拉森桩施工方案

浅谈拉森桩板式支护技术在基坑支护中的设计和应用

陈金球

[摘要]：拉森桩板式支护是一种应用广泛的基坑支护方法，拉森桩其结合拉锚和支撑构成板式支护体系成功地应用于马钢（芜湖）材料技术有限公司新建工厂冲压线设备基础工程基坑支护施工中，在工期缩短和成本节约等方面起到了重要作用。本文通过工程的实例，阐述了拉森桩内部构造支撑的板式支护技术的设计和应用情况。 [关键词]：拉森桩；支护；稳定性验算

拉森桩为板式支护形式之一，是一种非重力式、柔性的板式支护方式，由板墙式维护墙、支撑（拉锚）体系所组成的防水、防流砂淤泥的挡土体系。不仅有支护墙体，还有维持墙体稳定的支撑（拉锚）体系，其受力特点与其它支护体系不同，它主要是由支护墙体起挡水的作用，由支撑反力和墙体入土部分所承受的被动土压力抵抗主动区土压力等外荷载，达到维持支护体系平衡的目的。下面将结合马钢（芜湖）材料技术有限公司新建工厂冲压线设备基础工程的特点阐述拉森桩支护技术的设计应用。

1、工程概况

本工程为马钢（芜湖）材料技术有限公司新建工厂冲压线设备基础工程，为新建工厂最主要的设施之一，是否能够按节点计划完成，关系着设备是否按计划进行安装，因厂房内部大开挖式施工不具备条件，因此设备基础施工必须采用拉森桩板式支护。此工程为地下地沟式防水设备基础，位于主厂房DE、EF、FG、GH跨共4条，每条长度方向3-12线，长约90米，宽7.4米， 混凝土约7000m，全部为S8抗渗混凝土，地沟式结构，底板底标高为-6.8m,±0.0相当于绝对吴淞高程8.3m，底板厚度为1000mm，墙板厚度为1120~1602mm等，3-4线横向长度从D列~J列约99.7米，基础底标高为-5.3米，和冲压线设备基础相连的部分底标高为-6.90米，基础底板宽度为5.8米，墙板厚度为600mm： 如下图所示：

根据上述本工程的概况可知基坑深度为-6.900米，基坑开挖的所处土层为流塑状态淤泥质土，水位较高，如采取大开挖的方式施工，其边坡稳定性很难保证，且边坡位移较大，这对于坡底工程桩来说，可能会引起工程桩的较大位移，甚至在边坡滑移，造成工程桩折断，再加上厂房柱基础部分已形成，厂房柱基础桩全部形成，大开挖方式可能会发生重大质量事故。因此必须选择支护的方式进行施工。本工程具有以下特点：①工期紧；②地下水丰富；③土质为淤泥质土；④深度为-6.9米。适合这种工程情况的支护体系选择钢板桩支护最适合。目前国内常用日标钢板桩规格及截面特性如下： 截 面 类 型 ㎜ ㎜ ㎜ 宽 B 截面尺寸 高 H 厚 度 截 面T 积 A ㎝ 23

单根参数 理 论惯 性矩 截 面重 量W ㎏/m ㎝ 2每米墙身参数 截 面积 A ㎝ 2理 论惯 性矩 截 面重 量 W ㎏/m ㎝ 2TX 模 数 ZX ㎝ 2TX 模 数 ZX ㎝ 2SKSP-Ⅰ400 85 A SKSP-Ⅱ 400 100 SKSP-Ⅱ400 120 A SKSP-Ⅲ 400 125 SKSP-Ⅲ400 150 A SKSP-Ⅳ 400 170 SKSP-Ⅳ400 185 A SKSP-Ⅵ 500 200 SKSP-Ⅶ 500 225

8.0 45.21 35.5 598 88.0 113.0 88.8 4500 529 10.5 9.2 61.18 48.0 55.01 43.2 1240 1460 152 160 153.0 120 137.5 108 8740 874 10600 880 13.0 13.1 76.42 60.0 74.40 58.4 2220 2790 223 250 191.0 150 186.0 146 16800 1340 22800 1520 15.5 16.1 96.99 76.1 94.21 74.0 4670 5300 362 400 242.5 190 235.1 185 38600 2270 41600 2250 24.3 27.6 133.8 105 153.0 120 7960 520 267.6 210 306.0 240 63000 3150 86000 3820 11400 680 支护需要解决的问题有：板式支护体系的结构选择和布置；结构内部结构的稳定性和结构整体的稳定性。体系的结构选择包括墙体本身、拉锚体系、支撑体系选择；结构的布置包括平面布置、垂直布置；内部构件的承载力计算，包括抗弯剪能力、围檩抗弯剪能力、支撑的抗压、弯能力等计算；结构本身的稳定性包括整体抗滑移、倾覆等能否满足要求。

本工程紧邻长江，西边距离长江边约300米，基坑底标高最深为-6.90m，基坑开挖面位于淤泥粉质粘土层，呈流塑状态，这种土层为-4.0~-15.0m，-4.0~-0.80 m地面为杂填土和很薄的粉质粘土。地基土分布及物理力学性质如下表： 序号 ①1 ①2 ② ③

