赵树强，李建功

(云南省城乡建设投资有限公司，昆明 650200)

云南地区拉森钢板桩实践应用的技术分析

赵树强，李建功

(云南省城乡建设投资有限公司，昆明 650200)

根据相关文献资料及本地工程中钢板桩的使用情况，对钢板桩中使用较多的拉森钢板桩在云南地区的实践应用进行技术总结。介绍了拉森钢板桩常用的型号和使用机械，并对拉森钢板桩施工和质量控制中的难点和重点问题进行了阐述。还展示了拉森钢板桩直壁支护、桩锚支护、沟槽内支撑支护、基坑内支撑支护及桩锚反拉支护等支护形式。分析对比了钢板桩支护与排桩及钢板桩支护的费用情况，发现了钢板桩支护费用与支护使用时间之间的关系特征。

拉森钢板桩；基坑支护；内支撑；基坑造价

0 引言

钢板桩具有节能、高效、环保、绿色等特点，但使用其作为支护结构需要采购大量钢材，占用大量资金，因此，钢板桩支护未能得到广泛的推广。随着近些年钢材价格回落，建筑市场竞争激烈，钢板桩在支护结构中的优点越来越得到认可。云南地区特别是昆明和大理均处于湖相沉积地区，大量的基坑开挖需要进行止水支护，这给钢板桩在云南地区的应用创造了良好的条件。

钢板桩具有高强度、轻型、防水性能好；耐久性强，使用寿命长、互换性强、可重复使用；见效快、施工简单、缩短工期、建设费用较省、安全可靠等特点。近几年在多个工程中使用到该支护结构形式，但在施工手册和规范中虽对钢板桩有所提及但均不够详尽，关于云南地区使用情况的文献较少。本文根据相关文献资料及本地工程中钢板桩的使用情况，对钢板桩中使用较多的拉森钢板桩进行实践应用技术总结。

1 常用钢板桩型号及施工机械

1.1 钢板桩常用型号

钢板桩断面形式多样，常用的钢板桩有U型和Z型，其他还有热轧普通槽钢、直腹板式、H型、箱型和组合钢板桩。目前在云南地区应用较广泛的是拉森式U型钢板桩(以下简称拉森钢板桩)，通常使用的型号为SP-Ⅲ型，单根长6 m和9 m及SP-Ⅳ型，单根长12 m。拉森钢板桩分为国产型材和进口型材两种，国产型材强度相当于Q235级钢材，进口型材强度高于国产。图1中显示为拉森式U型钢板桩的截面形式，表1中显示了拉森钢板桩常用的尺寸及特征参数。从参数表中可以发现，拉森钢板桩不同型号截面尺寸中宽度一直为400 mm，即不同型号桩之间可以共同施工形成连续墙。由于钢板桩按重量计费，表中钢板桩每米重量是设计和施工中常用的重要参数。

图1 拉森式U型钢板桩

1.2 拉森钢板桩常用施工机械

拉森钢板桩一般采用振动锤打入，主要靠高频液压动力头使桩周边土产生液化效果后压入成桩，可安装在各类吊装设备上形成打桩机械。图2中施工机械是目前常用的打桩机，它是由挖掘机作为母体，加装高频液压机械手臂组合设计而成的。以日立450挖掘机为母体的履带式液压打桩机主臂长11.5 m，弯臂长2.5 m，自重45 t，履带尺寸长4.5 m、宽3.6 m，作业回旋半径为4 m，台湾产PCF402高频液力机械手1.57 m×0.78 m×2.35 m。一般压入速度1.8～4.9 m/min，引拔速度1.9～16.7 m/min。振动锤打桩机一般适用于较短的钢板桩如：12 m以下，长桩硬地层则需要柴油锤或蒸汽锤打桩机施工。振动锤打桩机施工拉森钢板桩适用于软土、粉土、黏土及砂层，在硬质黏土层打桩困难。

表1 常用拉森式U型钢板桩尺寸及特征参数

图2 拉森钢板桩施工机械

由于拉森钢板桩质量重长度大，施工需要25 t级吊车配合装卸，需要大型拖车将打桩机械和拉森钢板桩运送到工地。考虑到机械设备较重且尺寸较大，拉森钢板桩施工场地必须保证现场道路良好，周边有足够的场地供大型吊车施工操作。

