(guò)測(cè)量和統(tǒng)計(jì),結(jié)果顯示,樁體每面帶出的泥土厚度大多為鋼板樁厚度的2.5倍,最厚的可達(dá)5倍鋼板樁厚度,如現(xiàn)在應(yīng)用最為普遍的FSP-IV型拉森鋼板樁,其帶出的泥厚兩面最多達(dá)15cm,拔樁帶出的泥土方量相當(dāng)可觀,不容忽視。拔樁負(fù)壓真空效應(yīng)主要發(fā)生在海相、湖相淤泥質(zhì)土、飽和粘土和粉質(zhì)粘土、飽和粉細(xì)砂等土層中,樁體如活塞般從這些滲透性較差的土層中拔起時(shí),在樁體下端形成真空,負(fù)壓作用下,樁體周邊土層迅速向樁體留下的空隙處遷移,這些土層通常靈敏度高,在擾動(dòng)下強(qiáng)度瞬間損失,從而引起周邊地面沉陷、開(kāi)裂,影響平面通常在2~3倍樁長(zhǎng)區(qū)域,在江漢平原甚至達(dá)到5倍樁長(zhǎng),至于影響程度,筆者錄到的地表最大沉陷達(dá)60cm,拔樁的影響范圍之廣、程度之深,可見(jiàn)一斑。當(dāng)基坑附近有對(duì)變形敏感的構(gòu)(建)筑物時(shí),設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)該相當(dāng)重視樁體拔出的不利影響。消除拔樁影響,除了選擇適當(dāng)?shù)氖┕ご胧┩?,可?duì)拉森鋼板樁進(jìn)行改良。改良的目的是要及時(shí)地填充拔樁時(shí)留下的空洞、消除負(fù)壓。改良方法:可以在樁身焊一根D30~50的注漿鋼管,鋼管底端可設(shè)簡(jiǎn)易鴨嘴閥,防止樁體插入時(shí)泥土進(jìn)入堵塞;拉森鋼板樁插打時(shí),可以通過(guò)注漿管注水,以減少樁身與土層間摩阻力,方便打入;拔樁時(shí)可以通過(guò)注漿管注入水泥砂漿(或者通過(guò)注漿管吹砂),施加正壓,及時(shí)填塞樁體拔出時(shí)留下的空隙,壓密被擾動(dòng)的松散土體,從而減少土體變形。

        2.堅(jiān)韌土層:當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件比較復(fù)雜,如軟硬土層互層或支護(hù)樁持力層強(qiáng)度較高,拉伸鋼板樁需要穿越較硬薄層,或者樁端刺入堅(jiān)硬持力層時(shí),拉森鋼板樁難以打入,這時(shí)可采用引孔的方式進(jìn)行植樁。引孔的目的是攪軟打碎拉森鋼板樁難以打入的巖土,對(duì)于一般硬塑狀黏土,可以采用水泥土攪拌樁、三軸攪拌樁等設(shè)備引孔,對(duì)于巖層,可以采用螺旋鉆機(jī)、潛孔鉆機(jī)等設(shè)備進(jìn)行引孔。相對(duì)于其他能應(yīng)對(duì)這種復(fù)雜地層的樁,如鋼筋砼樁、鋼管樁等樁類支護(hù),雖然增加了引孔施工工藝,拉森鋼板樁支護(hù)依然具備較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。

        隨著技術(shù)的進(jìn)步,目前基坑支護(hù)行業(yè)內(nèi)已出現(xiàn)能應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜地質(zhì)條件的新型拉森鋼板樁靜力植樁機(jī)。這種拉森鋼板樁打樁機(jī)騎行在鋼板樁上,利用已打好的鋼板樁抗拔力將拉森鋼板樁靜壓入土,噪音很小、定位精準(zhǔn)。因?yàn)槠湓诔蓸渡闲凶?,可以在水塘、泥塘中直接施打支護(hù)樁,施工環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng);這種新型打樁機(jī)可跟樁送入鉆桿和螺旋鉆頭,鉆頭可鉆動(dòng)單軸飽和抗壓強(qiáng)度在60MPa內(nèi)的巖石,鉆頭還配有水刀以對(duì)付硬塑狀粘性土。在國(guó)內(nèi),拉森鋼板樁靜力植樁機(jī)還未普及,每延米支護(hù)樁施工費(fèi)用仍居高不下,本文在此僅做簡(jiǎn)單介紹,但應(yīng)該看到,更好地適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件和逼仄惡劣的施工環(huán)境,是拉森鋼板樁改良的方向。

