钢板桩在水利基坑支护中的应用

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摘要：随着水利建设行业的不断发展，钢板桩作为一种支护结构被普遍运用于泵站、水闸及管线施工中的基坑支护上。本文主要以城北泵站的基坑工程为例，简单介绍该工程的钢板桩支护的方案选择，以及该钢板桩在施工过程中的技术要点。

关键词：钢板桩；基坑支护；方案设计；施工要点

中图分类号： TV551.4 文献标识码： A 文章编号：

随着水利建设行业的不断发展，城市土地资源的日益紧缺，出现了越来越多需在原有建筑物旁建设的泵站、水闸等深基坑水利工程。这类水利工程对于基坑方案设计和施工技术提出了更高的要求。因此，选择恰当的支护方式是深基坑支护问题关键的一步，直接涉及到工程的安全和造价。现时常见的深基坑支护方式有预应力锚杠、土钉墙、加筋搅拌桩、钻孔灌注桩、钢板桩、分级放坡开挖等。近年来，由于钢板桩有着造价低、隔水性能好、重复利用率高、使用寿命长、安全性高、施工方便等优点，在水利工程的基坑支护中被广泛使用。

一、钢板桩的相关知识

按照2007年颁布的建筑工业行业标准定义, 冷弯钢板桩是对钢带进行连续弯曲变形, 形成截面为Z形、U 形或其它形状, 可通过锁互联接的建筑基础板材。钢板桩边缘带有联动装置,且这种联动装置可以自由组合以便形成一种连续紧密的挡土或者挡水。一般来说，钢板桩主要是从截面特性来改善其抗弯能力。现时国内外新型的钢板桩也可以通过改进制造材料的强度物理特性来达到, 主要从成分、力学性能、冷弯性能、弹性模量等参数的改良。工程常用的有Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型拉森钢板桩，长度一般为6米、9米和12米，宽度为0.4米，高度约0.1～0.18米；而Ⅴ型拉森钢板桩一般有12米、15米，宽度为0.5米，高度约0.2米。

在具体的水利工程设计及施工过程中，工程师应该坚持从工程的地质条件、周边环境和基坑自身的特点出发，通过进行经济、技术和工期等多方面的综合比较，最终选择出最优的基坑支护方案。钢板桩支护较为合适的使用环境有：①基坑周边土质较差，开挖边坡很缓，开挖工程量较大；②基坑周边靠近建筑物或道路；③基坑受深度地下水影响；④施工工期较紧等。此外，钢板桩支护还有着造价低、可循环使用、可在船上施工、机械施工方便等优点，因此其在工程上的应用较广泛。

二、钢板桩支护方案的选择

钢板桩支护有着较多的优点，但因为其定型长度有限、截面尺寸有限、不能打入基岩、打拔施工时对附近建筑物有一定的影响等缺点，因此并非所有基坑支护都能选用。在此，我们通过工程实例，对钢板桩基坑支护的选型作出比较、论述及计算。

城北排涝泵站位于高明区明城镇城区，主要是为解决老城区的内涝，排至外江高明河。泵站设计排涝流量为9.5 m3/s，最高净扬程4.55m，选用潜水轴流泵。泵房平面尺寸为15.4米×15.0米，基础最大开挖深度达7.0米。距离泵房西侧3.0米为水泥市政道路，距离泵房西侧9.0米处有一栋2层高的民居。在钻孔深度范围内，拟建场地由人工填土层、第四纪海陆交互相沉积层及石炭系石磴子组风化基岩组成，由上至下可分为6层。地质情况自上而下为：填筑土层，层厚约1.3米；淤泥质土层，层厚约2.9米；粉砂层，层厚约2.7米；中粗砂层，层厚约2.4米；粉土、粉质粘土层，层厚约5.4米；粉砂层，层厚约2.7米；微风化岩带。地下水位为地面以下2.5米。

