湖北拉森钢板桩振动打拔桩施工工法.docx
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湖北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硕，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，且部份基础周围环境复杂、均有建（构）筑物，采纳大开挖施工完全不可能。
工程采纳了拉森钢板桩进行基坑支护，如图一所示。
拉森钢板桩施工处置深度大、施工时对相邻建筑物阻碍小、能克服许多环境困难、施工速度快等优势取得充分显示。
图一拉森钢板桩基坑支撑剖面示用意
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、可全数机械施工、对临时工程拔出后可多次重复利用等特点。
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域，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和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
依照钢板桩入土的深度，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阻碍。
（计算简图见图二）
（a）土压力散布图（b）叠加总的土压力散布图（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Ep=1/2ept=1/2γt2Kp
式中：
еа——主动土压力最大压强，еа=γ（H+t）Ka；
ep——被动土压力最大压强，еp=γtKp；
Ka——主动土压力系数Ka=tg2（45˚—φ/2）；
Kp——被动土压力系数Kp=tg2（45˚+φ/2）；
φ——土的内摩擦角φ=20˚；
γ——土的重度γ=m3；
H——基坑开挖深度;
t——最小入土深度;
为了使钢板桩维持稳固，在A点的力矩等于零，即∑MA=0，亦即
EaHa—EpHp=Ea2/3（H+t）—Ep（H+2/3t）=0
将以上数据代入上式中，求出最小入土深度t值，
因此钢板桩总长度为：
L=H+t
（二）钢板桩稳固性验算
钢板桩入土深度除保证本身的稳固性外，还应保证基坑底部在施工期间可不能显现隆起和管涌现象。
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，地基的平稳状态受到破坏，常会发生坑壁土流动，坑顶下陷，坑底隆起的现象（见图三），为幸免这种现象发生，施工前，需对地基进行稳固性验算。
图三拉森钢板桩基坑坑底隆起图
转动力距Mov=Gx/2=（q+rh）x2/2
稳固力距Mγ=x∫xoτxdθ
土层为均质土时，那么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。
地基稳固力矩与转动力矩之比称抗隆起平安系数，以K表示，假设K知足下式，那么地基土稳固，可不能发生隆起。
K=Mr/Mov≥
当土层为均质土时，那么
K=2πc/（p+γh）≥
式中c——内聚力地质报告提供;
q——坑侧上部荷载回填土取q=㎡;
式中Mr未考虑土体与板桩间的摩擦力和垂直面AB上土体的抗剪强度对土体下滑的阻力，故偏于平安。
五、钢板桩施工
（一）钢板桩施工的一样要求
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可能平直整体，幸免不规那么的转角，以便标准钢板桩的利用和支撑设置。
各周边尺寸尽可能符合板桩模数。
3、钢板桩施打前，应将桩尖处的凹槽底口封锁，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，也不该在支撑上搁置重物。
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）钢板桩的查验、矫正、吊装及堆放
1、钢板桩的查验
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），对缺点部位加以整修。
