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拉森钢板桩在西安某综合管廊项目中的实际应用

401 2020-08-18 08:56:39


摘要:拉森钢板桩因其施工速度快、绿色环保、应用范围广而备受关注,主要应用于建桥围堰、大型管道铺设、临时沟渠开挖时用作挡水、挡土的维护结构。条状坑槽、水位降深不大的浅基坑、降水对周边建筑物影响较大、维护结构施工受限等项目中采用拉森钢板桩较为经济合理,东南沿岸软土、砂土地区应用较多,西北地区应用较少。文章结合地质情况谈拉森钢板桩在西北地区某综合管廊工程中的应用。

关键词:拉森钢板桩、综合管廊、基坑维护结构

1、引言

1957年武汉长江大桥修建时我国首次将U型钢板桩应于桥墩围堰施工中。2003年起U型热轧拉森钢板桩(图1)租赁服务企业开始兴起,为拉森钢板桩的推广、应用,开启了一个新的发展契机。随着中国城镇化的加速,拉森钢板桩因其施工速度快、止水效果好、施工费用低、对周围环境影响小等优点而备受推崇。地铁、综合管廊、抢险救灾项目中应用拉森钢板桩的优势更加明显。

2、工程概况

西安市某段地下综合管廊开挖起点为K0-100,终点为K2+240,全长2340m,采用明挖法施工,管廊宽度约10m,高度约4.3m。管廊基坑普遍开挖深度约7.3m,基坑重要性等级二级。局部交叉路口开挖深度11 7~13.37m区段,基坑重要性等级为一级,设计使用年限为一年。

2.1 工程地质及水文条件

拟建地段地层由上至下主要为:①人工填土 ( Q4ml ) ,黄褐色,土质不均匀,以黏性土为主,含有大量植物根茎,部会地段含有少量生活垃圾和砖瓦块,管廊沿线均有分布。②黄土状土 ( Q4al + pl ),褐黄色,为非自重湿陷性黄土,湿陷性等级轻微,主要由粉土构成,局部为粉质黏土,土质均匀,含有粉砂、云母等。③中细砂,褐黄色,主要成分为石英、长石、云母,稍密状态,局部为松散状态。④粗砾砂,灰黄色,主要成为为石英、长石、云母和暗色矿物,含少量砾石局部夹少量卵石,呈湿一饱和,密实状态。⑤灰黄色,主要成为为石英、长石、云母和暗色矿物,含少量砾石,局部夹少量卵石,呈湿一饱和,中密状态,局部稍密状态。⑥褐黄色,土质均匀,结构紧密,稍具粘性,含少量云母,呈饱和,可塑一项塑状态。

2.2 基坑支护方案

管廊南侧为新建道路及雨污水管线,勘察期间测得地下水位埋深为3.30~6.50m,基坑开挖深度约7.3m,基坑外侧无放坡开挖的空间,且不能大量抽取地下水。结合基坑开挖深度、地质条件和周边环境,基坑支护采用热轧U型钢板桩+一层钢水平对撑,具体见图2。局部交叉路口开挖深度约11.70~13.37m,采用灌注桩+一层钢水平对撑+2~3层预应力锚索,顶部采用放坡+喷射混凝土。采用钢板桩支护方案可以起到支护+止水的双重效果,基坑内地下水采用明排,基坑分段施工。

图2  热轧U型钢板桩+水平对撑设计示意图

2.3钢板桩材质及检验要求

材质要求:采用U型热轧钢板桩,标准长度12m。屈服强度不小于295MPa,钢板桩宽度400mm,高度170mm,腹板厚度15.5mm。

外观检验:钢板桩的表面无缺陷,长度、宽度、厚度、平直度和锁口形状等符合规范要求。

物理力学检验:对钢材的化学成分,构件的拉伸、弯曲、锁口强度和延伸率等进行试验检验。

3、钢板桩施工

施工工艺流程
:钢板桩校验及校正→板桩放线定位→挖沟槽→钢板桩插入和预打→沉打钢板桩→土方开挖至支撑标高以下0.5m处→支撑安装→土方开挖至设计标高→管廊结构施工→管廊侧壁回填→拆除支撑→拔除板桩→桩孔回填。

