基坑工程 钢板桩施工

基坑工程钢板桩施工钢板桩是带锁口或钳口的热轧型钢，钢板桩靠锁口或钳口相互连接咬合，形成连续的钢板桩墙，用来挡土和挡水。钢板桩作为建造水上、地下构筑物或基础施工中的围护结构，由于它具有强度高，结合紧密、不漏水性好、施工简便、速度快、减少开挖土方量、可重复使用等特点，因此在一定条件下使用会取得较好的效益。1常用钢板桩的种类钢板桩断面形式很多，常用的钢板桩有U形和Z形，其他还有热轧普通槽钢、直腹板式、H型、箱形和组合钢板桩。箱形钢板桩有拉森型箱形钢板桩、富丁汉型金属平板箱形钢板桩和富丁汉型双箱形钢板桩三种。近些年来出现了许多复合加工型钢板桩，即将钢板桩冷加工成型后，利用焊接方式将特制的锁扣焊接至钢板桩，实现了钢板桩连接的灵活性和更高的防水性能。此外还出现了许多组合式的钢板桩结构，即采用截面模量较大的H型桩或管桩和钢板桩的组合结构，大大提高了整片桩墙的承载能力，组合钢板桩已成为大型重载或深水码头采用的一种重要结构形式。1.1拉森式（U形）钢板桩拉森式（U形）钢板桩如图9-34所示，拉森式（U形）钢板桩规格尺寸及特征参数W一总宽度；W1—有效宽度；H一总高度；H1一有效高度；Z—腹板厚度图9-34拉森式（U形）钢板桩拉森式（U形）钢板桩的尺寸及特征参数表9-9型号钢板桩尺寸截面积单位重量惯性矩截面模数宽w(mm)高H(mm)厚z(mm)每根桩(cm2)每米墙宽(cm2/m)每根桩(kg/m)每米墙宽(kg/m)每根桩(cm4)每米墙宽(cm4/m)每根桩(cm3)每米墙宽(cm3/ni)SP-Ⅰ40085845.21113.035.588.8598450088529SP-ⅠA40085845.2113.035.589598450088529SP-Ⅱ40010010.561.2153.048.012012408740152874SP-ⅡA4001209.255.01137.543.2108146010600160880SP-ⅡW60013010.378.7131.261.81032110130002031000SP-Ⅲ40012513.076.4191.060.01502220168002231340SP-ⅢA40015013.174.4186.058.41462790228002501520SP-ⅢAD40015013.076.4191.060.01503060226002781510SP-ⅢAE40015013.174.4186.058.4^1462790228002501520SP-ⅢAW60018013.4103.9173.281.61365220324003761800SP-Ⅳ40017015.596.9242.576.11904670386003622270SP-ⅣA40018516.194.21235.174.01855300416004002250SP-ⅤA50020019.5133.8267.6105.02107960630005203150SP-ⅤL50020024.3133.8267.6、105.02107960630005203150SP-ⅥL50022527.6153.0306.0120.024011400860006803820SP-SX1060013010.378.7131.261.81032110130002031000SP-SX1860018013.4103.9173.281.61365220324003761800SP-SX2760021018.0135.3225.5106.01778630567005392700750X20575020410.099.413277.9103.86590287104561410750205.511.5109.914786.6115.0711032850481160075020612.0118.415189.0118.77270342704881665750X220750220.510.5112.115088.5118.0876039300554178075022212.0123.416596.9129.29380444405792000750222.512.5127.016999.7132.99580461805882075750X225750224.513.0130.1173102.1136.1983050700579227075022514.5140.6188110.4147.210390562406012500750225.515.0144.2192113.2150.9105805814060825801.2Z形钢板桩Z形钢板桩相对于U形钢板桩来说，其惯性矩更大，截面模数更大，对于在海中施工来讲，其具有更强的抗弯性能。Z形钢板桩尺寸规格及相关参数表9-10型号宽W(mm)高H(mm)厚，(mm)截面积(cm2/m)每桩单重(kg/m)每米墙身(kg/m)惯性矩(cm4/m)截面模数(cm3/m)WRZ147004207111.006187.1309071472WRZ187004209140.0077110388651842WRZU-6506503208127.0064.899.7220471378WRZ18-6356353808138.6069.1108.8342911805NKSP-Z-2540030513.09.694.3274.0185383002510NKSP-Z-3240034414.210.4107.7084.5211550003200NKSP-Z-3840036417.211.4122.2096.0240692003800NKSP-Z-4540036721.913.2148.20116.02908350045501.3H形钢板桩H形钢板桩分单H形和双H形，如图9-36和图9-37所示，其尺寸规格及特性参数见表9-11和表9-12所示。1.4箱形钢板桩一般的箱形钢板桩有拉森型箱形钢板桩、富丁汉型金属平板箱形钢板桩和富丁汉型双箱形钢板桩三种。单H形冷弯钢板桩尺寸规格及特性参数表9-11截面钢板桩尺寸(mm)截面积(cm2)单位重量(kg/m)旋转半径(cm)惯性矩(cm4)截面模数(cm，)BCCVrxlxZyZxz"H50/20A496247.3199283118.993.3420.756.