（1）用于基坑临时支护的钢板桩，要紧进行外观查验，包括表面缺点、长度、宽度、厚度、高度、端头矩形比、平直度和锁口形状等，新钢板桩必需符合了同厂质量标准，重复利用的钢板桩应符合表一的查验标准要求，不然在打设前应予以矫正。
重复利用的钢板桩查验标准表一
序号
检查项目
允许偏差
检查方法
单位
数值
1
桩垂直度
％
＜1
尺量
2
桩身弯曲度
＜2％L
L为桩长，尺量
3
齿槽平直度及光滑度
无电焊渣或毛刺
用1m长的桩段做通过试验
4
桩长度
不小于设计长度
尺量
（2）锁口检查的方式：
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。
检查采纳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。
关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双侧锁口平行。
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，方式是：
关于每片钢板桩分为上中下三部份用钢尺测量其宽度，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。
关于肉眼看到的局部变形可进行加密测量。
关于超出误差的钢板桩应尽可能不用。
（4）钢板桩的其它检查，关于桩身残缺、残迹、不整洁、锈皮、卷曲等都要做全面检查，并采取相应方法，以确保正常利用。
（5）锁口润滑及防渗方法，关于检查合格的钢板桩，为保证钢板桩在施工进程中能顺利插拔，并增加钢板桩在利历时防渗性能。
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）表面缺点矫正。
先清洗缺点周围表面的锈蚀和油污，然后用焊接修补的方式补平，再用砂轮磨平。
（2）端阔别矩形比矫正。
一样用氧乙炔切割桩端，使其与轴线维持垂直，然后再用砂轮对切割面进行磨平修整。
当修整量不大时，也可直接采纳砂轮进行修理。
（3）桩体挠曲矫正。
腹向弯曲矫正是将钢板桩变曲段的两头固定的支承点上，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头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，可依照钢板桩扭曲情形，采纳（3）中的方式矫正。
（5）桩体截面局部变形矫正。
对局部变形处用千斤顶顶压、大锤敲击与氧乙炔焰热烘相结合的方式进行矫正。
（6）锁口变形矫正。
用标准钢板作为锁口整形胎具，采纳慢速卷扬机牵拉调整处置，或采纳氧乙炔热烘和大锤敲击胎具推动的方式进行调直处置。
3、钢板桩吊运及堆放
装卸钢板桩宜采纳两点吊。
吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过量，并应注意爱惜锁口免受损伤。
吊运方式有成捆起吊和单根起吊。
成捆起吊通常采纳钢索捆扎，而单根吊运经常使用专用的吊具。
钢板桩堆放的地址，要选择在可不能因压重而发生较大沉陷变形的平坦而牢固的场地上，并便于运往打桩施工现场，必要时对场地地基土进行压实处置。
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、长度别离堆放，并设置标牌说明；
（3）钢板桩应分层堆放，每层堆放数量一样不超过5根，各层间要垫枕木，垫木间距一样为3-4m，且上、基层垫木应在同一垂直线上，堆放的总高度不宜超过2m。
（三）施工测量及观测
1、依照支护结构设计图纸放线定位，同时做好测量操纵网和水准基点。
2、基坑开挖及主体结构施工期间可在钢板桩上设置沉降及水平位移观测点通过变形观测对钢板桩的位移进行有效操纵，以保证基坑平安。
（四）钢板桩施工
1、振动锤
钢板桩振动打拔桩法选用的是高频液压振动锤。
表二是部份振动锤性能表。
振动打拔桩锤性能表表二
型号
质量（t）
功率（KW）
偏心距（N·m）
激振力（KN）
许用抗拔力（KN）
尺寸（m）
振幅（㎜）
频率（r/min）
制造国家
DZ30
30
154
120
130
××
900
中国
DZ45
45
210