2 施工工艺及质量控制要点

2.1 拉森钢板桩施工工艺

拉森钢板桩是采用带锁口或钳口的热轧型钢，依靠锁口或钳口相互咬合连接，形成钢板桩支护墙。由于其接口采用密扣式连接，能有效地防止水土流失，同时钢板厚度达10 mm以上，具有一定刚性，故可作为基槽(坑)临时支挡结构，且可以反复使用。

拉森钢板桩各种支护结构一般施工顺序：施工前准备→基础测量定位→表层土剥离→确认放设沉桩区域尺寸→安装沉桩导向梁→拉森桩打设→钢围檩焊接、加固→土方开挖→基础施工→回填土至桩顶→拆除围檩或拉锚装置→拔桩→填砂。

2.2 拉森钢板桩施工

2.2.1 拉森钢板桩的打入

由于拉森钢板桩为重复使用材料，施工前应进行现场各项检查，主要检查项目为其长度、宽度、高度和厚度，确保桩能通过表面缺陷修补、端部平面矫正、桩体挠曲矫正、锁扣变形矫正等检查。为保证沉桩位置和桩竖直，控制桩的打入精度，一般都要设置一定刚度的导架，也称为“施工围檩”(图3)，导桩间距一般为3～5 m，其打入土中深度以5 m为宜。

图3 施工导架

拉森钢板桩的主要打入方法有两种：

1)单根打入法(图4)：将钢板桩一根根地打入至设计标高，该方法施工速度快，桩导架高度相对较低，但容易倾斜，当打设要求精度高或桩长超过10 m时则不宜采用。

图4 单根打入法施工

2)屏风式打入法(图5)：将10～20根桩成排插入导架内，使之成屏风状，然后桩机来回施打，并使两端先打到要求深度，再将中间部分的桩顺次打入，该方法施工精度高但速度慢，桩导架较高。

图5 屏风式打入法施工

2.2.2 拉森钢板桩的打入控制

钢板桩打入时有一人专门指挥，随时调整钢板的垂直度，钢板桩在插入土体比较浅时(4～5 m)，用线锤或经纬仪控制钢板桩垂直度。钢板桩采用振动等方法打桩，开始沉桩时宜用自重下沉，待桩身有足够稳定后再施加压力，一般用钢丝绳反拉纠偏。当钢板桩偏斜严重或打桩地层阻力过大时可采取如下措施：1)先分段初步单根法打入，再分批采用屏风法施工。2)把相邻的钢板桩焊接在导梁上。3)为防止相邻板桩被带入土中，应在锁扣处涂抹黄油。

2.2.3 拉森钢板桩的转角和封闭

在有止水要求的基坑支护中，需要拉森钢板桩墙封闭合拢。由于基坑尺寸非钢板桩标准宽度的整数倍，导致拉森钢板桩墙轴线复杂，或者钢板桩打设产生误差等原因均会给合拢带来困难。钢板桩转角和封闭需要进行特殊的施工处理，以下是几种调整方法：

1)连接件法：利用特定尺寸的连接件，在施工过程中逐步调整位置，根据钢板桩和连接件的有效宽度确定板桩墙最终的合拢位置。该方法适用于大型工程，或对基坑尺寸要求严格的工程。

2)骑缝搭接法：该方法适用于对基坑止水要求较低，或基坑开挖范围内无流砂的地层。该方法利用单根拉森钢板桩或其他型号较大的钢板桩，打设于桩墙未闭合的缝隙处，单根桩设置于挡土侧。

3)轴线调整法：该方法是通过钢板桩墙闭合轴线设计长度和位置的调整实现封闭合拢的。具体做法是选定一个转角区域作为合拢区，调整转角处两边各8块钢板桩的轴线位置，改变转角的角度使桩墙最终在转角区附近合拢。

