何森輝

摘 要：廣東省地下水位高，淤泥、砂層厚，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的要求高。本文對(duì)現(xiàn)階段廣東地區(qū)鋼板樁支護(hù)的工程應(yīng)用做了一定介紹，研究總結(jié)了鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本性狀、工作性能及適用情況，于鋼板樁廣東地區(qū)鋼板樁支護(hù)的工程應(yīng)用方面具有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：鋼板樁；支護(hù)；基坑

1 概述

近些年來(lái)，鋼板樁作為一種新型的建筑材料，因其可以重復(fù)利用、節(jié)省材料、施工快捷等優(yōu)點(diǎn)，被大量運(yùn)用到圍堰、基坑支護(hù)和大型碼頭建設(shè)中。鋼板樁由鋼制板樁和兩邊接頭結(jié)構(gòu)組成，兩邊的接頭可以通過(guò)自由組合的方式形成聯(lián)動(dòng)裝置將鋼板樁連接在一起，構(gòu)成連續(xù)緊密的支護(hù)結(jié)構(gòu)。鋼板樁通過(guò)樁端的鎖口相互咬合，形成一個(gè)密閉的柔性維護(hù)結(jié)構(gòu)，使其在支護(hù)過(guò)程中可以承擔(dān)土荷載。

鋼板樁按生產(chǎn)工藝可分為熱軋鋼板樁和冷彎薄壁鋼板樁兩種。在工程建設(shè)中，熱軋鋼板樁因其厚度可以不受限制，在工程中使用更加廣泛；而薄壁鋼板樁由于其加工和使用的局限性，應(yīng)用范圍相對(duì)較小。[1]本文在對(duì)鋼板樁支護(hù)技術(shù)的發(fā)展前景、研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上指出鋼板樁相對(duì)的優(yōu)缺點(diǎn)，以推動(dòng)鋼板樁支護(hù)技術(shù)的工程應(yīng)用，使讀者在短時(shí)間內(nèi)對(duì)鋼板樁支護(hù)技術(shù)有個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。

2 鋼板樁的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

鋼板樁的研發(fā)和生產(chǎn)開(kāi)始于二十世紀(jì)初的歐洲國(guó)家。1903年，日本首次將鋼板樁應(yīng)用于三井本館的基坑支護(hù)中；1908年美國(guó)首次使用直線(xiàn)型鋼板樁建設(shè)Black Rock港；1911年盧森堡的阿爾貝德工廠(chǎng)生產(chǎn)出了世界上第一片類(lèi)似Z型的鋼板樁；1923年日本進(jìn)口了大量的U型鋼板樁用于關(guān)東大地震的災(zāi)后重建；在1931年，日本在八幡制鐵所首次研造出自己國(guó)家的鋼板樁，日本為了修復(fù)維持第二次世界大戰(zhàn)后的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，大量使用并生產(chǎn)鋼板樁；1933年在盧森堡的阿爾貝德工廠(chǎng)軋制出了真正意義上的Z型鋼板樁。在二十世紀(jì)中葉，西方經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家便已廣泛使用鋼板樁。在亞洲，日本經(jīng)過(guò)多年應(yīng)用與發(fā)展，鋼板樁的產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)、施工、設(shè)備制造等方面已達(dá)到世界先進(jìn)水平。

3 鋼板樁的力學(xué)特性

鋼板樁屬于傳統(tǒng)的柔性板式支護(hù)結(jié)構(gòu)，由于其截面較特殊，因此導(dǎo)致了鋼板樁力學(xué)特性的特殊性。鋼板樁由于截面的特點(diǎn)，其剛度隨變形呈非線(xiàn)性增加，且只有當(dāng)變形較大時(shí)，鋼板樁的剛度才能發(fā)展到理想狀態(tài)。

鋼板樁是利用施工機(jī)械將其插入土中，通過(guò)自身兩端鎖扣的緊密閉合，形成封閉性的結(jié)構(gòu)。但由于施工條件等多種因素的影響，會(huì)導(dǎo)致鋼板樁鎖扣間的相對(duì)滑移，使得鋼板樁的相對(duì)剛度發(fā)生折減，又由于鋼板樁的截面特殊性，使鋼板樁的剛度很難確定，給控制鋼板樁的變形帶來(lái)了很大困難。[2]在工程中通常利用鋼板樁中性軸的偏移距離計(jì)算鋼板樁的剛度。

直線(xiàn)型鋼板樁可以拼接成格型圍堰，它具有橫向抗拉強(qiáng)度大的特點(diǎn)，因此主要應(yīng)用在圍堰工程中，但其抗彎截面模量較小，因此在支護(hù)工程中并不經(jīng)常受到應(yīng)用。Z型鋼板樁通過(guò)鎖扣間的連接形成鋼板樁墻，但是其鎖扣容易受到破壞且制作和安裝都比較麻煩，因此這兩種鋼板樁在工程應(yīng)用都相對(duì)較少。U型鋼板樁由于可以通過(guò)兩端的鎖扣連接，形成密封墻，雖然會(huì)產(chǎn)生較大變形，但能充分發(fā)揮剛度和強(qiáng)度，在工程中受到了廣泛的應(yīng)用。