125121044601810302续表截面钢板桩尺寸(mm)截面积(cm2)单位重量(kg/m)旋转半径(cm)惯性矩(cm4)截面模数(cm，)BCCV厂X?-yLxZyZxZyH50/20B500248.3200282131.8103.4620.876.025740947782036322H50/20C506249.3201281148.9116.8921.115.936634552392361352H60/30A582348.3300317192.1150.8024.358.18113944128683594649H6O/3OB588348.3300318210.1164.9324.848.23129607142184076717H60/30C594350.3302318240188.4024.938.12149109158424689795H6O/3OD622375.3327330266208.8126.348.71184541202005592954H70/30A692348.3300368229.1179.8428.817.69190092135375166683H70/30B700348.3300370253.1198.6829.497.78220159153365950773H70/30C708350.3302372291.1228.5129.667.74256139174516885876H90/40A915436.3388497320.69251.7437.6510.244545473365591461389H90/40B915436.3388491383.94301.3937.5510.0254137538545110261591H90/40C925436.3388493422.74331.8538.4310.1362445243411126661792双H形冷弯钢板桩尺寸规格及特性参数表9-12截面钢板桩尺寸(mm)截面积(cm2)单位重尋(kg/m)旋转半径(cm)惯性矩(cm，】)截面模数(cm3)13C'CV4ZyZxZyH5O/2OA496446.3398283220.2172.8620.7112.16944063256133361317H50/20B500448.3400282246193.1120.8112.101065183602237771451H5O/2OC506450.3402281280.2219.9621.0412.051240704066044151631H60/30A582648.3600317366.6287.7824.2617.4121580211107868083189H60/30B58864-8.3600318402.6316.0424.7617.2224681611941577623429H6O/3OC594652.3604318462.4362.9825.0217.4028942013999691013996H60/30D622702.3654330514.4403.8026.2718.91354966183893107574900H70/30A692648.3600368440.6345.8728.8317.1836618413003699513733H70/30B700648.3600370488.6383.5529.4817.19424568144435114754147H70/30C708652.3604372564.6443.2129.6417.23496156167587133384784H90/40A915824.3776497607.14476.6037.6222.50859430307245172927042H90/40B915824.3776491733.64575.9137.5122.291032438364614210278357H90/40C925824.3776493811.24636.8238.4222.3011974584035732428992501.5组合钢板桩近些年出现了许多复合加工型钢板桩。