2.2.4 拉森钢板桩的拔除

拉森钢板桩的拔除一般有3种方法：分别是静力拔除、振动拔除和冲击拔除。在云南地区常用的是振动拔除法。振动拔桩法使用原打桩设备，操作简便且效率高，但振动会导致土层下陷，影响地下建筑和周边管线的安全，因此施工时需要特别注意。一般拔桩后产生的空隙采用灌砂填充法，该方法应用于对周边变形控制要求不高的场地。对地层变形控制严格的场地应配合跟踪注浆进行填充。

2.3 质量控制要点

拉森钢板桩施工质量要求在基坑、基础等规范中未见明确规定，钢板桩在DB11/489—2007《建筑基坑支护规程》中被划归为排桩支护类型，在《建筑施工手册(第五版)》中有较详尽的总结。主要的质量要求集中在两个方面：其一是钢板桩重复使用后桩体本身的施工前检查；其二是钢板桩连续墙施工质量验收。拉森钢板桩由于重复使用，对其桩身材料检查与新出厂的材料不同，需要逐个检查而不是抽查。钢板桩施工质量主要控制点和控制值分别为：垂直度允许偏差范围1%，桩顶标高偏差范围±100 mm，轴线位置偏差±100 mm。

3 拉森钢板桩支护应用总结

基坑支护常用的设计软件为北京理正深基坑支护结构设计软件。在软件中排桩支护和连续墙两个模块中包含了钢板桩的选项，一般拉森钢板桩计算采用连续墙模块，填入相关惯性矩、截面抗弯模量、截面面积和钢材强度后可进行相关计算。软件可计算悬臂、桩锚、内支撑等支护形式等常规支护形式，但对反拉的情况未明确提及，且专家在基坑评审过程中对反拉支护意见不统一。下面对施工中用到的支护形式进行逐个分析。

3.1 悬臂及锚索支护

拉森钢板桩悬臂支护(图6)是基坑支护中使用比较多的支护形式，该方法施工速度快、造价低，且可做到马上支护马上开挖的效果。该支护形式适用于对周边地层变形控制不严格的场地，适用于深度低于5 m的基坑，且基坑周边无堆载或车辆行驶。在深度超过4 m的基坑中设置悬臂支护结构，应在拉森钢板桩的桩顶设一道围檩或俗称“冠梁”，防止钢板桩变形撕裂并提高桩墙的整体性。深度超过4 m的基坑中应用该支护方法时，桩顶产生的变形通常会达到20 mm以上，超过其他桩型的支护结构，因此应通过监测数据的变形收敛情况确定基坑的稳定性。

对于基坑变形控制要求严格，地质条件较差，或基坑周边场地有堆载的情况，通常设置一道锚索，形成桩锚支护结构(图7)。锚杆穿过钢板桩时需要开洞，一般洞的直径需大过钻机的钻杆即可，但在拉森钢板桩中部开洞是钢板桩施工方不愿意做的。通常建筑一层地下室所需基坑深度在4～6 m之间，当基坑较浅时一般选择在钢板桩顶部设置一道锚杆，当基坑较深时在桩顶以下2 m处设置一道锚杆。桩锚支护结构控制基坑变形能力较强，但施工周期较长，适用于基坑周边无地下室或管线的场地。

图6 悬臂支护

图7 桩锚支护

3.2 沟槽内支撑支护

拉森钢板桩应用最广泛的领域是市政工程中的管沟开挖支护工程。由于通常市政管沟施工均在道路旁，因此，管沟支护中拉森钢板桩对撑支护(图8～10)便成为了最常用的形式。由于施工机械限制，云南市场通常使用较长的钢板桩为12 m，因此，通常该支护形式适用于约7 m内的沟槽支护。沟槽对撑支护的一大特点是使用标准构件，支护体系由拉森钢板桩、围檩、钢管内撑组成。针对沟槽的不同选用长度不同的桩，调整围檩和内撑的道数及间距，但围檩和内撑钢管的型号一般不变。纵向水平钢围檩采用HW300×300×10×15型钢，其单位重量=94.50 kg/m；对撑、水平斜撑采用325×10钢管，其单位重量=77.68 kg/m。为了方便安装管道及挖土，对撑水平间距一般在2.5～4 m之间，对撑的竖向间距一般在2 m左右，且上下对齐。

