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【摘要】本文结合工程实例，简述拉森钢板桩在马钢新区基坑围护工程中的设计、施工工艺特点、工艺流程、施工方法、以及沉桩质量控制和保证措施。 【关键词】钢板桩、支护、基坑。 一、工程概况 马钢500万吨高附加值板卷产品生产线位于马鞍山市慈湖工业园内,主要包括新建1条2250热连轧线、1条2130酸洗冷连轧线、3条热镀锌线、2条彩涂线以及相配套的炼铁、炼钢及全部公辅设施。 本文介绍2130酸洗冷连轧线地下排水管廊拉森桩围护工程，地下管廊单侧长度251.8 ，采用双面拉森桩围护总延长米503.6 ，地下管廊宽度包括结构施工工作面，217轴至226轴6.8 ，226轴至229轴，2A轴至2C轴8.45 ，基坑平均开挖深度包括垫层内0.00以下-7.4 ，局部廊段最大开挖深度-8.6 ，拟采用长度12 的拉森IV钢板桩实施双面围护，以确保基坑安全开挖，管廊结构顺利施工。 二、地质概况 根据区域地质报告，自上而下土层分布为： 表层为回填矿渣，并不均分布积存一定量块石，积存一定量的天然降水，该层土层厚度约33.5 。 次层沉桩段为含少量粉煤灰的软塑状粉质粘土，土层厚度为57 。 桩端持力层段为粉质粘土。 见下图 三、钢板桩方案 1、钢板桩的选用 根据工程所在地场地特点，结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑，选用拉森号钢板桩，拉森号钢板桩宽度适中，抗弯性能好，依地质资料及作业条件决定选用钢板桩长度12 长，要求钢板桩入土深度达桩长0 .5倍以上。 2、打桩设备 拟采用Z550型液压振动沉桩机，作为沉设拉森桩主要动力，为确保基坑开挖安全，并采用250*250的H型钢实施围囹加固，必要时可沉设锚桩，对围护实施拉锚加固。投入钢板桩打拔桩机4台用于施工。打拔桩机为挖掘机（日立550）加液压高频振动锤改装而成，为台湾仿荷兰产振动锤，激振力220kN。 见图 四、钢板桩设计方案 1、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，计算简图如下。 2、钢板桩稳定性验算 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（如下图），为避免这种现象发生，施工前，需对地基进行稳定性验算。 五、钢板桩施工工艺 1、钢板桩施工的一般要求 钢板桩的设置位置要符合设计要求，便于排水管廊基础施工，即在基础最突出的边缘外留有支模、拆模的余地。 基坑护壁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。 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。 2、钢板桩施工的顺序 根据施工图及高程放设沉桩定位线实施表层回填矿渣土剥离根据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焊接围囹支撑挖土排水管廊施工填土拔除钢板桩。 3、钢板桩的检验、吊装、堆放 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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： 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； 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； 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。 4、导向架的安装 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，通常由导梁和围檩桩等组成，围檩桩的间距一般为2535m，双面围檩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： 采用经纬仪和水平仪控制和调整导梁的位置。 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。 导梁不能随着钢板桩的打设而产生下沉和变形。 导梁的位置应尽量垂直，并不能与钢板桩碰撞。 5、钢板桩打设 钢板桩施工要正确选择打桩方法、打桩机械和流水段划分，以便使打设后的板桩墙有足够的刚度和良好的防水作用，且板桩墙面平直，以满足基础施工的要求，对封闭式板桩墙还要求封闭合拢。 根据现场施工条件，采用单独打入法。 此法是从一角开始逐块插打，每块钢板桩自起打到结束中途不停顿。因此，桩机行走路线短，施工简便，打设速度快。但是，由于单块打入，易向一边倾斜，累计误差不易纠正，墙面平直度难以控制。 先由测量人员定出钢板桩围堰的轴线，可每隔一定距离设置导向桩，导向桩直接使用钢板桩，然后挂绳线作为导线，打桩时利用导线控制钢板桩的轴线，在轴向法向要求搞的情况下，采用导向架。 准备桩帽及送桩：打桩机吊起钢板桩，人工扶正就位。 单桩逐根连续施打，注意桩顶高程不宜相差太大。 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。 