1、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
2、 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=20KN/m3，内摩擦角 =20 o，不考虑内
3、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=tg 2(45 -20 /2)=0.49 ； Kp=tg 2(45 +20 /2)=2.04 ； yd=3.0* tg (45 +20 /2)=4.3m。 Ea1=KaH12/2=20*0.49*5.52/2=148.2KN；Ea2=Kah(H1- yd)/2=20*0.49*7*1.2=82.3 KN 1 D O P B A -6.0 N B D O C P A E2 Ea3 Ea1 Ea2 e1= KaH=20*0.49*12.5=122.5 KN。 2）经初
4、步计算，在-8m处设一道支撑，求土压力为0 处反弯点O。 t0= KaH/ *(KB* Kp -Ka) (KB 为被动土压力修正系数，查规范取1.6) =20*12.5*0.4920*（1.6*2.04-0.49）=2.2m 。 则 Ea3= e1* t0/2=122.5*2.2/2=134.8 KN。 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=197.3 KN。 4） 求钳固深度H
5、d 及桩长。 O 点剪力： Q0=Ea-N=365.3-197.3=168 KN。 由 M0=0 ，得 E2=3Q ，即：（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。选用拉森式型钢板桩，规格为500*200*19.5，每延米截面矩 见拉森型，取W=3000cm3/m。求钢板桩最大弯矩Mmax 。 设 P 点剪力为0，由Kah(y-4
6、.3)+ Kay2/2=N。 得 20*0.49*7*（y-4.3 ）+20*0.49y2/2=197.3 y=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?= Mmax/W=275.3*103/3000=91.8Mpa 91.8 Mpa0.5?=105 Mpa(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
7、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。
8、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
9、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
10、 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815mm 。 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
11、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。
12、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
13、.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。
14、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
15、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
16、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
17、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
18、：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
19、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
20、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
21、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。
22、 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35m 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 、 、 ，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+582.000633.000 ，RDK1+558.507 609.560, 总长约为 102m ，采用国产拉森式型钢板桩，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。
