关于深基坑拉森桩支护的探讨

叶迪

摘要：基坑支护技术是建筑施工技术中的一种,在现在建筑领域中有着广泛的应用。为了保证建筑的安全和施工的安全,在建筑施工中需要采用合理的深基坑支护技术。文章将就深基坑拉森桩支护技术进行探讨,阐述深基坑技术的设计要点。

关键词：深基坑、拉森桩支护

Abstract: the foundation pit supporting technology is one of the construction technology, now of architecture in a wide range of applications. In order to assure the construction safety and the safety of construction, in the construction of the need to reasonable deep foundation pit supporting technology. The article on the deep foundation pit larsen pile supporting technology are discussed, and expounds the design points of the deep foundation pit technology.

Keywords: deep foundation pit supporting, larsen pile

中图分类号：TV551.4文献标识码：A文章编号：

1、深基坑支护的方式

深基坑是指开挖底面距地面深度超过5m的基坑，针对不同的土质情况、地质条件、安全等级、周边环境、基坑深度等因素，有不同的支护方案及适用范围，施工中应本着安全可靠、经济适用、技术合理的原则进行选择。

基坑的支护方式有水平板式支撑、垂直板式支撑、挡土板桩、挡土灌注桩、组合式挡土桩、地下连续墙、排桩、土层锚杆、水泥土墙、土钉墙、人工挖孔桩、逆作拱墙、井壁砼墙等。板式支撑适用于地下水位低、较松散粘土类土的基坑支护，高层建筑有地下室的深基础一般采用挡土灌注桩、排桩、地下连续墙、土层锚杆等方式，水泥土钉墙适用于一般粘土、砂土、深6m以内的基坑。

拉森桩是钢板桩支护中的一种，因其具有强度高、密封性好、适用于各种土质、各种深度，特别是在土质松软、地下水位高、周边管线多、安全等级高的环境使用效果好，在目前的工程中应用最为广泛。

2、拉森桩支护的特点

拉森桩采用打桩机将其打入土中，形成一道连续封闭的墙，使用内撑或拉锚来保护支护结构，用以承受土体和地下水的水平推力。拉森桩既可作为围护结构，又可作为受力结构，还可达到封水的目的，可保证基坑在无水状态下作业。

钢板桩具有整体刚度大、防水性能好的特点，在粘性土层深水河桥墩基础施工中甚至不需要水下作业，可节省大量的现场加工构件，具体一定的优越性。2009初施工的滇池环湖东岸干渠截污工程基坑支护即使用拉森钢板桩，取得了良好的效果。2010年在昆明呈贡大塘子水库桥的深基坑施工中亦应用了此方式，使用效果明显，得到了业主、设计及监理的肯定。

3、拉森桩支护的设计要点

拉森钢板桩的设计要点如下：

（1） 通过地勘报告提供的资料及现场的情况进行主、被动土压力计算；

（2） 根据基础及周边环境初选支撑或拉锚方案；

（3） 通过计算确定钢板桩的型号、长度，并以内撑或拉锚进行细化设计；

（4） 验算基底隆起及涌水；

（5） 确定基坑土的开挖方式及支护的方法。

以上要点一般不可能一次设计完成，需通过多次修改找出最佳方案。

3.1、土压力的计算

土压力的大小与土的天然重度γ、内摩擦角φ、粘聚力C、地面荷载有关，须通过试验确定。在计算取值时按地勘报告各土层的深度及土质参数用加权平均的方法取定，进行此项计算还应与板桩的入土深度相适应，一般应进行多次反复的计算，以期与板桩长的取值搭配。

计算土压力分为主动土压力和被动土压力两种，计算的方法有多种，常用的有朗金理论法和库仑理论法两种，针对不同的支护形式、基坑状况也可两种混合使用。朗金理论法计算的主动土压力偏大，库仑理论法计算的主动土压力偏小，被动土压力则相反，为安全起见，应针对墙背的垂直、水平、光滑情况综合取定。

3.2、支撑或拉锚初选方案的确定

基坑较浅、周边工作面较宽时可采用拉锚方案，经计算无须拉锚或支撑时可采用悬臂方案，基坑较深、计算后无法采用悬臂或受地形限制无法拉锚时则采用内支撑方式。进行此项选择时还应考虑基础的结构形式和尺寸等因素，避让主要受力构件，避免影响受力结构并达到操作方便、经济适用的目的。

3.3、拉锚或支撑的计算

悬臂板桩在板桩的顶不设支撑或锚杆，利用板桩本身具有的结构受力、入土深度以达到支护的稳定。

单锚式板桩分浅埋和深埋两种，其受力理论不同，受力计算也不一样。

多锚式板桩应用较多，本文作主要叙述。多锚式板桩的布置按受力形式的可分为等弯矩布置和等反力布置两种。计算的目的是确定板桩及支撑的规格尺寸和数量，如果计算的支撑层数过多可过少，或者与基础的主体结构相冲突难以布置支撑，可以另外选择板桩的规格，重新确定支撑的层数。

