李 明

（辽宁水利土木工程咨询有限公司，辽宁沈阳110003）



拉森钢板桩在深水围堰中的应用

李 明

（辽宁水利土木工程咨询有限公司，辽宁沈阳110003）

摘要：拉森钢板桩在深水围堰施工中应用十分广泛，文章结合实际工程实例对拉森钢板桩基本概念、设计要点以及施工注意事项进行探讨，结论对于提高拉森钢板桩在深水围堰工程中的应用具有重要的理论和实用价值。

关键词：深水围堰；拉森钢板桩；桥梁承台

作为一种新型建材，拉森钢板桩在工程施工中发挥着重要作用，整体稳定性极强，不仅可用作提防护岸、挡土墙，还在开挖沟渠、建桥围堰的过程中发挥挡沙、挡土的功效，能够快速形成围堰，绿色环保，施工费用成本较低［1］。深水围堰中确保基坑安全的关键技术就是拉森钢板桩，通过分析其在深水围堰中的应用状况，可以更好的指导工作人员的实际施工状况，从而使拉森钢板桩围堰施工项目以最合理的投入，获得最大的经济效益。

1　概述

1.1 拉森钢板桩的种类和特点

根据支护结构的不同，可以将拉森钢板桩划分为支撑式、锚拉式及悬臂式等，而根据外观形状，则将钢板桩分为IV型、V型、VI型，其中IV型拉森钢板桩的生产成本较低，且生产工艺相对简单，所以具有及其广泛的应用。防水效果良好、施工周期短、方便快捷、强度大、质量较轻及锁口紧密是拉森钢板桩最显著的特点。

1.2 拉森钢板桩在深水围堰施工中的应用

作为一种特制的钢板桩，拉森钢板桩在深基坑开挖时发挥着重要作用，可以充当临时挡土、挡水的围护结构，其主要靠振动锤、打桩机的动力，在地下压入钢板桩，形成连续性的板墙。拉森钢板桩在深水围堰施工中主要用于浅水低桩承台，通常水深都≥4m，当施工条件为风化岩层、河床覆盖层较厚的碎土石或砂类土等环境下尤为适用，此外，在浅水区基础工程施工过程中也占据着极高的地位。

2　拉森钢板桩水中围堰的组成及设计

2.1 拉森钢板桩围堰的组成及设计要点

拉森钢板桩围堰主要由拉森钢板桩、内支撑和底部为封底混凝土构成。拉森钢板桩围堰施工设计过程中的要点主要包括：（1）数据参数收集；（2）确定支撑层数与间距；（3）拉森钢板桩的长度计算；（4）拉森钢板桩强度复核；（5）抗倾覆验算；（6）基底隆起验算；（7）腰梁支撑强度、刚度。其中在钢板桩长度的确定和计算时，应先进行封底厚度计算，依据公式K=（G1+G2+G3+P）/F＞1.05，验算是否满足抗浮稳定要求；其次进行锚固深度计算，根据公式（Kp -Ka）X2-KaHX-KaHL5= 0，确保基坑稳定性；之后验算钢板桩和围囹截面、强度，完成围堰稳定性分析与验算。

2.2 拉森钢板桩围堰的具体结构设计

2.2.1 堰体设计

由于围堰至少三面均临水，因此在施工过程中不仅容易受到船舶运行的冲击力，还易发生漏水的状况，因此对于围堰施工内侧面应使用黏土填筑的拉森Ⅳ型钢板桩进行保护，在所有临水面应用槽钢板桩进行保护。围堰结构的整体宽度和钢板桩顶部高度应符合施工的而具体要求，承台结构边缘同围堰内侧面钢板桩之间的距离不少于1m。在围堰内侧和外侧还可以采用毛竹片、尼龙彩色布条进行围挡，以有效增强堰体的稳固性，防止出现因水流不断冲击而发生水土流失的现象，保证深水围堰施工的顺利进行［2］。此外，还应将防护槽钢对密排钢板桩进行焊接，并使两排槽钢形成一个整体，使两排堰体钢板桩距离保持在3m，增强稳定程度，优化结构整体性能。