2、支护体系的设计和计算

根据地质勘探报告，-3.0以上为粉质粘土，-3.0~-15.0为淤泥质粘土。

根据附近勘探报告和现场土质情况估计，淤泥质粘土的平均重度为γ=19KN/m，土的粘聚力14，内摩擦角φ=6.0°。

按照等值梁法进行内力计算： 附加压力q`=10KN/m C=14，φ=6

Kp`=K·Kp=1.2·tg(45+6/2)=1.48 Ka= tg(45-6/2)=0.81 ea=γhKa-2c(Ka)

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土层名称 素填土 杂填土 粉质粘土 淤泥质粘土 层底埋深（m） 渗透系数（m/d） 重度(kN/m3) 内摩擦角(°) 粘聚力(kPa) -0.8~-1.3 -1.5 ~-2.6 -2.6~-4.0 -4.0~-16.0 0.1 2.5 0.05 0.15 18 21 19.1 17.4 10 22 14 6 12 5 25 14 =19·5.4·0.81-2·14·0.81

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=57.9KN/m

反弯点y=(ea+q`)/r(Kp`-Ka)=5.3m

Ta(4.1+5.3)=1/2·57.9·5.4·(5.4/3+5.3)+1/2·57.9·5.3·2/3·5.3 支撑反力Ta=175.7KN/m

拉锚支承点设置在-2.8米处，支撑反力约175.7KN/m。支撑反力很大。

结论1：按照此支撑反力选择支撑系统，水平支撑选择H400×400×15×15@4000，可以满足要求。 拉森桩墙体计算：最大弯矩距离X=（2 Ta/rKa）Mmax=Ta·(X-1.5)-r·Ka·X/6=296.2 KN/m

结论2：钢板桩选用拉森Ⅳ型，长12米，截面参数为：宽400，W=2037×10mm/m，最大弯矩处的截面内应力σmax= Mmax/W= 145.4＜[f]=170 MPa。能够满足抗弯要求。

围檩计算：按照等跨连续梁，均布荷载q=175.7KN/m。对支撑水平方向，如果按照@4.0米布置， 支座弯矩最大M支= KM·q·l=-0.1×175.7×4.0=281KN /m，

围檩的选择：选择H400×400×15×15：Wx=2540cm/m，Wy=809cm/m， σmax= Mmax/ Wx =110 MPa＜[f]=170 MPa，可以满足要求。

结论3：选择H400×400×15×15，水平方向支撑按照@4000布置。围檩能满足抗弯和抗剪要求。 为了防止水平支撑水平方向失稳，端头和围檩连接采用隅撑来加强水平方向的稳定性，水平支撑中间用一道H200×200×8×12纵向设置连接，加强水平的稳定性。 支护剖面和平面布置如下图所示：

本着先设计和验算再根据设计和验算的结果指导应用的原则，上述完成了拉森桩板式支护体系结构选择和布置的设计；结构内部结构的稳定性和结构整体稳定性的验算，下面将继续结合本例阐述拉森桩板式支护技术在本工程中的施工和监测。 3、拉森钢板桩支护系统施工

钢板桩进场前需进行外观检验，以确定其外观质量符合要求，钢板桩装卸宜采用两点吊，每次起吊数量不宜过多，并注意保护锁口免受损坏，钢板桩应堆放在平坦而坚固的场地上。在打桩及打桩机开行范围内清除地面及地下障碍物，平整场地，修筑临时道路，然后定位放线施工钢板桩。钢板桩的施工顺序为：建筑物定位→钢板桩定位放线→安装导向架（或定位围檩）→打设钢板桩→拆除导向架（或定位围檩）→支撑位置开挖基坑土方→安装围檩及拉锚→加厚垫层施工→土方开挖→继续安装下道支撑→基坑土方开挖完毕→边圈加厚垫层施工→水沟施工。 钢板桩采用小咬口施打，防止围护结构漏水而影响结构施工和围护的安全。围护结构转角处用特制异型钢板桩以实现小咬口止水效果。钢板桩施打前先根据设计图纸要求放出具体位置，并留出100~200mm左右富余量，将钢板桩位置的杂物清理干净。钢板桩用50T吊车配60KW震动锤打入。打桩之前先将钢板桩中心线定出，根据中心线安装钢板桩定位围檩。定位围檩采用[28槽钢制作而成，以保证钢板桩位置的准确性。钢板桩施打采用“先插排，后施打”的方法进行施工。即以10根钢板桩为一组，先将该组板桩逐根按小咬口的方法插成一排，并打入土体3~6米不等，然后再从第一根钢板桩开始，用震动锤逐根打到设计标高，以保证每根钢板桩的垂直度，避免因单根打设钢板桩引起垂直度误差累计过大情况的发生。钢板桩在基坑结构砼达到设计要求的强度方可拔除。钢板桩拔除同样采用50T吊车配60KW震动锤逐根拔除，上拔之前先将板桩往下打