为在保证基坑支护安全的前提下达到经济适用的目的，可以先按悬臂板桩进行计算，若计算后板桩自身的受力达不到要求，可按单锚板桩计算，渐次按多锚板桩计算。因为支撑的设置用料较多，影响支护的造价明显，在选择时应按步骤从造价低的方案选起，达不到受力要求时再选择用量较多、投入较大的方案。

在进行支撑计算时，根据用料及布置方式的不同用不同的公式进行计算，一般进行压应力及压杆稳定计算，进而确定支撑的规格及布置间距。

钢板桩的支撑常用内撑，其分为围囹及对撑两部分。围囹一般采用工字钢、槽钢，对撑一般采用无缝钢管，为保证内撑的稳定，在围囹内还需设角钢斜撑、钢牛腿等构件。在安装对撑时易出现支设不稳或部分对撑受力部分失效的情况，此时可用钢楔抵紧，也可设千斤顶施内加应力，使其充分发挥作用。

围囹的计算：

按最大反力在基坑底中部的中层围囹进行计算。

Pn=(1/2) γKaD(Hn+Hn+1)

上式中：

Pn------所求横梁支点承受的土压力；

D-------横梁支点到板桩顶的距离；

Hn------横梁支点至上一支点的跨度；

Hn+1----横梁支点至下一支点的跨度。

3.4、板桩入土深度的计算

在防倾覆系数不小于2 的前提下按试算法、盾恩近似法、等值梁法计算板桩的入土深度。试算法悬臂板桩，盾恩近似法、等值梁法适用于单锚及多锚板桩。如单锚浅埋式的计算简图如下：

为保证A点处∑M=0，则

EaHa-EpHp=0，即Ea 2 3(H+t)-Ep(H+ 2 3t)=0

t=(3Ep-2Ea)H2(Ea-Ep)

将以上数据代入上式，即可求出t值。

上式中:

ea---主动土压力最大压强, ea=γ1(H+t)Ka ；

ep---被动土压力最大压强, ep=γ2tKp；

Ka---主动土压力系数，Ka=tg2(45°- φ12)；

Kp---被动土压力系数，Kp=tg2(45°+ φ22)；

φ1、φ2---分别为主动土、被动土的内摩擦角，以加权平均法分别取值；

γ1、γ2----分别为主动土、被动土的天然重度，以加权平均法分别取值；

H------基坑开挖深度，

3.5、板桩的稳定性验算

板桩入土深度除保证本身的稳定性外，还应保证基坑底部在开挖基坑及基础施工期间不致出现隆起和管涌现象。

在开挖深基坑时，若板桩背面的土柱重量超过基坑底面以下地基土的承载力时，地基的平衡状态受到破坏，常会发生坑壁土的流动，坑顶下陷、坑底隆起等现象（如下图）。为避免此情况的发生，在基坑支护设计时需对地基进行稳定性验算。

3.6、施打钢板桩的方法

拉森型钢板桩用吊车就位后采用履带式液压机配液压振锤打桩机施打。施打前一定要认真放出准确的支护桩中线。考虑到钢板桩较长，在施工中，钢板桩容易向一边倾斜，由于倾斜误差积累不易纠正，难以控制钢板桩的平直度，所以钢板桩施工拟采用屏风式打入法。屏风式打入法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。

3.7、基坑的开挖方式

根据不同的施工对象，基坑的开挖方式也不尽相同。深基坑有地下水或遇流砂等不稳定土层时应优先采用封底砼的方法，以策安全。若土质情况较好时可在板桩打入时用长臂挖机或门式吊车吊运的方法开挖。无论采用何种方式，均应边开挖边支撑，并随时观察支护的稳定及周边土的沉降或位移，确保安全。

4、工程实践

在2009年的昆明市环湖截污工程中采用了拉森钢板桩支护方案，其在有效支护、缩短工期方面发挥了极大的优势，2010年昆明呈贡大塘子水库桥的深基坑中再次使用拉森桩，在地下水位高的水库施工岛内打桩并配以无缝钢管对撑和工字钢围囹，极大的发挥了拉森桩强度高、能封水、稳定性好的特点，起得了很好的效果。

结语：

深基础基坑支护工程施工技术措施科学、合理与否，直接影响到工程本身的质量与进度，并对工程经济效益提高与人身安全的保证起到关键性作用。深基坑支护工程是近二十年来发展的一门新的实践工程学，它还有待于理论上的完善，如何选取一种在经济、技术上都合理的支护类型，还必须充分考虑施工现场的环境、工程地质条件以及具体的工程要求。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。