图8 沟槽对撑支护

图9 基坑围檩体系

图10 基坑角撑体系

3.3 基坑内支撑支护

当基坑尺寸较小(约50 m×50 m内)且要求快速施工时可考虑使用内支撑形式进行基坑支护(图11)。内支撑体系的布置主要考虑基坑平面尺寸、基坑深度、周边土层情况、周边荷载情况、坑内基础施工工作面等条件。当基坑尺寸在10 m×10 m范围内基坑深度在5 m左右时，可利用围檩形成内支撑体系，如图9所示。当基坑尺寸在25 m×25 m范围内时可利用围檩和角撑形成内支撑支护体系。5 m深基坑的内支撑体系一般都设置在坑顶附近，既可以开挖前在原地面安装好内支撑体系，又为基坑下部施工留足了空间，且节约了施工成本和时间。当基坑长宽尺寸均超过25 m后，以拉森钢板桩为连续墙设置内支撑体系会较为复杂，施工难度也急剧增加，经济性会下降。由于拉森钢板桩墙由各个钢板桩铰接在一起，钢板桩在平面上抵抗变形的能力变差，容易造成内支撑体系平面外失稳。对于较大的钢板桩内支撑体系必须注意施工精度，注意内支撑长细比的控制，合理的设置支撑柱。

3.4 基坑反拉支护

拉森钢板桩反拉支护是指在基坑支护钢板桩外侧一段距离处设置一个或者一排钢板桩作为锚桩，用钢绞线连接支护钢板桩和锚桩顶部形成反拉机制。该做法相当于反向内支撑体系，由钢绞线提供的拉力替代内支撑提供指向基坑外侧的力。反拉支护的优点在于施工速度快，施工操作简单，不占用坑内施工空间，造价低等。但该做法需要在基坑1.5倍深度范围外设置锚桩，因此需要有足够的施工场地。由于该方法在提供拉力和控制变形的计算模型方面尚未成熟，因此在基坑评审时各个专家意见不统一，但国内相关文献中有工程案例。下面对该支护结构利用案例进行分析，图12为某项目基坑钢板桩反拉支护案例平面布置。

图11 基坑内支撑体系

图12 基坑钢板桩反拉平面

该项目基坑直径26.6 m，深约4.8 m，周边土层深4.8 m范围内为泥炭质土，下部土层为粉砂。基坑采用钢板桩形成连续墙，钢板桩为SP-Ⅲ型9 m长拉森钢板桩，外侧均匀布置8处反拉点，采用8根同型号钢板桩组成一处锚桩(图13)。采用2根15.2钢绞线作为锚索张拉连接，考虑到周边挖土机械施工的影响，锚索采用脚手架钢管保护并埋入地下30 cm深处。该基坑施工后达到了预期的效果，施工速度快，不影响挖土机械及基础施工，造价较低，效果良好。

图14和图15为某建筑基坑钢板桩反拉支护图。该基坑深约4.6 m，地层上层为4 m厚中砂，下层为黏性土。该基坑支护的亮点在于为了减少用钢量，采用半放坡锚拉形式。支护钢板桩由9 m和6 m两种型号组成，锚桩和支护钢板桩连接处为9 m长，其余钢板桩为6 m长。半放坡锚拉的做法在变形计算和整体稳定分析方面较为困难，长短桩的配合比例和长度均较难控制，凭借经验，施工存在一定的风险。该做法极大地减少了钢板桩的使用量，由于缺少理论计算分析依据，这一类做法未能大量推广，但为拉森钢板桩支护的优化布置提供了新的思路。

图13 支护钢板桩反拉剖面

图14 半放坡支护钢板桩反拉剖面

图15 半放坡支护钢板桩反拉立面及平面

4 拉森钢板桩支护经济性分析

目前在云南地区基坑直壁开挖时常用的支护结构有钻孔桩与锚索结构、微型钢管桩与锚索结构，这两种结构均应设置搅拌桩作为止水帷幕。一般建筑一层地下室基坑深度约为6 m左右，垂直开挖需要支护桩的长度为12 m。采用《云南省建设工程计价定额2013》进行统一计价，各个支护结构按基坑周长每延长米的折算造价如下：