        四、拉森鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)與施工

        拉森鋼板樁的設(shè)計(jì)與施工的方法和要點(diǎn),在相關(guān)規(guī)范、手冊(cè)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有很明確的說(shuō)明,也有許多文章做過(guò)較為全面深入的總結(jié),本文僅僅對(duì)設(shè)計(jì)和施工中容易忽略之處進(jìn)行補(bǔ)充論述。

        在拉森鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)方面,方案選擇時(shí)要充分考慮地質(zhì)條件和施工環(huán)境,容易忽略的是場(chǎng)地上空的障礙,比如高低壓電線以及其是否為裸線,據(jù)此考慮支護(hù)樁施工的作業(yè)空間,在作業(yè)高度受限時(shí),可考慮采用微型鋼管樁支護(hù),其所需的凈空高度最小,有4m以上的凈空高度就可實(shí)施;基坑支護(hù)的設(shè)計(jì),要結(jié)合地基處理的深度和方式綜合考慮,避免設(shè)計(jì)過(guò)度或不足;對(duì)于常見(jiàn)的市政線性工程如管道、溝渠、箱涵等項(xiàng)目的基坑,其特點(diǎn)是狹窄而長(zhǎng),開(kāi)槽至肥槽時(shí)間間隔不長(zhǎng),短則一周,長(zhǎng)不過(guò)2月,為減少基坑深度,可不設(shè)槽底排水溝,以加密集水坑替代,盡量不設(shè)支護(hù)樁下層底撐,可以滿槽底澆筑砼墊層替代;在拉森鋼板樁選型上,在當(dāng)?shù)乩摪鍢蹲赓U市場(chǎng)可提供的范圍內(nèi),盡可能選擇寬型號(hào)的鋼板樁,這樣可減少樁的根數(shù),樁數(shù)越少則施工費(fèi)用越低。

        基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí),特別要注重對(duì)引孔的處理,引孔是為保證拉森鋼板樁進(jìn)入到堅(jiān)硬持力層而采取的措施,引孔對(duì)樁周原狀土進(jìn)行了松散破壞。在樁身的被動(dòng)土壓力區(qū),被松散破壞的土層無(wú)法提供被動(dòng)土壓力?;娱_(kāi)挖時(shí),容易造成土體變形過(guò)大,樁體出現(xiàn)較大位移,對(duì)于懸臂支護(hù)樁,樁頂會(huì)出現(xiàn)較大位移,對(duì)于有頂撐的樁,樁體下部會(huì)出現(xiàn)較大位移,從而導(dǎo)致基坑支護(hù)作用失效或者部分失效。因此,有必要對(duì)基坑底部以下的引孔做加固處理,具體做法:基坑底部以下引孔時(shí),進(jìn)行噴灰或噴漿處理,如同水泥土攪拌樁,在水泥土形成強(qiáng)度前打入拉森鋼板樁,同SMW工法類似,在水泥土達(dá)到強(qiáng)度后再進(jìn)行基坑開(kāi)挖;對(duì)于巖石的中引孔,可通過(guò)拉森鋼板樁跟注漿管注入低標(biāo)號(hào)水泥砂漿的辦法來(lái)加固被動(dòng)土壓力區(qū);上述兩種辦法,均應(yīng)在樁身涂刷隔離劑,以便后期拔樁。

        五、結(jié)語(yǔ)

        拉森鋼板樁自身具有的方便快捷和可循環(huán)重復(fù)利用的特性,通過(guò)增設(shè)注漿管消除拔樁破壞影響,通過(guò)引孔植樁,拓寬拉森鋼板樁對(duì)堅(jiān)韌土層的適應(yīng)性,采取措施重視引孔植樁的不利影響,拉森鋼板樁支護(hù)可以做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)環(huán)保,可以有更為廣闊的應(yīng)用空間。

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