精品拉森钢板桩施工工法.docx
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精品拉森钢板桩施工工法
拉森钢板桩施工工法
拉森钢板桩施工工法
中铁二局股份有限公司城通公司
1.前言
在城市修建地铁时，需要对基坑采用较好的围护结构，以保证基坑开挖和主体结构施工期间的安全，选择支护类型时应根据基坑深度选择较为合理的支护体系，这不仅满足施工要求，也能够提高工作效率，降低施工成本。
在施工广州市轨道二/八号线延长线工程盾构6标【大洲停车场出入段线】吊出井明挖段围护结构时，根据基坑深度、支护要求和土质情况。
选择了拉森钢板桩作为明挖敞开段支护结构，取得了较好的技术和经济效益。
2.工法特点
2.1高强度，轻型，隔水性良好，施工简单，工期缩短、耐久性良好。
2.2建设费用较低、互换性良好，可重复使用20～50次。
2.3施工具有显著的环保效果，大量减少了取土量和混凝土的使用量，有效地保护了土地资源。
2.4救灾抢险的时效性较强，如防洪、塌方、塌陷、流沙等。
3.适用范围
3.1钢板桩适用于埋深较浅的支护结构
3.2钢板桩沉桩适用粘性土、砂土、淤泥等软弱地层
4.工艺原理
在地铁浅基坑开挖前，根据地质条件和开挖深度采用钢板桩进行支护，并结合地质情况和钢桩受力特点选择钢板桩型号，使之形成一个稳定可靠的围护体系，承受基坑开挖期间的土体侧向压力。
拉森钢板桩的适用深度，要根据钢板桩的规格，经过计算而定。
下面举例计算：
已知土质饱和重度γ=20KN/m3，内摩擦角θ=20º，不考虑内聚力，基坑深度H=12.5m。
卸载深度h=7m，支护净深H1=5.5m。
土压力如下图示。
1）取计算单位宽为1m。
Ka=tg2（45°-20°/2）=0.49；Kp=tg2（45°+20°/2）=2.04；yd=3.0*tg（45°+20°/2）=4.3m。
Ea1=γKaH12/2=20*0.49*5.52/2=148.2KN；Ea2=γKah（H1-yd）/2=20*0.49*7*1.2=82.3KN
e1=γKaH=20*0.49*12.5=122.5KN。
2）经初步计算，在-8m处设一道支撑，求土压力为0处反弯点O。
t0=γKaH/[γ*（KB*Kp-Ka）]（KB为被动土压力修正系数，查规范取1.6）
=20*12.5*0.49[20*（1.6*2.04-0.49）]=2.2m。
则Ea3=e1*t0/2=122.5*2.2/2=134.8KN。
Ea=Ea1+Ea2+Ea3=365.3KN。
3）O点弯矩MC=0，
则：
5.2N=（5.5/3+2.2）*Ea1+（1.2/2+2.2）*Ea2+（2.2*2/3）*Ea3
N=（597.7+230.4+197.7）/5.2=197.3KN。
4）求钳固深度Hd及桩长。
O点剪力：
Q0=Ea-N=365.3-197.3=168KN。
由M0=0，得E2=3Q，即：
γ（KB*Kp-Ka）t12/2=3Q。
20*（1.6*2.04-0.49）t12/2=2*3*168，t1=4.26m。
Hd=1.1*（t1+t0）=1.1*（2.2+4.26）=7.1m。
桩长：
5.5+7.1=12.6，未考虑土的内聚力，偏于安全，选用12m桩。
5）钢板桩选用与验算。
选用拉森式Ⅴ型钢板桩，规格为500*200*19.5，每延米截面矩见拉森Ⅴ型，取W=3000cm3/m。
求钢板桩最大弯矩Mmax。
设P点剪力为0，由γKah（y-4.3）+γKay2/2=N。
得20*0.49*7*（y-4.3）+20*0.49y2/2=197.3y=5.23m。
Mmax=197.3*（5.23-2.5）-20*0.49*5.233/6-20*7*0.49*0.932/2=275.3KN·m
则ƒ=Mmax/W=275.3*103/3000=91.8Mpa
91.8Mpa<0.5[ƒ]=105Mpa（满足要求）
5.施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