鋼板樁在工作時(shí)，實(shí)際是介于單樁受力狀態(tài)和理想樁墻受力狀態(tài)之間，這種工作特點(diǎn)和截面性質(zhì)有很大關(guān)系，鋼板樁在變形初期，沒(méi)有樁與樁之間的作用力，這時(shí)鋼板樁處于單樁的工作狀態(tài)，此時(shí)鋼板樁的中性軸位置與單樁時(shí)一致；當(dāng)相鄰鋼板樁變形不一致時(shí)，隨著外力和樁與樁之間相互作用力作用下，樁的工作狀態(tài)會(huì)趨近于理想樁墻受力狀態(tài)，鋼板樁的中性軸位置開(kāi)始向截面中心靠攏；當(dāng)樁與樁之間摩擦力足夠大時(shí)，樁與樁之間沒(méi)有相對(duì)滑移，鋼板樁處于理想樁墻狀態(tài)，中性軸位置處于截面中心線(xiàn)處。在實(shí)際工程中，鋼板樁的工作狀態(tài)愛(ài)是介于兩者之間的，在鋼板樁的設(shè)計(jì)中，由于剛度很難確定，導(dǎo)致難以計(jì)算出鋼板樁的位移和應(yīng)力，給鋼板樁工程帶來(lái)了較大的困難，因此推廣鋼板樁的應(yīng)用，很有必要對(duì)鋼板樁的剛度發(fā)展規(guī)律進(jìn)行研究。

鋼板樁的施工與所選樁型、場(chǎng)地條件以及施工機(jī)械都有很大的關(guān)系。在施工前，應(yīng)對(duì)樁尖處的槽口進(jìn)行封閉，避免擠入泥土，而后對(duì)打樁的流水段進(jìn)行劃分，并用兩臺(tái)經(jīng)緯儀在兩個(gè)方向加以控制鋼板樁的垂直度。

打樁方法與打樁體系的選擇是鋼板樁施工中重要的環(huán)節(jié)。鋼板樁的主要打樁方法有逐根式打樁、屏風(fēng)式打樁、交錯(cuò)式打樁和圍堰及合龍技術(shù)。打樁體系主要有錘擊打樁法、滑動(dòng)打樁法、靜壓法和混合打樁法，所用到的打樁機(jī)械主要有沖擊打樁機(jī)械、振動(dòng)打樁機(jī)械、振動(dòng)沖擊打樁機(jī)械和靜力壓樁機(jī)械四種。

4 鋼板樁支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)及其適用性

在基坑支護(hù)中，用內(nèi)支撐來(lái)取代打設(shè)土釘或錨桿支護(hù)的方式，可以很好的降低對(duì)周邊建筑的影響，并且鋼板樁的占地面積較小，施工速度較快。鋼板樁由于它鋼材的特殊性，具有抗腐蝕性較強(qiáng)，材料輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，并在臨時(shí)支護(hù)過(guò)程中，可以進(jìn)行拆除回收利用。[3]在工期較短、環(huán)保要求較高的工程中得到了很好的應(yīng)用。

鋼板樁除了具有施工簡(jiǎn)單、快速高效、環(huán)保節(jié)能、可循環(huán)利用的優(yōu)點(diǎn)外，還因?yàn)槠淠途眯院?、結(jié)構(gòu)整體性好、適合各種地質(zhì)而備受關(guān)注，在港口水利工程、鐵路、電車(chē)軌道和污染控制中均大有可為。[3]如深圳供電局高層住宅位于布吉河與筆架山排洪渠交匯處的人工改造平地，就應(yīng)用了鋼板樁止水帷幕。

而推廣應(yīng)用鋼板樁又有助于鋼構(gòu)行業(yè)的更快速發(fā)展。我們廣東可以籍此契機(jī)，發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，推進(jìn)鋼構(gòu)行業(yè)自主創(chuàng)新，加快研發(fā)、生產(chǎn)質(zhì)優(yōu)價(jià)低的鋼材，跟工程建設(shè)業(yè)界互惠互利，共同發(fā)展。[4]

5 小結(jié)

通過(guò)對(duì)鋼板樁的力學(xué)特性分析以及鋼板樁支護(hù)特點(diǎn)的總結(jié)，并從鋼板樁的歷史發(fā)展角度，對(duì)廣東地區(qū)的實(shí)際工程應(yīng)用的介紹，為以后廣東地區(qū)采用鋼板樁支護(hù)方式的工程提供一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]羅永真.基于樁間鎖扣摩擦分析的鋼板樁剛度特性研究[D].華南理工大學(xué)，2014.

[2]陳彬.基于有限元分析的鋼板樁間鎖口摩擦對(duì)其抗彎性的研究[D].華南理工大學(xué)，2013.

[3]劉平.小基坑鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)分析與程序編制[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2014.

[4]劉幼如，石守芹，李艷，等.我國(guó)工程鋼板樁應(yīng)用前景初探[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2011，11（1）：238-240.