拉森钢板桩在桥梁承台基坑施工中的应用

拉森钢板桩在桥梁承台基坑施工中的应用

王宝归

中国水电建设集团十五工程局有限公司

摘要：拉森钢板桩在桥梁工程墩柱基坑支护作业中日渐凸显，成为现阶段桥梁作业施工的重要基础，它具有施工简单，安全性高、速度快，经济环保的特点。通过分析其施工作业细节及拉森钢板桩施工的基本流程来对相关技术重点进行研究，以此为拉森钢板桩在桥梁墩柱、承台施工中的有效运用提供一定的技术帮助。论述了拉森钢板桩在基坑支护中的使用情况，施工工艺和注意事项。

关键词：拉森钢板桩；桥梁承台；施工工艺；预防措施

一、工程概况

1、工程简介

双峰路东延道路建设工程为二级公路兼顾城市主干路功能。道路起于浦乌路至于七坝路，全长3333.817，其中浦乌路至横江大道段宽54米，长2386.853，设计为双向6车道；横江大道至七坝路段宽30米，长946.964米，设计为双向4车道。道路跨越金穗河、丰子河、紫鸢河三座河道，共建设三座桥梁。

丰子河桥位于双峰路东延与丰子河路交叉口附近，上跨现状丰子河，蓝线宽33m。桥梁中心桩号K1+093.488，采用3×13m简支梁桥，桥梁总宽56m。金穗河桥梁下部结构桥墩：采用桩柱式，立柱直径为?100cm，承台厚150cm，桩基采用?120cm钻孔灌注桩，共计28根。桥台为桩柱式，桩基采用?100cm钻孔灌注桩，共计28根。丰子河河道水面宽度为27.0m，河道正常水位为6.0m，河道淤泥顶高程约为3.65m。丰子河桥梁承台施工尺寸：59m*2.2m，每侧放宽1.5m后基坑尺寸为62m*5.2m。

丰子河桥桥梁现场情况为：1、河道水位过高2、河床底4.35m以下为淤泥质粉质粘土层，含砂量较大开挖困难容易塌方，易出现管涌现象，承台顶标高为2.7m，承台底开挖标高为1.1m。现场根据开挖情况分析下层土质均为淤泥质粉质粘土层，开挖时易出现管涌现象，无法继续进行开挖。借鉴到相邻道路的桥梁的施工情况，丰子河桥桥梁在施工1#、2#墩柱、承台施工时采用拉森钢板桩进行支护。

2、施工总体方案

根据现场情况墩柱、承台位于河道内，首先采用围堰导流形式改变河道位置，对河道内进行清淤换填处理，然后进行钻孔灌注桩施工，在桩基施工完成后即进行拉森钢板桩围堰支护施工。根据承台处地质为淤泥质粉质粘土，流塑，土质差，同时考虑钢板桩围堰整体刚度大，钢板桩周圈咬合紧密，有止水措施，防水性能好，在粘性土层的较浅水河床承台基础施工中，不需水下作业，打拔桩容易，回收率高，可大大降低成本，况且桥梁下部结构工期相当紧，用钢板桩围堰可以马上组织施工，可节约工期，所以丰子河桥梁承台基础拟采用拉森钢板桩围堰施工。

根据本工程地质及开挖基坑特点，围护桩可选用SP-Ⅳ型9米长的拉森钢板桩进行施工，为防止外部地下水对施工的影响，本基坑围护采用小齿口的拉森钢板桩，在拉森钢板桩的上部做围懔支撑，围檩材料采用双拼H型钢（HW400*400*13*21），支撑均采用Ф630*16钢管横撑；在拉森钢板桩施工前先对地下障碍物进行清除，土方开挖后对多余土方进行外运。

3、施工难点分析

桥梁承台所处位置地质条件很差，现河面水位较高，虽然采用围堰导流的方式改变河道，但是地下水水位高給基坑开挖带来难度。该处从现有河道到承台施工范围内均为河底淤泥质粉质黏土，土质以淤泥质粉质黏土、粉砂及塘泥为主，状态以流塑和高压缩性为主，基本承载力较低，而且该基坑属于深基坑，开挖深度达3.5-4.5m，产生的土压力相当大，平面开挖尺寸：丰子河桥梁基坑尺寸为62m*5.2m，再加之承台及立柱下部作业施工需要在基坑内完成，给内部支撑造成困难。同时地下水水位较高，容易产生管涌及底部隆起，在施工过程中需采取管井降水措施。

二、拉森钢板桩的特点

拉森钢板桩又叫U型钢板桩，它作为一种新型建材，在建桥围堰、大型管道铺设、临时沟渠开挖时作挡土、挡水、挡沙墙；在码头、卸货场作护墙、挡土墙、堤防护岸等，工程上发挥重要作用。拉森钢板桩做围堰不仅绿色、环保而且施工速度快、施工费用低，具有很好的防水功能。施工原理是用打桩机及振动锤将钢板桩压入地下构成一道连续的板墙，作为深基坑开挖的临时挡土、挡水围护结构。