2.2.2 内支撑设计

在承台基坑开挖施工过程中，应用由140工字钢构成的围檩对围堰进行进一步的保护，在堰体内侧靠近钢板桩的桩顶的位置，通过单层或多层围檩进行支撑防护。施工过程中要注意，一方面应将倒木砧安置于钢板桩及围檩二者间的凹陷处；另一方面还要确保钢板桩同围檩焊接的稳固性，应通过相同材质的工字钢作为支撑杆。深水围堰在整个过程中还存在变形的问题，为了有效解决这一问题，开挖施工阶段要根据实际情况合理的添加内支撑道数，应用H型钢自动埋弧焊接工艺对钢板桩及工字钢连接起来，填补其中的缝隙，有效的控制变形，并采用工字钢对堰体四角部位进行斜撑［3］。

2.3 钢板桩围堰受力计算

2.3.1 数据参数搜集

首先要对水深进行测量，在测量前需要清除淤泥厚度，并设置多层支撑，在计算前还需要知道钢板桩的惯性模量W，抗弯设计强度设计值［fb］，水度重γw，沙粘土重度γ，内摩擦角Φ以及粘聚力c。

2.3.2 拉森钢板桩的长度计算

在围堰封底抽水后，封底混凝土会受到向上最大水压作用，要求封底混凝土不出现折裂，也就是必须满足抗弯要求。按照周边简易支撑的双向板，在承受均匀分布载荷的情况下，对跨中弯矩W进行计算。计算时的弯矩系数应该根据围堰的长宽比例确定，一般应在0.4～0.9之间。对于矩形板的跨度计算应取最小跨。并根据求得的弯矩值计算封底厚度。

在封底混凝土和钢板之间的粘滞力作用下，可以不被静水压力破坏时，可以满足抗浮要求，验算是否满足抗浮稳定要求。

式中：G1—钢板桩自重；G2—封底混凝土自重；G3—浮力；P—桩基混凝土总重；F—钢板桩与土之间的总摩擦力。

2.3.3 锚固深度计算

不同锚固方法的锚固深度计算方法有所不同，一般悬臂式最大，但是对于同一个结构，建议首先按照多锚固式板桩计算，最后在进行必要修正。常用的计算公式为盾恩公式：

式中：Ka—主动土压力系数；Kp—水面与最下层支撑的距离；L5—最下层支撑与坑底的距离；X—被动土压力系数；H—入土深度。式中只有入土深度X未知，将其余量带入公式求解即得。

图1　计算简图

3　施工要点

3.1 钢板桩检验

（1）基坑临时支护的钢板桩，主要进行表面缺陷、长度、宽度、厚度和高度等一系列外观检验，重复使用的钢板桩如不符合检验标准要求应予以矫正。

（2）用一块长约2 m的钢板桩作锁口检查标准，并对所有钢板桩做锁口通过检查。对于锁口扭曲及“死弯”等问题要立即进行校正。

（3）对于每片钢板桩用钢尺测量其宽度，对于肉眼可辨的变形进行加密测量，偏差超出预定范围的钢板桩应尽量不用。

（4）对于上述检查合格的钢板桩，锁口都须均匀涂以混合油，以保证润滑性能。

3.2 钢板桩施工

打桩和槽钢焊接要牢固，以便打桩时提高精确度。插打时钢板桩靠紧导向架，并在互相垂直的2个方向用经纬仪进行实时观测，一旦发现偏位，立即用履带吊调整，直到钢板桩达到设计标高。

3.3 围堰抽水与支撑

抽水过程中要对抽水速度和高度进行严格控制，在安装第一道支撑后进行抽水至第二道支撑处，然后进行第二道围檩及支撑安装，再进行抽水和第三道围檩及支撑安装，依次至整个作业结束。此外，内撑构件及其接点焊接必须按设计图要求严格施工，确保焊接质量。