一些生产厂家在将钢板桩冷加工成型后，利用焊接方式将特制的锁扣焊接至钢板桩，实现了钢板桩连接的灵活性和高防水性能。此外,还出现了许多组合式的钢板桩结构，即采用截面模量较大的H形桩或管桩和钢板桩的组合结构，大大提高了整片桩墙的承载能力，组合钢板桩已成为大型重载或深水码头采用的一种重要结构形式。某种组合钢板桩见图9-41所示，冷弯钢板桩2根组合如图9-42所示。2施工机械打设钢板桩所用机械的选择与其他桩施工相似，但以采用三支点导杆式履带打桩机较为理想，因它稳定性好、行走方便、导杆可作水平垂直和前后调节，便于每块板桩随时校正，对保证垂直度起很大作用。桩锤应根据板桩打入阻力进行选择，即根据不同土层土质确定其侧壁摩阻力和端部阻力。打设钢板桩，自由落锤、蒸汽锤、空气锤、液压锤、柴油锤、振动锤等皆可，但使用较多的为振动锤。振动锤是以振动体上下振动而使板桩沉入，贯入效果好，但振动会使钢板桩锁口的咬合和周围土体受到影响。如使用柴油锤时，为保护桩顶因受冲击而损伤和控制打入方向，在桩锤和钢板桩之间需设置桩帽。桩锤选择还应考虑锤体外形尺寸，其宽度不大于组合打入块数的宽度之和。3钢板桩施工3.1

施工准备1场地平面布置施工道路布置应利于桩架开进移出以及大量钢板桩运输。设置钢板桩堆放场地，应便于大型机械和车辆进出。应设置必要的钢板桩材料堆场。2.钢板桩材料准备桩于打入前应将桩尖处的凹槽底口封闭，避免泥土挤入，锁口应涂以黄油或其他油脂。用于永久性工程的桩表面应涂红丹和防锈漆。对于年久失修、锁口变形、锈蚀严重的钢板桩，应整修矫正；弯曲变形的桩可用油压千斤顶顶压或火烘等方法进行矫正。(1)钢板桩检验钢板桩进入施工现场前均需检查整理，只有完整平直的板桩可运入现场使用。钢板桩检验分为材质检验和外观检验，对焊接钢板桩，尚需进行焊接部位的检验。对用于基坑临时支护结构的钢板桩，主要进行外观检验，并对不符合形状要求的钢板桩进行矫正，以减少打桩过程中的困难。外观检验包括钢板桩长度、宽度、高度、厚度等指标，检查有无表面缺陷，端头矩形比及平直度和锁口形状等是否符合要求。材质检验包括对钢板桩母材的化学成分及机械性能进行全面试验及分析。(2)钢板桩的矫正钢板桩为多次周转使用的材料，在使用过程中会发生板桩的变形、损伤，使用前应进行矫正与修补。矫正主要包括表面缺陷修补、端部平面矫正、桩体挠曲矫正、桩体扭曲矫正、桩体局部变形矫正、锁口变形矫正等。3.导架安装为保证沉桩轴线位置正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩屈曲变形和提高桩的贯入能力，一般都需要设置一定刚度的、坚固的导架，亦称“施工围檩"，其作用为保持钢板桩打入的垂直度和打入后板桩墙面平直。导架通常由导梁和导桩等组成，其形式在平面上有单面和双面之分，在高度上有单层、双层及多层之分，在移动方式上有锚固式和移动式之分，在刚度上有刚性和柔性之分。一般常用的是单层双面导架（图9-43）导桩可用H型钢、工字钢或槽钢等，导桩间距一般为3〜5m,双面导梁之间的间距一般比板桩墙高度大8〜15mm,其打入土中深度以5m左右为宜。导梁底面距地面高度设为50mm,双层或多层导梁的层高间距按导梁刚度情况而定，但不宜过大，导梁宽度略大于桩厚度3〜5cm。导架应结构简单、牢固和设置方便，导架位置不得与钢板桩相碰，导桩不能随钢板桩打设而下沉或变形。导架每次设置长度按施工具体情况而定，并可考虑周转使用。导梁高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高工效，导梁的位置和标高应严格控制。4.转角桩的制作由于钢板桩构造的需要，常要配备改变打桩轴线方向的特殊形状的钢板桩，在矩形墙中为90°的转角桩。一般是将工程所用的钢板桩从背面中线处切断，再根据所选择的截面进行焊接或铆接组合而成为转角桩。3.2钢板桩打设打桩方式选择钢板桩打设方法可分为“单独打入法”和“屏风式打入法"两种。单独打入法是最普通的施工法，这种方法是从板桩墙的一角开始，逐块（或两块为一组）打设，直至工程结束。这种打入方法简便、施工速度快，不需要其他辅助支架。但是易使钢板桩向一侧顷斜，且误差积累后不易纠正。