浅析拉森钢板桩支护

陈小刚

常见的拉森钢板桩为U型截面，卷边可咬合相扣，上世纪五十年代传入我国。近十年来，随着拉森钢板桩桩体制造的国产化和夹具式高频振动打桩设备的普及，拉森钢板桩支护在基坑支护工程中被广泛应用。

一、拉森钢板桩支护的主要优势

1.施工便捷、速度快：拉森钢板桩打桩机和挖掘机相似，对移动行走的场地要求低；外伸的机械臂连接小巧的夹具式振动锤，能尽量靠近基坑边的障碍物进行板桩的施打，桩位布置灵活；拉森钢板桩常见的单根长度6～18m，标准化咬合相扣，长短支护桩和不同型号的钢板桩组合均很方便；拉森钢板桩的施打工艺简单，施工速度快，插入地层即具有强度，成桩到基坑开挖施工工期很短，能大幅度节省工期。

2.节约资源、经济环保：地下构筑物施工完毕，基坑回填后即可拔出拉森钢板桩，拔出的拉森钢板桩仍可循环利用于其他基坑支护工程，不会造成资源浪费，而其他如钢筋砼地下连续墙、钢筋砼桩、钢管桩等支护型式，在地下构筑物施工完成后被永久性的留在地下，挤占了地下空间，并成为其他地下工程项目如管线、管廊、涵洞等的障碍；拉森钢板桩的插入和拔出的施工过程中，除噪声外，无其他如泥浆、粉尘等的环境污染，施工过程环保。

3.止水效果良好：拉森钢板桩通过卷边手拉手式的相扣咬合，不仅将独立的钢板桩连成了整体，发挥了协同效应，而且解决了桩间隙渗水的难题。地下水夹着泥通过咬合的扣边狭窄的缝隙流动时，泥土填塞了缝隙，这可能是拉森钢板止水的原理。因为拉森钢板桩的止水作用，节省了高压旋喷桩、搅拌桩等之类的止水帷幕施工工序和工程投资。

二、拉森钢板桩支护的主要缺陷

1.拔桩对地层的扰动：拉森钢板桩属于挤土桩，拔出时，在桩位形成桩身空隙，桩周土体的填充引发土颗粒的重新分布，从而导致一定范围的地面沉降和开裂。

2.可适应的土层范围较窄：理论上，拉森钢板桩可适应于除中、微风化岩层外的其他岩土层。但在施工实践中，当桩身插入长度大于4m后，对于标准锤击数大于5、承载能力特征值大于130KPa的土层，拉森钢板桩便很难打入。

3.空间限制：拉森钢板桩的施工，需要将拉森钢板在地面夹起并竖立，桩身长度加上夹具高度，需要桩位上方有足够的空间。

三、拉森钢板桩的缺陷克服

拉森钢板桩有诸多优势，但缺陷也是很明显的，针对这些缺陷，有必要对拉森钢板桩进行改良。

1.桩的拔出：适当的施工工艺，比如间隔桩位拔出即跳拔，放慢拔桩速度即慢拔等，均有助于减轻拉森钢板桩对土层的扰动。拉森钢板桩拔除对土层的扰动，主要机理在于两点，一是拔桩带泥效应，一是拔桩负压真空效应。拔出萝卜带出泥，笔者在施工实践中曾经对不同土层中拉森钢板桩带出的泥厚度做过测量和统计，结果显示，桩体每面带出的泥土厚度大多为钢板桩厚度的2.5倍，最厚的可达5倍钢板桩厚度，如现在应用最为普遍的FSP-IV型拉森钢板桩，其带出的泥厚两面最多达15cm，拔桩带出的泥土方量相当可观，不容忽视。拔桩负压真空效应主要发生在海相、湖相淤泥质土、饱和粘土和粉质粘土、饱和粉细砂等土层中，桩体如活塞般从这些渗透性较差的土层中拔起时，在桩体下端形成真空，负压作用下，桩体周边土层迅速向桩体留下的空隙处迁移，这些土层通常灵敏度高，在扰动下强度瞬间损失，从而引起周边地面沉陷、开裂，影响平面通常在2～3倍桩长区域，在江汉平原甚至达到5倍桩长，至于影响程度，笔者录到的地表最大沉陷达60cm，拔桩的影响范围之广、程度之深，可见一斑。当基坑附近有对变形敏感的构（建）筑物时，设计和施工时应该相当重视桩体拔出的不利影响。消除拔桩影响，除了选择适当的施工措施外，可对拉森钢板桩进行改良。改良的目的是要及时地填充拔桩时留下的空洞、消除负压。改良方法：可以在桩身焊一根D30～50的注浆钢管，钢管底端可设简易鸭嘴阀，防止桩体插入时泥土进入堵塞；拉森钢板桩插打时，可以通过注浆管注水，以减少桩身与土层间摩阻力，方便打入；拔桩时可以通过注浆管注入水泥砂浆（或者通过注浆管吹砂），施加正压，及时填塞桩体拔出时留下的空隙，压密被扰动的松散土体，从而减少土体变形。