275
147
××
8～10
780
中国
DZ60
60
367
531
250
××
1100
中国
DZ90
90
300～500
400～600
255
××
中国
DM2-5000
90
300
550
××
1100
日本
DZ120
120
695
760
350
××
中国
DZ150
150
980
1354
500
××
中国
DM2-2500
150
2000
860
××
27
620
日本
M450
2
1100
4500
2500
800
××
75
700
荷兰
2、振动打拔桩法适用情形
高频液压振动锤桩机适用情形表表三
钢板桩
地层条件
施工条件
费用
工程规模
优点
缺点
形式
长度
软弱粘土
粉土粘土
砂层
硬土层
辅助设施
噪音
振动
贯入能量
施工速度
所有形式
很长桩不适合
合适
合适
可以
不可以
简单
小
大
一般
一般
一般
大工程
打拔都可以
油耗大
3、钢板桩施工的顺序
钢板桩的打设尽管在基坑开挖前已完成，但整个板桩支护结构需要等地下结构施工完成后，在许可的条件下将板桩拔除才算完全终止。
因此，施工整个进程为：
依照施工图及高程放设沉桩定位线→依照定位线控设沉桩导向槽→整修平整施工机械行走道路→沉设围护桩→将围护桩送至指定标高→挖土及焊接支撑系统→支护内结构施工→基坑回填→拔除钢板桩。
4、钢板桩的打设
（1）打桩围檩支架（导向架）的设置
为保证钢板桩沉桩的垂直度及施打板桩墙墙面的平整度，在钢板桩打入时应设置打桩围檩支架，围檩支架由围檩及围檩桩组成。
图四所示围檩系双面布置形式，打桩要求较低时也可单面布置，若是对钢板桩打设要求较高，可沿高度上布置双层或多层，如此，对钢板桩打入时导向成效更佳。
一样基层围檩可设在离地面约500mm处，双面围檩之间的净距应比插入板桩宽度放大8～10mm。
围檩支架一样均采纳型钢组成，如H型钢、工字钢、槽钢等，围檩桩的入土深度一样为6～8m，间距2～3m，依照围檩截面大小而定。
围檩与围檩桩之间用连接板焊接。
图四打桩围檁支架
（a）平面布置；（b）剖面
1-围檁桩；2-围檁；3-钢板桩；4-连接板
（2）打桩流水段的划分
打桩流水段的划分与桩的封锁合拢有关。
流水段长度大，合拢点就少，相对积存误差大，轴线位移相应也大如图五（a）、（b）；流水段长度小，那么合拢点多，积存误差小，但封锁合拢点增加图五（c）。
一样情形下，应采纳后一种方式。
另外采取先边后角打设方式，可保端面相对距离，不阻碍墙内围檩支撑的安装精度，关于打桩积存误差可在转角外作轴线修正。
图五打桩流水段划分
（a）一流水段；（b）二流水段；（c）四流水段
（3）钢板桩打设
a、为避免锁口中心线平面位移，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板桩的位置，以便随时检查校正。
b、开始打设的一、二块钢板桩的位置和方向应确保精准，以便起到样板导向作用，故每打入1m应测量一次，打至预定深度后应当即用钢筋或钢板与围檩支架焊接固定。
5、钢板桩的转角和封锁合拢
由于板桩墙的设计长度有时不是钢板桩标准宽度的整数倍，或板桩墙的轴线较复杂，或钢板桩打入时的倾斜且锁口部有间隙，这些都会给板桩墙的最终封锁合拢带来困难，往往要采纳导形板桩、轴线修整等方式来解决。
（1）导形板桩法。
在板桩墙转角处为实现封锁合拢，往往要采纳特殊形式的转角桩——导形板桩，如图六所示。
它是将钢板桩从反面中线处切开，再依照选定的断面进行组合而成。
由于加工质量难以保证，打入和拔出也较困难，因此应尽可能幸免采纳。
（2）轴线修整法。
通过对板桩墙闭合轴线设计长度和位置的调整，实现封锁合拢的方式，如图七所示。
封锁合拢处最好选在短边的角部。
轴线调整的作法如下：
图六异形板桩图七轴线修正
（a）闭口形；（b）开口形；（c）转向形；（d）90°转角形
a、沿长边方向打至离转角桩约尚有8块钢板桩时临时停止，量出至转角桩的总长度和增加的长度；
b、在短边方向也照上述方法进行；
c、依照长、短两边水平方向增加的长度和转角桩的尺寸，将短边方向的围檩与围檩桩分开，用千斤顶向外顶出，进行轴线外移，经查对无误后再将围檩和围檩桩从头焊接固定；
d、在长边方向的围檩内插桩，继续打设，插打到转角桩后，再转过来接着沿短边方向插打两块钢板桩；