为此，这种方法只适用于板桩墙要求不高、且板桩长度较小（如小于10m）的情况。屏风式打入法是将10〜20根钢板桩成排插入导架内，呈屏风状，然后再分批施打。该打入法又可按屏风组立的排数，分为单屏风、双屏风和全屏风。单屏风应用最普遍；双屏风多用于轴线转角处施工；全屏风只用于要求较高的轴线闭合施工。施打时先将屏风墙两端的钢板桩打至设计标高或一定深度，成为定位板桩，然后在中间按顺序分1/3,1/2板桩高度呈阶梯状打入（图9-44）。按屏风式打入法施打时，一排钢板桩的施打顺序有多种，视施工时具体情况选择。施打顺序影响钢板桩的垂直度、位移、板桩墙的凹凸和打设效率。2.钢板桩的打设先用吊车将钢板桩吊至插桩点处进行插桩，插桩时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽轻轻加以锤击。在打桩过程中，为保证钢板桩的垂直度，用两台经纬仪在两个方向加以控制。图9-44导架及屏风法打钢板桩1—导桩；2一导梁；3一两端先打入的定位钢板桩为防止锁口中心线平面位移，可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。同时在围檩上预先算出每块板块的位置，以便随时检查校正。钢板桩分几次打入，如第一次由20m高打至15m,第二次则打至10m,第三次打至导梁高度，待导架拆除后第四次才打至设计标高。打桩时开始打设的第一、二块钢板桩的打入位置和方向要确保精度，它可以起样板导向作用，一般每打入1m应测量一次。钢板桩墙的设计水平总长度，有时并不是钢板桩标准宽度的整倍数，或者钢板桩墙的轴线较复杂，钢板桩的制作和打设有误差，均会给钢板桩墙的最终封闭合拢施工带来困难，这时候可采用异形板桩法、连接件法、骑缝搭接法、轴线调整法等方法。若在坚实的砂层、砂砾层中沉桩，桩的阻力过大，需在打桩前对地质情况作详细分析，充分研究贯入的可能性，在施工时可伴以高压冲水或振动法沉桩，不要用锤硬打。若钢板桩连接锁口锈蚀、变形，入土阻力大，致使板桩不能顺利沿锁口而下，应在打桩前对钢板桩逐根检查，有锈蚀或变形的加以除锈、矫正，还可在锁口内涂油脂，以减少阻力。在软土中打桩时，由于连接锁口处的阻力大于板桩与土体间的阻力，形成一个不平衡力，使板桩易向前进方向倾斜。可用卷扬机和钢丝绳将板桩反向拉住后再锤击，或改变锤击方向。当顷斜过大，靠上述方法不能纠正时，可用特制楔形板桩进行纠正。当遇到不明障碍物或板桩倾斜，板桩阻力增大，会把相邻板桩带入。可按下列措施处理：①不是一次把板桩打到标高，留一部分在地面，待全部板桩入土后，用屏风法打设余下部分。②把相邻钢板桩焊在导梁上。③在连接锁口处涂以黄油减少阻力。④数根钢板桩用型钢连在一起。⑤运用特殊塞子，防止砂土进入连接锁口。⑥板桩被带入土中后，应在其顶部焊以同类型的板桩以补充不足的长度。3.钢板桩的转角和封闭钢板桩的设计水平总长度，有时并不是钢板桩标准宽度的整倍数，或者钢板桩墙的轴线较复杂，钢板桩的制作和打设有误差，均会给钢板桩墙的最终封闭合拢施工带来困难,一般可釆取下述方法：（1）异形板桩法：异形板桩的加工质量较难保证，而且打入和拔出也较困难，特别是用于封闭合拢的异形板桩，一般是在封闭合拢前根据需要进行加工，往往影响施工进度,所以应尽量避免采用异形板桩。（2）连接件法:此法是用特制的“ω”（Omega）和"δ"（Delta）型连接件来调整钢板桩的根数和方向，实现板桩墙的封闭合拢。钢板桩打设时，预先测定实际的板桩墙的有效宽度，并根据钢板桩和连接件的有效宽度确定板桩墙的合拢位置。（3）骑缝搭接法：利用选用的钢板桩或宽度较大的其他型号的钢板桩作闭合板桩，打设于板桩墙闭合处。闭合板桩应打设于挡土的一侧。此法用于板桩墙要求较低的工程。（4）轴线调整法：此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。封闭合拢处最好选在短边的角部。轴线修正的具体做法见图9-45。