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=4.78

200mm左右，使其与两侧板桩松动后再开始边震动边上拔，直至将整根钢板桩全部拔除。因钢板桩拔除时会带出大量的地基土，对结构带来一定程度的危害，为确保工程质量，拔桩过程中采用跟踪注浆的方法对拔除的钢板桩部位进行注水灰比0.5的水泥浆加固，注浆量根据拔桩时的具体情况而定，以能填补拔桩时所带出的土体及钢板桩体积为原则。注浆压力不宜过大，控制在1~2MPa为准，以免影响已经施工完的结构，整个拉森桩支护周期根据土方开挖和结构施工以及混凝土达到设计强度并回填后，才可拔出，支护周期约3个月。 4、降水施工方案

本工程由于紧邻长江边，地下水位高，为了避免钢板桩侧向渗水及减少水压力引起的对钢板桩的侧向压力，采取坑外和坑内明沟降水。具体位置见图。基坑降水需要提前7天施工。 粘土轻型井点降水的条件是渗透系数大于0.1m/d，本工程-3.5米以下为淤泥粘土，渗透系数为0.15m/d。结合地质勘探报告，本工程-3.5米以上浅表水相当的丰富，因此采用明沟截水的办法降低浅表水。

5、基坑支护和土方施工过程控制

用2台反铲长臂挖土机和2台1.2 m挖机配合由从北向南推进，8t自卸汽车运土。挖出的淤泥质土全部外运到指定地点。 5.1基坑开挖技术措施

基坑土方开挖前，进行土方工程的测量定位放线，并制作龙门桩，并经监理复核无误后方可开挖，土方开挖过程中监理配合测量人员随时检查基坑的平面位置和坑底标高，防止基坑位置偏移或深度超挖。平面面积均较大，基础结构复杂，施工期时间较长。坑底四周的排水沟应经常清理确保畅通，每个集水井内设一台潜水泵及时将水排至沉淀池内。

根据上述支护体系、降水方案，受现场施工条件的限制，基坑支护方法采用内撑支护式拉森钢板桩进行基坑支护。拉森钢板桩长12米。为了减小土体对板桩的侧压力，采取挖土卸载，卸载土至-1.6米，卸土范围为支护桩外扩2.5米。支护深度最大为5.4米。设计拉森钢板桩桩顶标高为-1.50。

4条设备基础地下支护采用对撑的支护方式进行施工，如下图所示： 1．在拉森桩的位置进行挖沟-1.80米深度。进行拉森钢板施工。

2．拉森桩施工完毕后将基坑内土方开挖到-3.0米，埋设围檩和对撑，进行拉森桩-2.80围檩和对撑施工。

3．对撑和围檩施工完毕后，再将基坑内沿中心线位置上覆土6米宽度、1米厚度，即二次覆土到-2.0米标高处，挖机站在1米厚度的覆土上进行开挖土方。

4．因采取对撑的方式进行支护施工，支护宽度很宽，地质状况很差，运土车辆无法直接放坡进入基坑中运土，因此所有土方需要挖到基坑外边上，再用挖机将挖出的基坑外边上的土二次挖运。 5．在基坑外挖到-1.8米标高，水沟的砖砌筑水沟，180墙砌筑内净宽300，沟底部为120厚砖砌筑，并抹灰。然后在水沟到拉森桩之间浇注8cm厚度，宽度1.45米8cm的混凝土排水坡。 6．支撑下很多地方淤泥粘土无法机械开挖，-6.0米到-7.0米标高，必须还进行人工配合开挖，人工开挖在坑中间集堆，用挖机再挖运，基坑开挖深度很深，人工配合挖土量约占此标高处淤泥的1/3之多。

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7．基坑（槽）上方严禁堆土，土方开挖时在基坑底部四周坡角处设25m左右设一个

1200X1200X1200的集水井，用Φ150的泥浆泵抽排至施工区域内的临时排水沟内，经沉淀池沉淀后排至甲方指定临近的厂区排水沟内。每条设备基础设置6台泥浆泵进行抽水和泥浆。

6、拉森桩板式支护体系的监测

基坑支护在土方施工过程中的检测，关系着基坑支护的过程控制的成败，板式拉森桩支护的侧移距离以及侧移范围内的土方沉降量的控制为主要的控制参数。在拉森桩施工完毕后，我们在拉森桩平面位置的中间拉森桩上做上三角标记，用经纬仪架设在平面位置的一端的马路上，进行检测，检测到整个结构本体施工全部结束。

7、经验与总结

拉森桩板式支护体系在此工程中应用的成功，主要有以下几点：首先，拉森桩施工在工程中的广泛应用，施工技术已逐渐成熟，拉森桩6~10米深软土地基中实用很强，且拉森桩支护体系施工灵活方便，结构设计和验算逐步成熟。其次，我们任何一个基坑的设计都经过认真的设计，讨论，争取不放过细节，并进行详细的施工交底。再次，因为支护受雨水影响很大，在基坑支护施工中必须减少一切可能的时间，减少支护时间。在施工中降水都必须引起足够的重视。

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