e、依照修正后的轴线沿短边方向继续向前插打，最后一块封锁合扰的钢板桩，设在短边方向从端部算起的第三块板桩的位置处。
6、打桩方式的选择
（1）单桩打入法
这种方式是以一块或两块钢板为一组，从一角开始逐块（组）插打，直至工程终止，如图八所示。
这种打入方式施工简便，可不断顿地打，桩机行走线路短，速度快。
但单块打容易向一边倾斜，误差积存不易纠正；墙面平直度难操纵。
图八单桩打入法
1-围檁桩；2-围檁；3-两头先打入的定位钢板桩
（2）双层围檩法
这种方式是在地面上必然高度处离轴线必然距离，先筑起双层围檩架，而后将板桩依次在围檩中全数插好，待四角封锁合扰后，再慢慢按阶梯状将板桩逐块打至设计标高的方式，如图九所示。
这种打入法能保证板桩墙的平面尺寸、垂直度和平整度。
但施工复杂，不经济，施工速度慢，封锁合拢时需异形桩。
图九双层围檁法
1-围檁桩；2-围檁
（3）屏风法
用单层围檩每10-20块钢板桩组成一个施工段，插入土中必然深度形成较短的屏风墙；然后先将两头1-2块钢板桩打入，严格操纵其垂直度，用电焊固定在围墙上，其余钢板桩按顺序分1/2或1/3板桩高度呈阶梯状打设；如此逐组进行，直至工程终止的打入方式。
这种方式能避免板桩过大的倾斜和扭转；能减少打入的累计倾斜误差，可实现封锁合拢；由于分段施打，不阻碍临近钢板桩施工。
但插桩的自立高度大，要采取方法保证墙的稳固和操作平安。
7、钢板桩的拔除
（1）拔桩阻力计算
拔桩阻力F包括钢板桩与土的吸附力Fe及上一段钢板桩与土的侧面阻力Fs：
F=Fe+Fs
式中Fe——钢板桩与土的吸附力；
Fe=Ulτ
U——钢板桩的周长；
L——钢板桩的长度；
τ——钢板桩与各土层吸附力按土层厚度的加权平均值（L范围内）。
关于静力拔桩取静吸附力；关于振动拔桩取动吸附力（不同土层与钢板桩的吸附力参见表二）；
Fs——钢板桩与土侧面阻力；
Fs=еаBhμ
еа——作用在钢板桩上的主动土压力强度，按h范围内土层厚度的加权平均值（Kn/㎡）；
B——钢板桩的宽度（m）；
h——钢板桩桩顶至坑底的长度（m）；
μ——钢板桩与土的摩阻阻力系数，取～。
钢板桩不同土质中的吸附力τ（KN/㎡）表四
土质
静吸附力
动吸附力
动吸附力（含水量很少时）
粗砂砾
中砂（含水）
细砂（含水）
粉土
砂质粉土（含水）
粘质粉土
/
粉质粘土
/
粘土
/
硬粘土
/
非常硬粘土
/
（2）拔桩顺序
关于封锁式钢板桩墙，拔桩的开始点离开桩角5根以上，必要时还可距离拔除。
拔桩顺序一样与打桩顺序相反。
（3）拔桩时应注意事项
a、拔桩时，可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的阻力，然后边振边拔。
对较难拔出的板桩可先用柴油锤将桩振打下100-300mm，再与振动锤交替振打、振拔。
有时，为及时回填拔桩后的土孔，在把板桩拔至此基础底板略高时（如500mm）暂停引拔，用振动锤振动几分钟，尽可能让土孔填实一部份。
b、起重机应随振动锤的起动而慢慢加荷，起吊力一样略小于减振器弹簧的紧缩极限。
c、供振动锤利用的电源应为振动锤本身电动机额定功率的倍。
d、对引拔阻力较大的钢板桩，采纳间歇振动的方式，每次振动15min，振动锤持续工作不超过。
（五）桩孔处置
1、钢板桩拔除后留下的土孔应及时回填处置，专门是周围有建筑物、构筑物或地下管线的场合，尤其应注意及时回填，不然往往会引发周围土体位移及沉降，并由此造成临近建筑物等的破坏。
2、土孔回填材料经常使用砂子，也有采纳双液注浆（水泥与水玻璃）或注入水泥砂浆。
3、回填方式可采纳振动法、挤密法填入法及注入法等，回填时应做到密实并无漏填的地方。
六、支撑系统施工
在软弱地基支护施工计中往往要采纳支撑对钢板桩进行支承的支护形式。
当基坑较深，基坑周围场地较小时，常采纳这种形式如图十所示。
图十支护支撑示用意
（一）钢管支撑
一样采纳ф609钢管余料接长，也有采纳ф406钢管。
具有支撑刚度大，单根支撑的承载力大，支撑间距较大（最大约10m）。
但支撑与支撑、支近与围檩的安装和连接麻烦，尺寸不易精准，现场工作量大，施工质量难以保证。
（见后附施工图例）
（二）H型钢支撑
它是利用螺栓将H型钢连接。