施工准备→测量定位→安装导架→平整场地→板桩调至插桩点→将钢板桩打设至设计标高→土方开挖（并做施工监测）→主体结构施工→拔除钢板桩→灌浆回填。
5.2操作要点
5.2.1钢板桩施工的一般要求
1、钢板桩沉桩施工先试桩，试桩数量不小于10根
2、钢板桩放线施工，桩头就位必须正确、垂直、沉桩过程中，随时检测，发现问题，及时得理。
3、钢板桩的平面布置形状应尽量平直整齐，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。
4、整个施工期间，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。
5.2.2钢板桩使用前的准备工作
1、钢板桩的检验及处理
1）钢板桩运到工地后，对桩体外观表面缺陷、长度、宽度、厚度、高度、端头矩形比、平直度和锁口形状等进行检验。
2）对桩身影响打设的焊接件进行割除（有割孔，断面缺损应补强）。
有严重锈蚀，需量测断面实际厚度，予以折减。
3）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、钢板桩吊运
装卸钢板桩宜采用两点吊，吊运时每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁口免受损伤。
吊运方式有成捆起吊和单根起吊。
成捆起吊通常采用钢索捆扎，而单根吊运常用专用的吊具。
3、钢板桩堆放
钢板桩堆放的地点，要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上，并便于运往打桩施工现场。
堆放时应注意：
1）堆放的顺序、位置、方向和平面布置等应考虑到以后的施工方便；
2）钢板桩要按型号、规格、长度分别堆放，并在堆放处设置标牌说明；
3）钢板桩应分层堆放，每层堆放数量一般不超过5根，各层间要垫枕木，垫木间距一般为3-4米，且上、下层垫木应在同一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2米。
附图5.2.2-1钢板桩标准堆放图
图5.2.2-1钢板桩标准堆放图
5.2.3安装导架
在钢板桩施工中，为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，一般都需要设置一定刚度的、坚固的导向架，亦称“施工围檩”。
导向架采用单层双面形式，通常由导梁和导桩等组成，导桩的间距一般为2.5～3.5m，双面导梁之间的间距不宜过大，一般略比板桩墙厚度大8～15mm。
安装导向架时应注意以下几点：
1、采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。
2、导梁的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高施工工效。
3、导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形。
4、导梁的位置应尽量垂直，并不能与钢板桩碰撞。
5.2.4钢板桩打设
根据现场施工条件，拟采用屏风式打入法。
此法是将10根钢板桩成排插入导架内，呈屏风状，施打时，先将导架两端的钢板桩打至设计深度，作为定位板桩，然后在中间按顺序呈阶梯状分批施打。
这种打桩方法的优点是可以减少倾斜误差积累，防止过大的倾斜，能保证施工质量。
1、先由测量人员定出钢板桩的轴线，每隔一定距离设置导向架。
2、准备桩帽及送桩：
先用吊车将钢板桩吊至插桩点处进行插桩，插桩时锁口对准，每插入一块即套上桩帽轻轻加以锤击，在打桩过程中，为保证钢板桩的垂直度，用两台经纬仪在两个方向加以控制。
为防止锁口中心线平面垂直度平面位移，可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。
同时在围檩上预先算出每块的位置，以便随时检查。
3、钢板桩分几次打入，如第一次由12m高打至10m，第二次则打至8m，第三次打至导梁高度，待导梁拆除后第四次打至设计标高。