拉森钢板桩工艺特点：

1、高质量（高强度，轻型，隔水性良好），施工简单，缩短工期；

2、建设费用便宜、互换性良好，可重复使用58次、施工简单、工期缩短、耐久性良好，寿命50年以上；

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；

4、钢板桩安全性高而且时效性较强，钢板桩可以不受天气条件的制约；

5、对于建设任务而言，能够降低对空间的要求、处理并解决挖掘过程中的一系列问题；

6、使用钢板桩能够提供必要的安全性而且时效性较强；

三、施工工艺

1、拉森钢板桩施工的顺序

施工场地准备→测量定位→钢板桩打设→土方开挖→安装围檩及支撑→开挖至基底→承台、立柱施工→基坑回填→拆除围檩→拆除钢板桩。

2、钢板桩打桩

（1）、插打施工

为确保插打位置准确，第一片钢板桩是插打的关键。开始插打时在导向架上设置一个限位框架，尺寸比钢板桩每边放大1cm，插打时钢板桩紧靠导向架。在互相垂直的两个方向用全站仪观测，以保证钢板桩插正、插直，然后以第一根钢板桩为基准，再向两边对称插打钢板桩。在整个钢板桩围堰施打过程中，开始时插一根打一根，即将每一片钢板桩插打到设计位置，到剩下最后五片时，要先插后打，若合拢有误，用倒链或滑车组对拉使之合拢，合拢后，再逐根打到设计深度。

（2）、合拢施工

钢板桩围堰在施工中，应选择河床较低处或下游为合拢面。在即将合拢时，预留约为5片左右，开始测量并计算出钢板桩底部的直线距离，根据钢板桩的宽度进行计算，确定增加钢板桩数量采用绕圆弧的方式进行合拢。合拢桩的处理：

①为了便于合拢，合拢处的两片桩应一高一低，合拢时往往出现“上小下大”的情况，此时可用倒链或滑轮组向两边拉开，直到合拢桩两边的桩顶距离等于钢板桩宽度，并且接近平行，将合拢桩插入，起动振动锤，将合拢桩打入到设计标高。

②方形围堰有四个面，打完的每一片都要保证钢板桩沿导向架的法线和切线方向竖直，合拢应选择在角桩附近（一般离角桩4～5片），如果距离有差距，可通过调整相邻一边离导向的间距，，为了防止合拢处两片桩成异面直线，角桩一定要调整好方向，让其一面锁口与对面的钢板桩锁口尽量保持平行，合拢时若两片桩不在一条直线上，可拔除几根，进行调整。

③在插打过程中，钢板桩下端向上挤压，钢板桩锁口和锁口之间缝隙较大，上端总会产生向远离第一根钢板桩的方向倾斜。因此，每打四五根钢板桩就要用垂球吊线，将钢板桩的倾斜度控制在1%以内，超过限定的倾斜度应予以纠偏（一次性纠偏不能太多，以免锁口卡住，影响下一片钢板桩的插打）。当钢板桩偏移太多时，采用多次纠偏的方法逐步减少偏移量，若因土质太硬纠偏困难时，采用倒链或滑轮组纠偏。封口时，精确计算异形钢板桩的尺寸，确保止水质量。

3、基坑开挖及钢板桩支护系统施工

（1）主要施工方法：采用人工配合挖机进行基坑开挖作业；利用50t汽车吊配合吊装围檩和内部支撑；采用电焊机2台焊接围檩和内部支撑；同时调用水泵2台，用来抽围堰内的积水。

基坑弃土处理：直接开挖出淤泥土用汽车外弃至弃土场。

（2）围檩支撑安装与基坑开挖：围檩采用采用双拼H型钢（HW400*400*13*21），支撑采用Ф630*16钢管对撑，每6米设置一道对撑，以确保基坑施工安全。围檩在施工现场加工完成，吊车吊装至设计位置。围檩与钢板桩间的连接采用钢板桩上焊接牛腿连接，围檩安装在牛腿上如下图所示。

（3）基坑开挖支撑施工顺序：基坑开挖宜采用人工配合挖掘机开挖，施工时机械减小动作幅度慢速开挖，以减小基坑边缘处的动载。

承台施工流程：①钢板桩施工完成后，基坑土方开挖至桩顶下1.5m位置，安装围檩和支撑，内支撑与围檩间采用焊接。并检查围檩支撑的稳定性。②围檩支撑检查完毕后，基坑土方开挖至基础底标高，破除桩头，清理基底进行人工找平，浇筑砼垫层。③进行承台钢筋及模板安装，承台混凝土浇筑。④拆除承台模板，进行基坑回填，回填至承台顶面标高，进行立柱施工。

4.检查验收

（1）进场材料检查验收

使用新钢板桩时，要有其机械性能和化学成份的出场证明文件，并详细丈量尺寸，检验是否符合要求；使用旧钢板桩时，在插打前必须对其进行检查、丈量、分类、编号，同时对两侧锁口用同型号长2～3m的短桩做通过实验，已2～3人拉动通过为宜。锁口通不过或桩身有弯曲、扭曲、死弯等缺陷，采用冷弯、热敲（温度不超过800～1000℃）、焊补、铆补、割除、接长等方法加以整修。施工前在钢板桩锁口内抹黄油加木屑。