1)拉森钢板桩支护。采用12 m长Ⅳ型桩，该桩单位重量为0.076 t/m，宽度为0.4 m，即周长每米需要2.5个，具体费用计算如下：

(324 元/t(打入)+180元/t(拔桩))×0.076 t/m×12 m/个×2.5个/m=1 150元/m，

周长每米造价为：1 150元/m。

2)微型钢管桩支护。布置桩长12 m直径165×4 mm微型钢管桩，每米布置一根，双排φ500搅拌桩间距350 mm，即周长每米2.86个，具体费用计算如下：

47.68元/m(搅拌桩施工费)×12 m/个×2.86 个/m×2排=3 272元/m，

314元/m(钢管桩施工费)×12 m/个×1个/m =3 768元/m，

周长每米造价为：7 040元/m。

3)钻孔灌注桩支护。布置桩长12 m直径600 mm钻孔灌注桩，每米布置一根，单排φ500搅拌桩间距350 mm，即周长每米2.86个，具体费用计算如下：

47.68元/m(搅拌桩施工费)×12 m/个×2.86个/m×1排=1 636元/m，

(265元/m(钻孔桩施工费)+147(钢筋笼安装费))×12 m/个×1个/m=4 836元/m，

周长每米造价为：6 472元/m。

由于定额未考虑资金的时间价值，即未考虑钢板桩支护要提早约1个月支护的时间效益，也未考虑钢板桩的市场租金约300元/t·月(即周长684元/m·月)。由于钢板桩租金的存在，若基坑施工时间超过7个月，钢板桩支护的价格优势就不存在了，而且会随着施工时间的增加越来越贵。

以上计算可看出采用钢板桩进行基坑支护非常经济，但在基坑内基础施工时间不确定的情况下需谨慎选用。

5 拉森钢板桩支护总结

拉森钢板桩支护结构施工速度快，对周边环境影响较小，结构简单经济效果良好，通过工程实践总结以下特点：

1)拉森钢板桩特别适合沟槽对撑支护结构及规模较小的一层地下室基坑支护，在这类基坑支护中施工速度快且结构简单。

2)拉森钢板桩施工和拔除时都对场地及运输道路有一定的要求，施工时应注意结合土层及周边环境要求采取相应的措施。

3)由于拉森钢板桩铰接连接，因此抵抗变形的能力较差，施工时应加强监测，注意布置围檩。

4)拉森钢板桩的施工支护费用较低，可以做到边支护边开挖。考虑到钢板桩租金，拉森钢板桩支护特别适用于快挖快填的开挖工程，对于支护周期超过7个月的支护工程应谨慎选用。

5)采用拉森钢板桩作为锚桩的反拉工艺目前无成熟的理论计算依据，适用过程可以节约成本，但应根据工程特点因地制宜谨慎使用。

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The Technical Analysis to the Practical Application of Larsen Steel Sheet Pile

ZHAO Shu-qiang，et al.

(YunnanProvinceUrbanandRuralConstructionInvestmentCo.，Ltd，Kunming650200，China)

According to the related literature and the usage of steel sheet pile，this paper makes a technology summary to the practical application of Larson steel sheet pile which is more used in steel sheet piles.The Commonly used models of Larsen steel sheet piles and the using machinery are introduced，and the construction to Larsen steel sheet piles and the difficulty and key points in the quality control are expounded.The paper also shows all kinds of supporting forms in Larsen steel sheet pile support，such as straight wall support，the pile anchor support，groove support inside support，the foundation pit inside support，pile and anchor counter loop support，and other forms of support.Through the compare analysis to the situations of steel sheet pile support to piles support and the cost of steel sheet piles support，it finds the characteristics on the relationship between the cost of steel sheet pile support and the time during the usage of the support.

larsen steel sheet pile；foundation pit supporting；inside support；the cost of foundation pit

2017-02-01

赵树强(1970-)，男(汉)，云南澄县，高级工程师 主要研究建筑抗震、地基基础、岩土工程。

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.02.007

TU463

A

1009-8984(2017)02-0029-06