3.4 混凝土封底

基坑抽水和清淤完成后，对基坑内的情况进行必要检查，若一切正常，就可进行混凝土封底施工。施工中应注意浇筑过程一次性完成，确保浇筑质量［4］。

4　工程案例

4.1 某工程的钢板桩围堰资料数据

该项工程中和河水绝对标高是+3.0m，承台顶端标高是-2.1m，河床标高是-2.1m，河水水深是5.1m。而拉森Ⅳ型钢板桩的整体宽度是1m，内腔边长b的截面模量是2037cm2，外腔边长a的截面模量是788cm2。通过锁扣对称之字形的途径对钢板桩进行插打，钢板桩施工的围檩插桩法详见图2，如图所示，围檩截面周线对称的标准是b边，所以计算围檩抗弯模量时，应将b边作为主要参考。

材质为3号钢的拉森钢板桩的总体桩长为12m，底部标高为-9.0m，顶部标高+3.0m，容许弯曲应力是200MPa，钢板桩的单位质量为75kg/m及187kg/m3。I40b工字钢围檩的截面抵抗矩Wx和Wy分别为1139cm3和96.2cm3，其横截面积为94.1cm2。

图2　钢板桩施工的围檩插桩法

深水围堰施工时，经地质勘测资料显示：粉质细砂偶夹砂质粉土层的厚度约是12.1m，而砂质粉土层的厚度约是2.2m，二者的湿重度（γ）、凝聚力（c）、内磨擦角（Φ）及孔隙比（e）等属性分别为19.5 和19.3 kN/m3、6.0和7.0、31.0°和28.0°、0.722 和0.768，二者的物理性质指标（Gs）均为2.69。

4.2 单锚深埋钢板桩计算

按上述方法计算得计算深度最小值为4.52m，而钢板桩的整体长度为11.6m，所以在施工中应选取钢板桩的长度为12m，可以保证深水围堰的施工稳定性。

4.3 内支撑受力验算

横围檩受力Mmax为119.5 kN·m，利用公式σ= Mmax/W，得知105 MPa＜［σ］，即横围檩满足受力条件。支撑杆受力计算结果为：压杆稳定系数Φ 为0.520，受力大小为99.3 MPa，满足受力条件。

5　结语

拉森钢板桩在深水基础围堰施工中发挥着重要作用，能够有效避免管涌、流砂、渗水和漏水等情况的出现，施工效率较高，稳定性强，提高了承台、钻孔灌注桩的施工安全性，还能够重复利用，但在拉森钢板桩入土深度方面，有待进一步研究。

参考文献

［1］黄斌勇.浅谈拉森钢板桩在深水围堰中的应用［J］.市政技术，2011（S1）：70-71.

［2］李群.拉森Ⅵ型钢板桩在深水桥梁基础施工中的应用［J］.铁道勘察，2012（03）：54-58.

［3］刘伯洋.深基坑施工拉森钢板桩的受力分析［J］.施工技术，2009（S1）：158-160.

［4］陈宁.浅析钢板桩围堰施工［J］.甘肃水利水电技术，2013 （05）：60-63.

［5］李仁民，刘伟，陈晓凤.大直径圆形钢板桩围堰施工技术［J］.施工技术，2013（13）：33-37.

［6］袁启铭.坑口闸除险加固工程设计分析［J］.水利技术监督，2015（03）：67-69.

［7］胡小周，曹振中.府河特大桥桥梁深水承台钢板桩围堰施工技术［J］.四川水利，2013（05）：65-66.

［8］毛文忠.高等级河道中的低埋承台施工工艺选择［J］.建筑施工，2015（01）：22-25.

作者简介：李 明（1987年—），男，助理工程师。

收稿日期：2015-09-23

DOI：10.3969 /j.issn.1672-2469.2016.02.040

中图分类号：TV48

文献标识码：B

文章编号：1672-2469（2016）02-0111-03