打桩时，开始打设的第一，二块钢板桩的打入位置和方向要确保精度，它可以起样板导向作用，一般每打入1m应测量一次。
4、在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。
5、钢板桩的转角和封闭：
钢板桩墙的设计长度有时不是钢板桩标准宽度的整数倍，或者板桩墙的轴线较复杂，钢板桩的制作和打设也有误差，这些都会给钢板桩墙的最终封闭合拢带来困难。
对不能闭合的钢板桩在接缝处应做好防水处理。
附钢板桩现场施工图：
图5.2.4-1钢板桩打桩施工图5.2.4-2人工对准锁口
图5.2.4-3施工完成后效果图图5.2.4-4打入预定深度后桩面特写
5.2.5钢板桩打设中常见问题的原因及处理
表5.2.5钢板桩打设中常见问题的原因及处理表
现象
产生原因
处理方法
倾斜
被打桩与邻桩锁口间距阻力较大，而打桩行进方向的贯入阻力小
施工中用仪器随时检查、控制、纠正；发生倾斜时用钢丝绳拉住桩身，边拉边打，逐步纠正，对先打的板桩适度预留偏差。
扭转
锁口是铰式连接
在打桩行进方向用卡板锁住板桩的前锁口；在钢板桩与围檩之间的两边空隙内，设滑轮支架，制止板桩下沉中的转动；在两块板桩锁口扣搭处的两边，用垫铁填实。
打板桩时和已打入的邻桩一起下沉
钢板桩倾斜弯曲，使槽口阻力增加
发生板桩倾斜及时纠正；把相邻已打好的桩用角铁电焊临时固定。
5.2.6钢板桩的拔除
基坑回填后，要拔除钢板桩，以便重复使用。
拔除钢板桩前，应仔细研究拔桩顺序和拔桩时间，否则，由于拔桩的振动影响，以及拔桩带土过多会引起地面沉降和位移，会给己施工的地下结构带来危害，并影响临近原有建筑物、构筑物或底下管线的安全。
设法减少拔桩带土十分重要，目前主要采用灌水、灌砂措施。
吊出井钢板桩采用振动拔桩，先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动1min～2min，使钢板桩周围的土松动，产生“液化”，减少土对桩的摩阻力，然后慢慢的往上振拔。
拔桩时注意桩机的负荷情况，发现上拔困难或拔不上来时，应停止拔桩，可先行往下施打少许，再往上拨，如此反复可将桩拔出来。
拔桩时应注意事项：
1、拔桩前拆除、改移高空障碍物，平整夯实作业场地。
修筑临时运输道路，架设动力及照明线路，清除桩头附近堆土，检修机械设备。
2、拔桩选用振动拔桩机、吊车配合，并符合下列规定：
1）拔桩前用拔桩机卡头卡紧桩头，使起拔线与桩中心线重合。
2）拔桩开始略松吊钧，当振动机振1-1.5min后，随振幅加大拉紧吊钧，并缓慢提升。
3）钢板桩起到可用吊车直接吊起时，停振。
钢板桩同时振起几根时，用落锤打散。
4）振出的钢桩及时吊出，起吊点必须在桩长1/3以上部位。
5）拔桩过程中，随时观察吊机尾部翘起情况，防止倾覆。
6）钢板桩逐根试拔，易拔桩先拔出。
起拔时用落锤向下振动少许，待锁口松动后再拔起。
7）钢板拔出后桩孔及时砂填实。
3、拔桩中，操作方法正确、拔桩机振幅达到最大负荷、振动30min时仍不能拔起，停止振动，采取其他措施。
4、在地下管线附近拔桩时，必须对地下管线进行保护，机械不得在上面作业。
5、拔出的钢桩进行修整，并用冷弯法调直后待用。
5.3劳动力组织
表5.3劳动力组织情况表
序号
职务
人数
备注
1
管理人员
2
2
技术人员
1
3
施工人员
3
4
后勤杂工
2
6.材料与设备
本工法无需特别说明的材料，采用的机具设备见表6。
表6材料设备情况表
序号
设备名称
单位
数量
备注
1
拉森钢板桩
根
根据围护结构尺寸确定
2
打桩机
台
根据工程情况确定
3
拔桩机
台
根据工程情况确定
4
钢丝绳
根
根据工程情况确定
5
电焊机
台
根据工程情况确定
7.质量控制
7.1钢板桩的检验
钢板桩运到工地后，进行外观检验，对不符合形状要求的的钢板桩进行矫正，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，以减少打桩过程中的困难。
1、锁口检查的方法：
用一块长约2米的同类型、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。