2.坚韧土层：当地质条件比较复杂，如软硬土层互层或支护桩持力层强度较高，拉伸钢板桩需要穿越较硬薄层，或者桩端刺入坚硬持力层时，拉森钢板桩难以打入，这时可采用引孔的方式进行植桩。引孔的目的是搅软打碎拉森钢板桩难以打入的岩土，对于一般硬塑状黏土，可以采用水泥土搅拌桩、三轴搅拌桩等设备引孔，对于岩层，可以采用螺旋钻机、潜孔钻机等设备进行引孔。相对于其他能应对这种复杂地层的桩，如钢筋砼桩、钢管桩等桩类支护，虽然增加了引孔施工工艺，拉森钢板桩支护依然具备较强的经济性。

随着技术的进步，目前基坑支护行业内已出现能应对各种复杂地质条件的新型拉森钢板桩静力植桩机。这种拉森钢板桩打桩机骑行在钢板桩上，利用已打好的钢板桩抗拔力将拉森钢板桩静压入土，噪音很小、定位精准。因为其在成桩上行走，可以在水塘、泥塘中直接施打支护桩，施工环境适应能力强；这种新型打桩机可跟桩送入钻杆和螺旋钻头，钻头可钻动单轴饱和抗压强度在60MPa内的岩石，钻头还配有水刀以对付硬塑状粘性土。在国内，拉森钢板桩静力植桩机还未普及，每延米支护桩施工费用仍居高不下，本文在此仅做简单介绍，但应该看到，更好地适应复杂的地质条件和逼仄恶劣的施工环境，是拉森钢板桩改良的方向。

四、拉森钢板桩支护设计与施工

拉森钢板桩的设计与施工的方法和要点，在相关规范、手册、行业标准中有很明确的说明，也有许多文章做过较为全面深入的总结，本文仅仅对设计和施工中容易忽略之处进行补充论述。

在拉森钢板桩支护设计方面，方案选择时要充分考虑地质条件和施工环境，容易忽略的是场地上空的障碍，比如高低压电线以及其是否为裸线，据此考虑支护桩施工的作业空间，在作业高度受限时，可考虑采用微型钢管桩支护，其所需的净空高度最小，有4m以上的净空高度就可实施；基坑支护的设计，要结合地基处理的深度和方式综合考虑，避免设计过度或不足；对于常见的市政线性工程如管道、沟渠、箱涵等项目的基坑，其特点是狭窄而长，开槽至肥槽时间间隔不长，短则一周，长不过2月，为减少基坑深度，可不设槽底排水沟，以加密集水坑替代，尽量不设支护桩下层底撑，可以满槽底浇筑砼垫层替代；在拉森钢板桩选型上，在当地拉森钢板桩租赁市场可提供的范围内，尽可能选择宽型号的钢板桩，这样可减少桩的根数，桩数越少则施工费用越低。

基坑支护设计时，特别要注重对引孔的处理，引孔是为保证拉森钢板桩进入到坚硬持力层而采取的措施，引孔对桩周原状土进行了松散破坏。在桩身的被动土压力区，被松散破坏的土层无法提供被动土压力。基坑开挖时，容易造成土体变形过大，桩体出现较大位移，对于悬臂支护桩，桩顶会出现较大位移，对于有顶撑的桩，桩体下部会出现较大位移，从而导致基坑支护作用失效或者部分失效。因此，有必要对基坑底部以下的引孔做加固处理，具体做法：基坑底部以下引孔时，进行喷灰或喷浆处理，如同水泥土搅拌桩，在水泥土形成强度前打入拉森钢板桩，同SMW工法类似，在水泥土达到强度后再进行基坑开挖；对于岩石的中引孔，可通过拉森钢板桩跟注浆管注入低标号水泥砂浆的办法来加固被动土压力区；上述两种办法，均应在桩身涂刷隔离剂，以便后期拔桩。

五、结语

拉森钢板桩自身具有的方便快捷和可循环重复利用的特性，通过增设注浆管消除拔桩破坏影响，通过引孔植桩，拓宽拉森钢板桩对坚韧土层的适应性，采取措施重视引孔植桩的不利影响，拉森钢板桩支护可以做到安全可靠、经济环保，可以有更为广阔的应用空间。