拉森钢板桩振动打拔桩施工工法

拉森钢板桩振动打拔桩施工工法

前言

武钢江北工程毗邻长江，工程施工工期紧，施工区域内地下水丰富，建（构）筑物基础均坐在淤泥质粉质粘土层上，而且很多设备基础埋设深度较大，且部分基础周围环境复杂、均有建（构）筑物，采用大开挖施工完全不可能。工程采用了拉森钢板桩进行基坑支护，如图一所示。拉森钢板桩施工处理深度大、施工时对相邻建筑物影响小、能克服许多环境困难、施工速度快等优点得到充分显示。

H型钢冠梁H型钢冠梁

图一拉森钢板桩基坑支撑剖面示意图

一、施工特点

拉森钢板桩有强度高、结合紧密、不易漏水、施工简便、速度快、可减少基坑土方开挖量、可全部机械施工、对临时工程拔出后可多次重复使用等特点。

二、适用范围

拉森钢板桩适用于软弱地基和地下水位高且多的地区，用作地下构筑物或深基坑施工的临时支护挡土、防水结构或在水中建造构筑物做围堰。

三、施工原理

拉森钢板桩振动打、拔桩法是利用高频液压振动锤对钢板桩施加振动力，扰动土体，使土体液化，破坏其与钢板桩之间的摩擦阻力以及吸附力并施加压力或提升力将钢板桩插入或拔出。

四、支护计算

（一）计算拉森桩入土深度

根据钢板桩入土的深度，按单锚浅埋板桩计算，假定上端为简支，下端为自由支承。这种板桩相当于单跨简支梁，作用在桩后为主动土压力，作用在桩前为被动土压力，压力坑底以下的土重度不考虑浮力影响。（计算简图见图二）

(a)土压力分布图 (b)叠加总的土压力分布图 (c)弯距图 (d)钢板桩变形图

图二拉森钢板桩力学计算简图

主动土压力Eа=1/eа（H+t）=1/2γ（H+t）2Kа

被动土压力E p=1/2e p t=1/2γt2K p

式中：

еа——主动土压力最大压强，еа=γ（H+t）K a；

e p——被动土压力最大压强，еp=γtK p；

K a——主动土压力系数K a=tg2（45˚—φ/2）；

K p——被动土压力系数K p=tg2（45˚+φ/2）；

φ——土的内摩擦角φ=20˚；

γ——土的重度γ=17.5KN/m3；

H——基坑开挖深度;

t——最小入土深度;

为了使钢板桩保持稳定，在A点的力矩等于零，即∑M A=0，亦即

E a H a—E p H p=E a2/3（H+t）—E p（H+2/3t）=0

将以上数据代入上式中，求出最小入土深度t值，

所以钢板桩总长度为：L =H+ t

（二）钢板桩稳定性验算

钢板桩入土深度除保证本身的稳定性外，还应保证基坑底部在施工期间不会出现隆起和管涌现象。在软土中开挖较深的基坑，当桩背后的土柱重量超过基坑底面以下地基土的承载力时，地基的平衡状态受到破坏，常会发生坑壁土流动，坑顶下陷，坑底隆起的现象（见图三），为避免这种现象发生，施工前，需对地基进行稳定性验算。

图三拉森钢板桩基坑坑底隆起图

转动力距M ov=Gx/2=（q+rh）x2/2

稳定力距Mγ=x∫x oτx dθ

土层为均质土时，则Mγ=πτx2

式中τ——地基土不排水剪切的抗剪强度，在饱和性软粘土中，τ=0。

地基稳定力矩与转动力矩之比称抗隆起安全系数，以K表示，若K满足下式，则地基土稳定，不会发生隆起。

K=M r/ M ov≥1.2

当土层为均质土时，则

K=2πc/(p+γh)≥1.2

式中c——内聚力地质报告提供;

q——坑侧上部荷载回填土取q=5.0KN/㎡;

式中M r未考虑土体与板桩间的摩擦力以及垂直面AB上土体的抗剪强度对土体下滑的阻力，故偏于安全。

五、钢板桩施工

（一）钢板桩施工的一般要求

1、钢板桩的设置位置要符合设计要求，便于基础施工，即在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地。

2、基坑钢板桩的平面布置形状应尽量平直整体，避免不规则的转角，以便标准钢板桩的利用和支撑设置。各周边尺寸尽量符合板桩模数。

3、钢板桩施打前，应将桩尖处的凹槽底口封闭，锁口应涂油脂。用于永久性工程应涂红丹防锈漆。

4、整个基础施工期间，在挖土、吊运、扎钢筋、浇筑混凝土等施工作业中，严禁碰撞支撑，禁止任意拆除支撑，禁止在支撑上任意切割、电焊，也不应在支撑上搁置重物。

5、在打桩及打桩机开行范围内清除地面及地下障碍、平整场地、做好排水沟、修筑临时道路。

（二）钢板桩的检验、矫正、吊装及堆放

1、钢板桩的检验

钢板桩运到工地后，需进行整理。清除锁口内杂物(如电焊瘤渣、废填充物等)，对缺陷部位加以整修。

（1）用于基坑临时支护的钢板桩，主要进行外观检验，包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端头矩形比、平直度和锁口形状等，新钢板桩必须符合了同厂质量标准，重复使用的钢板桩应符合表一的检验标准要求，否则在打设前应予以矫正。

重复使用的钢板桩检验标准表一

（2）锁口检查的方法：用一块长约2m的同类型、同规格的钢板桩作标准，将所有同型号的钢板桩做锁口通过检查。检查采用卷扬机拉动标准钢板桩平车，从桩头至桩尾作锁口通过检查。对于检查出的锁口扭曲及“死弯”进行校正。

（3）为确保每片钢板桩的两侧锁口平行。同时，尽可能使钢板桩的宽

度都在同一宽度规格内。需要进行宽度检查，方法是：对于每片钢板桩分为上中下三部分用钢尺测量其宽度，使每片桩的宽度在同一尺寸内，每片相邻数差值以小于1为宜。对于肉眼看到的局部变形可进行加密测量。对于超出偏差的钢板桩应尽量不用。

（4）钢板桩的其它检查，对于桩身残缺、残迹、不整洁、锈皮、卷曲等都要做全面检查，并采取相应措施，以确保正常使用。

（5）锁口润滑及防渗措施，对于检查合格的钢板桩，为保证钢板桩在施工过程中能顺利插拔，并增加钢板桩在使用时防渗性能。每片钢板桩锁口都须均匀涂以混合油，其体积配合比为黄油：干膨润土：干锯沫＝5：5：3。

2、钢板桩的矫正

（1）表面缺陷矫正。先清洗缺陷附近表面的锈蚀和油污，然后用焊接修补的方法补平，再用砂轮磨平。

（2）端阔别矩形比矫正。一般用氧乙炔切割桩端，使其与轴线保持垂直，然后再用砂轮对切割面进行磨平修整。当修整量不大时，也可直接采用砂轮进行修理。

（3）桩体挠曲矫正。腹向弯曲矫正是将钢板桩变曲段的两端固定的支承点上，用设置在龙门式顶梁架上的千斤顶顶在钢板桩凹凸处进行冷弯矫正；侧向弯曲矫正通常在专门的矫正平台上进行，将钢板桩弯曲段的两端固定在矫正平台的支座上，用设置在钢板桩的弯曲段侧面矫正平台上的千斤顶顶压钢板桩弯凸处，进行冷弯矫正。

（4）桩体扭曲矫正。这种矫正较复杂，可根据钢板桩扭曲情况，采用（3）中的方法矫正。