2、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。
3、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。
4、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。
7.2重复适用的钢板桩检验标准
表7.2拉森钢板桩重复使用检验标准一览表
序号
检查项目
允许偏差
检查方法
单位
数值
1
桩垂直度
％
<1
钢尺量
2
桩身弯曲度
<2％L
L为桩长，钢尺量
3
齿槽平直度及光滑度
无电焊渣或毛刺
1m长桩段作通过试验
4
桩长度
不小于设计长度
钢尺量
7.3质量保证措施
7.3.1钢板桩施工前须进行选材，对有变形的进行矫正；施工时每支钢板桩必须扣好企口，防止漏水。
7.3.2施工过程中须保证钢板桩垂直度，钢板桩打入深度不能低于设计值。
7.3.3沉设围护桩的施工中，严格按照沉桩规范施工，基坑四角必需采用角桩，最大程度的提高小齿口拉森桩防漏性能，保证下道工序顺利进行。
8.安全措施
8.1为提高深基坑围护的安全可靠性对拉森桩的入土深度，进行理论数据的计算，并对围护桩的强度及稳定性进行验证，确保深基坑施工的可靠性。
8.2严格按照基坑施工规范实施每道工艺的施工，开挖坑土堆放至10m～15m（1倍桩长）以外，坑土堆放要平整最大程度的减小堆土对围护桩的侧压力，增强围护的安全系数，及时对坑内的积水进行抽排。
8.3在对基层实施挖土时，挖土机械严格按照规范操作，最大程度的减小挖土机械单位受力面积，杜绝冲击荷载，对围护桩的破坏，确保基坑安全。
9.环保措施
9.1工地建筑垃圾随时清理,当天运走,不用的料具和机械及时清退出场,保持场内清洁。
生活区设置垃圾箱,每日专人清运。
9.2施工场界噪声控制按《建筑施工场界噪声限值》（GB12523-90）要求。
9.3基坑内、施工场地、运输道路定时洒水降尘。
9.4严禁在工地燃烧各种垃圾废弃物。
9.5工程完工后,按要求及时拆除所有工地围蔽、安全防护设施和其他临时设施,并将主地及周围环境清理整洁,做到工完、料清、场地净。
10.效益分析
本工法在施工过程中，降低了劳动力，加快了施工进度，与钻孔灌注桩相比，减少了钻孔、砼浇筑期间的泥浆排放，对周围环境未受到污染，也加快了后续工程的施工进度，取得了较好的经济效益。
11.施工实例
11.1工程概况
广州市轨道交通二、八号线延长线工程盾构6标段【大洲停车场出入段线】盾构区间土建工程包含一个盾构区间，两个明挖区间段，位于广州市番禺区钟村镇大洲村与石壁三村范围内，东起拟建广州新客站，北止于大洲停车场。
吊出井明挖段隧道平面形状为不规则形状，明挖段基坑深度最深为10.2米，敞开段基坑深度为0～5m。
根据明挖段基坑深度变化，在里程CDK1+582.000～633.000，RDK1+558.507～609.560，基坑开挖深度3～5m的范围处采用钢板桩作为浅基坑支护结构。
该处施工范围基坑地质主要为<1>、<2-2>、<2-3>、<5-2>，属于淤泥质软土和粉质粘土层。
附图11.1-1吊出井钢板桩施工平面图：
图11.1-1吊出井钢板桩施工平面图
11.2施工情况
钢板桩施工里程为CDK1+582.000～633.000，RDK1+558.507～609.560,总长约为102m，采用国产拉森式Ⅴ型钢板桩，宽度500mm，计划使用204根，采用振动锤打设，屏风式打入法，钢板桩深度为10m。
附基坑钢板桩支护施工图：
图11.2-1基坑钢板桩支护施工
图11.2-2基坑钢板桩支护施工
11.3工程监测与结果评价
在吊出井敞开段基坑施工中，根据基坑监测情况，最大沉降值为12mm。
拉森钢板桩施工施工周期短，对环境污染小，防水效果好，在埋深较浅的支护结构中足以保证基坑的开挖安全，施工完后经各方实地现场观摩后得到了各方的好评。
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