先后沿直线段打至离转角桩约有8块钢板桩时暂时停止，量出至转角桩的总长度和增加的长度；根据两边水平方向增加的长度和转角桩的尺寸，将短边方向的导梁与围檩桩分开，用千斤顶向外顶出，进行轴线外移，经核对无误后再将导梁和围檩桩重新焊接固定；在长边方向的导梁内插桩，继续打设，插打到转角桩后，再转过来接着沿短边方向插打两块钢板桩；根据修正后的轴线沿短边方向继续向前插打，最后一块封闭合拢的钢板桩，设在短边方向从端部算起的第三块板桩的位置。3.3钢板桩拔除1.钢板桩拔出方法钢板桩拔出不论采用何种方法都是从克服钢板桩的阻力着眼，根据所用机械的不同，拔桩方法分为静力拔桩、振动拔桩和冲击拔桩三种。静力拔桩所用的设备简单，主要为卷扬机或液压千斤顶，受设备及能力所限，这种方法一般效率较低，有时不能将桩顺利拔出，但成本较低。振动拔桩是利用机械的振动，激起钢板桩的振动，以克服钢板桩的阻力将桩拔出。这种方法的效率较高，操作简便，是施工人员优先考虑的一种方法；由于大功率振动拔桩机的出现，使多根钢板桩一起拔出有了可能。但振动拔桩时会对桩及土体产生一定振动，如拔桩再带土过多引起土体位移、地面沉降，给已施工的地下结构带来危害，影响邻近建筑物、道路和地下管线的正常使用。冲击拔桩是以蒸汽、高压空气为动力，利用打桩机的原理，给予钢板桩向上的冲击力，利用卷扬机将钢板桩拔出。这类机械国内不多，工程中不常运用，下面重点介绍振动拔桩。2.拔桩施工钢板桩拔除的难易，取决于打入时顺利与否。如果在硬土或密实砂土中打入时困难,则板桩拔除时也很困难，尤其是一些板桩的咬口在打入时产生变形或垂直度很差，则拔桩时会遇到很大的阻力。此外基坑开挖时，支撑（拉锚）不及时，使板桩产生很大的变形，拔除也很困难，这些因素必须予以充分重视。拔桩产生出的桩孔，可用振动法、挤实法和填入法，及时回填以减少对邻近建筑物等的影响。在软土地区，拔桩产生的空隙会引起土层损失和扰动，使已施工的地下结构产生沉降，亦可能引起周围地面沉降，为此拔桩时要釆取措施对拔桩造成的地层空隙及时回填，往往灌砂填充法效果较差，因此在控制地层位移有较高要求时,宜进行跟踪注浆等新的填充法。振动拔除钢板桩采用振动锤与起重机共同拔除。后者用于振动锤拔不出的钢板桩，在钢板桩上设吊架，起重机在振动锤振拔的同时向上引拔。振动锤产生强迫振动，破坏板桩与周围土体间的粘结力，依靠附加的起吊力克服拔桩阻力将桩拔岀。拔桩时先用振动锤将锁口振活以减小与土的粘结，然后边振边拔。较难拔的桩可选用柴油锤先振打，然后再与振动锤交替进行振打和振拔。（1）钢板桩拔除施工要点1）作业前详细了解土质及板桩打入情况、基坑开挖后板桩变形情况、周边环境情况等；拔桩设备有一定的重量，要验算作业区域的承载力；由于拔桩设备的重量及拔桩时对基础的反力，会使板桩受到侧向压力，为此需使拔桩设备同拔桩保持一定距离；作业前应排除高空、地面的障碍物。2）作业过程中要保持机械设备处于良好的工作状态；拔桩时用拔桩机卡头卡紧桩头，使起拔线与桩中心线重合；为防止邻近板桩同时拔出，可将邻近板桩临时焊死或在其上加配重；钢板桩应逐根试拔，易拔桩先拔出；钢板桩起到可用吊车直接吊起时应停振；振岀的钢板桩及时吊出，起吊点必须在桩长1/3以上部位；拔桩时应随时观察吊机尾部翘起情况，防止倾覆；拔桩时应正确操作设备，拔桩机振幅达到最大负荷、振动30min时仍不能拔起时，应停止振动；在地下管线附近拔桩时，必须釆取管线保护措施。3）对孔隙填充的情况及时检查，发现问题随时采取措施弥补；拔出的钢板桩应及时清除土砂，涂以油脂；完整的板桩要及时运出工地，堆置在平整的场地上；拔出的钢板桩进行修整,'并用冷弯法调直后待用。（2）钢板桩拔不出时的措施将钢板桩用振动锤或柴油锤等再复打一次，以克服与土的粘结力及咬口间的铁锈等产生的阻力。按与钢板桩打设顺序相反的次序拔桩。板桩承受土压一侧的土较密实，在其附近并列打入另一根板桩，可使原来的板桩顺利拔出。可在板桩两侧开槽，放入膨润土浆液（或黏土浆），拔桩时可减少阻力。（3）有利于拔桩的其他辅助手段1）膨润土泥浆槽施工法（图9-46）,膨润土泥浆随钢板桩一起跟入土层中，在板桩表面形成一薄膜，既有利于打桩又有利拔桩。2）排除钢板桩齿口中的土砂。在砂土层中打钢板桩，板桩齿口内会进入部分砂，造成打桩阻力增大，齿口变形，以致拔桩阻