打桩前,应对其进行检查,板桩立面应平直,锁口合乎标准,锁口不合的修整合格后方可使用。钢板桩锁口内涂油脂,以方便打入和拔出,并将桩尖处的凹槽底部封闭,避免泥土挤入锁扣。

沉桩设备采用履带式挖掘机+振动锤DZ45A(图3)。①先由测量人员定出钢板桩的轴线,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。采用屏风式打入法施工,不易使板桩发生屈曲、扭转、倾斜和墙面凹凸,打入精度高,易于实现封闭合拢。施工时,将10-20根钢板桩成排插入导架内,使它呈屏风状,然后再施打。通常将屏风墙两端的一组钢板桩打至设计标高或一定深度,并严格控制垂直度,用电焊固定在围檩上,然后在中间按顺序分1/3或1/2板桩高度打入。③每根桩到达设计标高后,采用工字钢将相邻桩焊接固定,连成一片,防止打桩时引起相邻桩的下沉,见图4。④基础施工期间,挖土、吊运、绑钢筋、浇筑混凝土等施工过程中,严禁碰撞支撑,严禁拆除支撑,禁止在支撑上任意切割、点焊,也不应在支撑上搁置重物。⑤拔桩后留下的桩孔,必须采用石屑或中粗砂及时回填处理。

4、钢板桩施工中出现的问题及处理措施

1)沉桩困难。
钢板桩施工过程中,局部出现最后1.0~2.0m钢板桩沉入困难,通过各方研究发现,桩尖进入④层粗砾砂(呈密实状态),沉桩较为困难。最终把标高压不到位的桩进行切割。还有8处在浅层部位出现压桩困难,判断为遇到孤石,采取拔出钢板桩,挖出孤石,重新压桩的方案。

2)桩身倾斜。有几根钢板桩在施工过程中倾斜超过规范值。经过分析应该是沉桩过程中遇到小块孤石或障碍物导致桩头受力不均匀,钢板桩虽勉强通过,桩头便向阻力小的方向位移导致了桩的垂直度超限。后续施工过程中用仪器随时检查、控制、纠正钢板桩的垂直度。当出现倾斜用钢丝绳拉住桩身,边打边拉逐步纠正。

3)带桩下沉。
本工程也遇到了诸多工程施工中的邻桩下沉问题。在排桩施工至设计标高后,采用22号工字钢进行焊接固定,防止后桩影响前桩;在连接锁口处涂抹油脂,减少阻力;钢板桩被连带下沉无法控制时,在受影响的钢板桩头部焊接同类型钢板桩以补充其长度不足。

4)拔桩困难。
拔桩顺序和压桩顺序相反,大多数都能顺利拔出。少数钢板桩锁口锈蚀、变形严重拔出很困难,拔除的过程中经过反复振动加水,拔出实在困难的,先开挖一定深度后再反复振动加水直至拔出,最终将所有的钢板桩全部回收。

5、拉森钢板桩的优缺点

1)高质量(高强度,轻型,隔水性良好);

2)施工速度快,工期缩短、耐久性好;

3)绿色环保、可重复使用;减少了取土量和混凝土用量,有效地保护了土地资源;

4)救灾抢险的时效性较强,如防洪、塌方、塌陷、流沙等;

5)钢板桩施工受天气因素制约较小;

6)一次性投入费用高;

7)难于打入密砂及硬粘土中。

6、结论

钢板桩维护结构具有施工进度快、安全、占地空间小等优点,这对于城市内窄河涌堤岸整治工程、水深较大、淤泥或粉细砂等软基的基坑支护工程使用较为有利,但缺点是钢板桩材料一次性投入费用较高,占用流动资金多,且密砂及硬粘土中沉桩困难。文章结合工程案例深入分析了钢板桩维护结构的施工流程、施工过程中出现的问题及采取的处理措施等,为今后类似工程施工提供参考。


参考文献:

【1】余志成,施文华编,深基坑支护设计与施工,北京:中国建筑工业出版社,1997;

【2】赵凯,拉森钢板桩在基坑维护中的应用[J].山西建筑,2008,34(35):128-129;


作者介绍:

杨亚军,男,工程师,主要从事岩土工程方面的施工研究。