6、挖土 土方开挖应分层分区连续施工，并对称开挖，土方开挖至板桩顶以下1米处，进行围囹支撑施工。 围囹制做安装：围囹及支撑设置在板桩墙顶以下0.5米处，根据设计位置在钢板桩内壁上焊围囹托架，然后吊装H型钢围檩并焊接加固。 土方开挖前在基坑外进行井点降水，保持基坑内无水，便于挖土，机械进出口通道及四周采用换填并铺垫钢板以扩散压力，减小侧压力。 基坑周边（约一倍桩长）范围内严禁堆载。 地面及坑内设排水措施。 开挖过程中注意支护体系的变形观察。 基坑内作业时，有专职安全员负责。 在基坑开挖过程中需要注意的问题： 由于工程在地下水位很高的软土地基中施工，所以钢板桩的垂直度及搭接就十分重要，当钢板桩未贴靠在围囹上部分，需作加垫处理，使钢板桩的压力传到围囹及支撑上，支撑的材料、制作、焊接必须严格按图施工。 其次是挖土和支撑的架设施工过程必须紧密配合，挖土过程要保证安全的前提下，迅速为支撑施工创造工作面，支撑结构必须能较快地产生整体刚度或预紧力，两者配合就能较好地利用软土施工中的时空效应，有效地控制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。 7、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，应仔细研究拔桩方法顺序和拔桩时间，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。 先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动1min2min，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： 拔桩起点和顺序：对封闭式钢板桩墙，拔桩起点应离开角桩5根以上。可根据沉桩时的情况确定拔桩起点，必要时也可用跳拔的方法。拔桩的顺序最好与打桩时相反。 振打与振拔：拔桩时，可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的粘附，然后边振边拔。对较难拔除的板桩可先用柴油锤将桩振下100300mm，再与振动锤交替振打、振拔。 对引拔阻力较大的钢板桩，采用间歇振动的方法，每次振动15min，振动锤连续不超过1.5h。 七、安全技术保障及措施 、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。 、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。 、采用250*250H型钢实施围护桩，周边围令加固，并根据具体情况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理，实现拉森桩围护项，技术参数达到规范要求。 、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10m15m（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，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。 、建立严格的工序交接程序，制定科学、严谨、可行的施工计划，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，安全第一的原则，加强协作意识，高度重视施工质量，如期完成施工任务。 八、经验总结 1、从马钢新区钢板桩应用的实际效果来看，使用钢板桩做基坑围护，具有施工进度快、安全、占地空间小等优点。此外，钢板桩可以重复使用，节省投资。 2、采用钢板桩围护截渗和轻型井点降低地下水位后，使基坑能迅速挖至预定高程，基坑面经处理后，即可浇筑管廊底板的混凝土垫层，从而为下一阶段的施工创造了有利条件，不仅提高了工程进度，而且受雨季的影响较小，保证整个工程的顺利进行。 3、采用钢板桩支护，对周围环境影响较小。钢板桩施工简便，工序简单，质量容易控制，工期短，且现场整洁。 4、在进行钢板桩的支护施工中要特别注意地下水的影响。遇到有水的情况一定要采取有效措施进行堵塞，防止泥砂随渗水排出。遇到离建筑物较近，地质条件较差的地段，可以考虑打加密桩的方法，更有利于施工并防止泥水排出。 5、基坑开挖及排水管廊主体结构施工期间可以通过变形观测对钢板桩的位移进行有效控制，保证基坑安全。 参考文献： 1建筑地基与基础施工手册汪正荣主编 建筑工业出版社 2005 2土力学与地基基础张伯平党进谦 编著 西安地图出版社 2001 3土木工程施工同济大学 主编高等教育出版社 2003同安城区污水管道系统总长度约11公里，由大桥污水提升泵站、城北和城东截流管道、城南污水管道以及浦声污水转输管道等四个部分组成。因受现场条件的限制，管道系统主要布置于同安城区内东溪和西溪的河道内侧。管道系统沿途需顶管穿越324国道一次，水下穿越东溪、西溪河流两次，同时还需多次穿越现地上建筑物需要保护的区域，工程施工条件较为复杂。下面本人拟结合该工程中的一个实例，谈谈在穿越现状地上建筑物需要保护区域管道开槽施工中的相关保护措施。 一、工程地段现场条件和地质条件概述 1、现场条件 设计污水管道管径d1200，管道中心线距现状橡胶坝管理房8.5米，距水电投资公司办公楼6.0米。橡胶坝管理房为条形扩大基础，水电投资公司办公楼为灌注桩基础。现状地面高程7.2米，沟槽施工开挖深度6.15米。 