由于泵房开挖较深且地质条件不好，如采用纯放坡开挖的型式，肯定会危及西侧建筑物的安全，必须采取合理的基坑支护方式。如果采用纯钢板桩支护的方式，由于本地区常用最长的拉森Ⅲ型钢板桩仅为12米，据经验考虑会显得有点勉强。初步选用上部1.0米深范围开挖形成2.0米宽的平台，下部的6.0米深为拉森Ⅲ型钢板桩支护。距离钢板桩顶部2.0米处设28号的两根工字钢组合横梁，设置DN500的钢管对撑，钢管间距约4.0米。对撑钢管采用法兰连接，用以施加对撑的预应力。

经计算，当基坑开挖完成时，基坑整体抗滑稳定、抗倾覆、抗隆起参数均能满足设计规范要求。另外，根据计算成果，钢板桩中部最大位移为18.8mm，最大弯矩为112.51KN·m，最大剪力为74.99KN。采用计算成果的弯矩数值，对拉森Ⅲ型钢板桩结构进行复核，其最大应力满足钢板桩强度的要求。因此，本工程采用的12米长拉森Ⅲ型钢板桩作基坑支护方式是合理的。

三、钢板桩在施工过程中必须掌握的技术要点

由于钢板桩在基坑支护工程中的重要性非常明显，因此，在钢板桩具体施工过程中应掌握以下的技术要点：

第一，必须熟悉施工流程。根据施工图的要求，必须确定钢材桩的施工流程，首先必须设定沉桩的定位线，根据定位线控设沉桩导向槽。桩在打入前应将桩尖处的凹槽口封闭，避免泥土挤入，锁口应涂以黄油或其它油脂。然后整修和平整施工机械，设定行走路线，然后打桩，上支撑系统。最后基坑分层开挖，分层支撑。在基坑开挖的过程中，应合理控制开挖进度。最后待完成主体建筑物浇注工程达到一定强度并完成回填土后，拔除钢板桩。

第二，选择正确的打桩方法和合适的打桩机械设备。在施工过程中，选择“屏风式”的打桩方法，合理划分流水段，从而使打设后的板桩墙具有足够的强度和良好的防水性能，以满足基坑围护和基础施工的要求。钢板桩在施工中是从一个角落开始逐块插打，每块钢板桩自插打后到结束中途不能间歇。打拔钢板桩一般使用振动冲击打桩机械。这种机械是在振动打桩机的机体与夹具间设置冲击机构，在激振机产生上下振动的同时，产生冲击力，使施工效率大大提高。

第三，拔除必须仔细研究拔桩方法顺序和拔桩时间。拔桩方法和顺序、时间如果没有计划好，再加上拔桩震动的影响和拔桩带土过多可能会引起地面下沉，给已经完成施工的地下结构带来隐患，不利于保证临近原有建筑物或管线的安全。对于不同的钢板桩，应该采取不同的拔桩顺序和拔桩起点，对于封闭式钢板桩墙，拔桩起点最好离角桩的距离在5根以上，也可以根据沉桩时的具体情况确定拔桩起点，也可以采用跳跃拔的方法。拔桩的顺序最好与打桩时保持相反的方向。

第四，做好基坑围护的监测工作。施工单位应该充分利用现有的测量仪器进行钢板桩外地标沉降和水平位移的测量，并正确处理施工中的突况。对支护结构进行变形估算主要通过对基坑周围土地的土质、支护情况进行初步估算，得出钢板桩变形值，这样不仅可以有效防止钢板桩的失衡，避免严重的工程塌方事故的发生，同时也可以帮助预测钢板桩的使用寿命。

四、总结

综上所述，钢板桩作为基坑支护方案，具有施工进度快、安全稳定、空间利用率高的优点，同时，钢板桩还可以重复利用，减少建筑施工成本费用。随着城市水利建设行业的快速发展，基坑工程的发展趋势逐渐变为越深、越大、周围环境日益复杂化，这就使得基坑支护的难度也在逐渐增大。因此，钢板桩在城市水利建设施工中具有重要的价值，并需不断推广和应用。

参考文献：

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