具有组装方便，现场装配简单，依照不同的基坑按设计要求进行组合和连接，可重复利用，在支撑杆件上能安装各类检测仪器进行施工检测。
（三）支撑安装
1、依照支撑布置图在基坑周围钢板桩上口定出轴线位置。
2、依照设计要求，在钢板桩内壁用墨线弹出围檩轴线标高。
3、由围檩标高弹线，在钢板桩上焊接围檩托架。
4、安装围檩。
5、依照围檩标高在基坑立柱上焊接支承托架。
6、安装短向（横向）水平支撑。
7、安装长向（纵向）水平支撑。
8、在纵、横支撑交叉处及支撑间的间隙处，用夹具固定。
9、在基坑周边围檩与钢板桩间的间隙处，用C20混凝土填充。
10、为了使支撑受力均匀，在挖土前宜先给支撑施加预应力。
施加预应力的方式为：
（1）用千斤顶在围檩与支撑的交接处加压，在裂缝处塞进钢楔锚固，然后撤去千斤顶。
（2）用特制的千斤顶作为支撑的一个部件，安装在各根支撑上，预加荷载后留在支撑上，待挖土终止后，拆除支撑，卸去荷载。
（四）拆除支撑
为避免变形，拆除支撑时一样要采取逐层换撑、逐层拆除逐层回填土的方法。
在设置支撑位置时，就应考虑地下室施工和换撑的结合。
七、土方开挖施工
钢板桩施工完后土方开挖施工是十分重要的一个环节，直接阻碍到支护系统的稳固，因此必需有靠得住的开挖方案，不然可能致使支护失败。
通常情形下支撑系统安装与土方开挖配合进行。
（一）土方开挖应分层分区持续施工，并对称开挖，土方开挖至钢板桩设计围檩标高进行围檩支撑施工。
（二）围檩制做安装：
围檩及支撑一样设置在钢板桩墙顶以下米处，依照设计位置在钢板桩内壁上焊围檩托架，然后吊装H型钢围檩并焊接加固。
（三）基坑周边（约一倍桩长）范围内严禁堆载。
（四）地面及坑内设排水方法。
（五）开挖进程中注意支护体系的变形观看（注意周围建构筑物、挖掘机等对支撑系统的阻碍）。
（六）基坑内作业时，有专职平安员负责。
（七）在基坑开挖进程中需要注意的问题：
1、在地下水位很高的软土地基中施工中，钢板桩的垂直度及搭接更显重要，当钢板桩未贴靠在围檩上部份，需作加垫处置，使钢板桩的压力传到围檩及支撑上，支撑的材料、制作、焊接必需严格按图施工。
2、挖土和支撑的架设施工进程必需紧密配合，挖土进程要保证平安的前提下，迅速为支撑施工制造工作面，支撑结构必需能较快地产生整体刚度或预紧力，二者配合就能够较好地利用软土施工中的时空效应，有效地操纵围护体系在受力后的变形。
施工中切不可超挖和不及时施加支撑，土方施工要求分层均匀高效，以使支护结构处于正常的受力状态。
八、技术保障及方法
1、为提高深基坑围护的平安靠得住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固性进行验证，确保深基坑施工的靠得住性。
2、沉设钢板桩的施工中，严格依照沉桩标准施工，基坑四角必需采纳角桩，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。
3、依照具体情形增设对角斜撑距离及数量，现场配备压密注浆机，对个别渗漏处进行止漏处置，实现拉森桩围护项，技术参数达到标准要求。
4、严格依照基坑施工标准实施每道工艺的施工，开挖坑土堆放至10m～15m（1倍桩长）之外，坑土堆放要平整最大程度的减小堆土对围护桩的侧压力，增强围护的平安系数，即时对坑内积水进行抽排。
在对基层实施挖土时，挖土机械严格依照标准操作，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，确保基坑平安。
5、成立严格的工序交接程序，制定科学、严谨、可行的施工打算，最大程度的调动施工群体的主观能动性，拟定合理的奖罚条律，坚持以人为本，平安第一的原那么，增强协作意识，高度重视施工质量，如期完成施工任务。
6、在进行钢板桩的支护施工中要专门注意地下水的阻碍。
碰到有水的情形必然要采取有效方法进行堵塞，避免泥砂随渗水排出。
碰到离建筑物较近，地质条件较差的地段，能够考虑打加密桩的方式，更有利于施工并避免泥水排出。
武钢江北工程消防、绿化拉森钢板桩施工
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武钢江北工程镀锌车间沉渣池、废酸池等拉森钢板桩施工
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