（2）打设完后检查验收

每组钢板桩在顺围堰周边方向及其垂直方向的倾斜度均不大于5‰。

（3）围檩支撑检查验收

检查钢板桩与围檩密贴情况，若空隙不大，则打入钢板；若空隙较大，则用工字钢顶在钢板桩与围檩之间。

检查内支撑与围檩焊接情况，若未按施工图纸焊接，则要求作业人员重新焊接，达到技术交底要求为止。

5、钢板桩围堰拆除

承台施工结束后，拆除模板，强度达到以后，向承台基坑内回填黏土并压实。待立柱施工完毕拆除模板并回填完毕后拆除钢围堰。

（1）、围檩支撑拆除

立柱施工完毕，确定承台四周基坑回填密实后，再向围堰内回填土方至设计河底高程后，拆除支撑及围檩。

（2）、钢板桩拔除

拔桩前保证基坑内外压力相等。拔桩时先用打拔桩机夹住钢板桩头部振动1-2分钟，使钢板桩周围的土松动，产生“液化”，减少对桩的摩阻力，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，先振动1-2分钟后再往下锤0.5-1.0m再往上振拔，如此反复即可将桩把出来。直至钢板桩全部拔出。钢板桩拔出后要按指定位置堆码整齐，并根据要求进行修整与防护，以便重复利用。

四、施工中出现的质量问题的原因分析与防治措施

1、渗漏和涌沙

（1）现象。基坑挖土过半时，发现钢板桩渗漏，主要在接缝处和转角处，有的地方还涌沙。

（2）原因分析。拉森钢板桩旧桩较多，使用前未进行校正修理或检修不彻底，锁水处咬合不好，以致接缝处易漏水。转角处为实现封闭合龙，应有特殊形式的转角桩，这种转角桩要经过切断焊接工序，可能会产生变形。打设拉森钢板桩时，两块板桩的锁口可能插对不严密，不符合要求。拉森钢板桩的垂直度不符合要求，导致锁口漏水。

（3）预防措施。旧钢板桩在打设前需进行矫正。矫正要在平台上进行，对弯曲变形的钢板桩可用油压千斤顶顶压或火烘等方法矫正。做好围檩支架，以保证钢板桩垂直打入和打入后的钢板桩墙面平直。防止钢板桩锁口中心线位移，可在打桩行进方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。由于钢板桩打入时倾斜，且锁口结合处有空隙，封闭合龙比较困难，解决的办法一是用异形板桩（此法较困难）；二是采用轴线封闭法（此法较为方便）

（4）治理方法。采用水玻璃水泥浆用灌浆方式施工堵漏。

2、拉森钢板桩侧倾和基坑底土隆起及地面裂缝

（1）现象。采用拉森钢板桩，开挖土方的挖土机及运土车辆设在地面钢板桩侧，开挖不久即发现钢板桩顶侧倾，坑底土隆起，地面裂缝并下沉。

（2）原因分析。这些钢板桩施工都在软土地区，设计的嵌固深度不够，因而桩后地面下沉，坑底土隆起是管涌的表现。在挖土作业时由于挖土机及运土车在钢板桩侧，增加了土的地面荷载，导致桩顶侧移。

（3）防治措施。钢板桩嵌固深度必须由计算确定。挖土机及运土车不得在基坑边作业，如必须施工，则应将该项荷载计入设计中，以增加桩的嵌固深度。一般拉森桩施工时，基底采用砼封底，四周有钢板桩支护，基底水压较大，为更好地防水，基底做砼封底，其厚度按土质而定。另外钢板桩支护转角处连接不够紧密，宜发生流砂现象，根据地质情况如需进行压密注浆，注浆数量为3～4根。

（4）治理方法。坑外卸载，挖去一定范围内土体。坑内按实际情况作坑底地基土加固，然后挖去隆起的土体至标高。

五、经验总结

1、通过对拉森钢板桩在桥桥梁承台基坑施工中的应用进行分析，发现这项施工技术具有施工效率高、安全性高、占用空间小等优点。此外，钢板桩可以重复使用，节省投资。

2、采用拉森钢板桩支护，对周围环境影响较小。拉森钢板桩施工简便，工序简单，质量容易控制，工期短，且现场整洁。

3、在进行拉森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砂随渗水排出。

4、为了保证拉森钢板桩的施工质量，施工人员在进行施工时一定要按照相关的施工要求进行严格遵循相应的技术规范，对于拉森钢板桩围护施工中一些重难点，要严格把控，还要做好对钢板桩围堰的定时监测，从而保证它能发挥应有的作用。

参考文献：

[1]国家行业标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）

[2]双峰路东延道路建设工程桥梁钢板桩专项施工方案

[3]李有得.某支护工程中拉森施工技术研究

[4]李群.拉森Ⅵ型钢板桩在深水桥梁基础施工中的应用