2、地质条件 工程地点地质结构自上而下依次为杂填土（厚度3.05米）、细砂层（厚度1.10米）、含泥砂砾（厚度2.60米，成分以石英颗粒为主，处于饱和中密状态）、含砾石砂砾层（厚度3.50米，主要由卵石及砂砾组成，卵石直径27厘米，含量40%，呈饱和中密状态）和残积砾质粘性土（埋深10米，承载力较高，母岩为花岗岩，工程性能好）。地下水埋深3.2米，受外侧溪流潮水位影响明显。 二、开槽施工中影响附近建筑物变形的主要因素分析 1、降水造成的影响 工程降水是软弱和流沙地质条件下常用的一种辅助工程措施。在无承压水等特殊环境下，提水过程中，随着降水曲线范围内土层中水位的降低，会导致土层下沉，从而造成附近建筑物的变形。 根据相关资料，一般降水影响半径R为6001000米，也可由下式求得： R=2H1（H2k）1/2（米） 其中： H1-含水土层厚度（米） H2-初始地下水的厚度（米） K-含水土层的渗透系数（米/秒） 而降水造成的地面沉降（S）可按下式估算： S=PH/E 其中： H-降水深度，为降水面和原始地下水面的高度差 P-降水产生的自重附加应力，P=Hrw/4 rw-地下水的容重 E-降水深度范围内的土层回弹模量 2、土体流失造成的影响 开槽施工过程中，如果沟槽两侧有地表水进入或所采取的井点降水效果不好，会把沟槽两侧的土体带入沟槽。土体的移动将引起板桩支撑系统失稳或形成局部坍塌，从而影响邻近建筑物的稳定。 3、板桩支撑失稳造成的影响 在板桩支撑系统中，沟槽底面以下土层的粘聚力和内摩擦角值较小、土层的回弹模量（E）较低、板桩进入土层深度不够、板桩支撑刚度不足、横向支撑间距过大等原因，均可引起地表水或地下水带土流入沟槽，使板桩背后土体的变形过大，从而直接造成附近建筑物的沉降变形。板桩支撑失稳对地面的影响程度可分为三种： （1）小变形，地面沉降值50毫米，沉降影响范围为11.5倍沟槽深度； （2）中等变形，地面沉降值50100毫米，沉降影响范围1.5倍基坑开挖深度； （3）大变形，地面沉降值100毫米，沉降影响范围2.5倍基坑开挖深度。 4、板桩拔除时的影响 在工程实践中，板桩一般采用槽钢，当沟槽施工完毕拔除板桩时，势必会带出部分土体（例如按l28a长10米估算，每块板桩带出的土体约为0.19立方米），引起土层的沉降变形，从而对建筑物的稳定造成影响。 三、保护措施综合比较分析 从上面的理论分析可知，沟槽施工中降水和土体流失是造成附近建筑物沉降变形的主要原因。因此，施工中所采取防护措施的关键是达到挡土止水的目的。根据以往工程的经验以及相关参考资料，管道沟槽开槽施工防护措施中，可达到挡土止水目的的措施，一般有板桩（槽钢板桩、钢筋混凝土板桩）防护、灌注桩防护、深层搅拌水泥土桩墙防护、压力注浆防护等。上述几种工程保护措施的优缺点和适用范围等综合比较分析见表1。 四工程实例和实际效果 工程措施的采用必须兼顾技术性、经济性和安全性这三方面的要求。综合以上分析比较，并结合本工程现场的沟槽深度情况（最大开挖深度约6.15米，沟槽长度60米）、地质条件（流沙，地下水受外侧溪流水位的影响大）和建筑物情况（建筑物为12层的低层构筑物，保护要求不高）等方面的特点，对本管段沟槽开挖决定采取槽钢板桩护壁加圆钢组合支撑的防护措施。 1、计算分析 以沟槽条件较为不利的橡胶坝管理房侧为计算分析控制因素。 （1）计算条件 a、建筑物采用条石扩大基础，基础埋深2.85米，小于沟槽开挖深度6.15米。经换算，地上建筑物超载值=15Kpa。 b、沟槽开挖为预先挖除上层土层厚1.5米，放坡坡度系数为1.00，坡脚台宽4.75米。 表1：主要防护措施比较 措施名称 优点 缺点 适用条件 板桩（槽钢板桩、钢筋混凝土板桩）防护 1、止水挡土； 2、可回收利用，比较经济； 3、开阔场地施工方便，易于施工； 4、槽钢板桩可以回收利用。 1、难以闭合，易形成渗水和土体移动通道； 2、槽钢板桩会带出土体，需采取措施； 3、打桩机架高13米，易受施工场地限制； 4、钢板桩刚度较其它桩的刚度小； 5、施工噪音大。 1、适用于保护距离开挖沟槽6米以外的建筑物和保护要求不高的低层建筑物； 2、适用于软土、淤泥质土及地下水丰富地区。 灌注桩防护 1、止水挡土； 2、具有较好的抗折性能； 3、施工设备简易，施工灵活； 4、可兼作沟槽护壁； 5、与注浆防护结合使用有类似连续墙的功能。 1、工程费用较高； 2、施工时，成孔、垂直度、两桩连接的质量要求难以控制。 1、适用于多层建筑物和有一定保护要求的建筑物； 2、对粘性土、砂类土、黄土和淤泥土必须与高压喷射水泥注浆桩合并使用； 3、不适合于地下水流速过大地区。 深层搅拌水泥土桩墙防护 1、两桩之间可以相互咬合，止水挡土性能最好； 2、可兼作沟槽护壁； 3、工程费用低 1、达到较好的防护效果，厚度在3米左右； 2、不设钢筋时抗折性能较差； 3、作为止水挡土构筑物时需要较大直径。 1、适用于要求较高的多层建筑物或其他建筑物的保护； 2、按有关规定仅用水泥土桩墙作防护，其深度不得超过坑深6米。 压力注浆防护 1、可以固结土体封闭涌流通道，止水挡土性能较好； 2、一般与其他工程措施结合使用，效果较好。 1、措施费用较高； 2、对施工机械有特殊要求。 大多用于有特殊要求的建筑物的保护。 C、防护槽钢板桩长9.0米，顶标高与开挖基槽面（-1.50米）平，设置两道横向支撑，分别位于开挖面（-1.50米）以下0.10米及3.10米处。 d、沟槽开挖深度为6.1