WSP鋼管樁與拉森鋼板樁在管廊施工中的對比分析

張亞南

（中鐵十七局集團(tuán)上海軌道交通工程有限公司，上海 200135）

1 概況

江北新區(qū)綜合管廊二期工程地下綜合管廊全長約53.41km，主要由管廊干線（長約31.29km）和管廊支線（長約22.12km）組成。主要包含管廊主體工程、附屬系統(tǒng)工程、管廊節(jié)點工程。管廊主要包括電力電纜、通訊電纜、供水管、回水管、雨水管、污水管、煤氣管、空調(diào)加熱管、真空廢管等管道[1]。

1.1 工程概況

本期施工七里河大街綜合管廊里程樁號為K0+380.0～K1+180.0段，屬于支線綜合管廊,為雙艙管廊，廊管內(nèi)入線種類有給水、電力、通信管三種。

本段雙艙綜合管廊斷面設(shè)計外輪廓尺寸為4.75m*3.5m，擬采用明挖法施工，管廊挖土深度為6.480m～10.121m。管廊設(shè)計±0.00標(biāo)高為對應(yīng)的機動車道和分隔帶緣石邊緣低點的標(biāo)高。

1.2 工程地質(zhì)

（1）地質(zhì)環(huán)境：江北新區(qū)綜合管廊二期工程位于南京市江北新區(qū)，屬長江漫灘地貌單元。根據(jù)勘探報告，施工場地表層為人工填土，其下為第四系全新統(tǒng)（Q4）新近沉積的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉土夾粉砂、粉砂、粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾粉土粉砂；下部為上更新統(tǒng)（Q3）沉積的含礫中粗砂；底部為白堊系上統(tǒng)浦口組泥質(zhì)粉砂巖（K2p）。

（2）周圍環(huán)境：七里河大街管廊施工段區(qū)域因城市道路建設(shè)改變了原來的地貌形態(tài)，場區(qū)現(xiàn)狀為在建城市道路。七里河大街管廊起點處靠近浦濱路，終點為江北快速路。管廊主體主要位于七里河大街的非機動車道和人行道，其中K1+060-K1+180段為位于七里河大街與浦濱路交叉口處機動車道下下穿段，且管廊左側(cè)有一條小河。綜合判定綜合管廊周邊環(huán)境較復(fù)雜，對管廊基坑圍護(hù)要求嚴(yán)格。

1.3 水文地質(zhì)

根據(jù)勘察報告揭示本場地地下水分為孔隙潛水、基巖裂隙水和孔隙承壓水三種。場地范圍內(nèi)砂性土厚度大，基坑開挖時，在地下水的作用下易產(chǎn)生流砂和涌水或基坑突涌現(xiàn)象。施工期間應(yīng)采取隔水和降水等相關(guān)措施[2]。

2 基坑圍護(hù)

本次基坑圍護(hù)針對七里河大街樁號約為K1+060-K1+180，總長約120m的倒虹段，開挖深度為10m左右。原始的開挖錨固設(shè)計使用拉森鋼板樁，考慮到開挖的大開挖深度，以確保開挖的安全性，改善水密性，加快施工速度并消除樁土的影響，設(shè)計改用WSP鋼管樁圍護(hù)。因此先以七里河大街樁號約為K0+450~K0+500，基坑深度6.43m~6.68m，總長約50m的WSP圍護(hù)標(biāo)準(zhǔn)試驗段與K0+600~K0+680，基坑深度6.54m~6.73m，總長約60m的拉森鋼板樁圍護(hù)標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)行對比試驗。

2.1 拉森鋼板樁圍護(hù)

K0+600~K0+680段基坑挖深 H=6.54~6.73m，采用SP-Ⅳ型拉森鋼板樁，插入比為1：1，樁長15m。設(shè)置二道水平鋼支撐體系，第一道鋼圍檁采用單拼 H700*300*13*24 型鋼，支撐采用φ609x16鋼管，支撐中心標(biāo)高：-0.3m；第二道鋼圍檁采用雙拼H700*300*13*24 型鋼，支撐采用φ609x16 鋼管，支撐中心標(biāo)高：-3.3m。

2.2 WSP鋼管樁圍護(hù)

K0+450-K0+500段 基 坑 挖 深H=6.43m~6.88m，采 用φ1000*10@1600鋼管樁連續(xù)墻，有效樁長為L=13m/15m（一個長度和一個短間距結(jié)構(gòu)），防水縫的長度為11m（-0.8m～-11.8m）。安裝水平鋼支撐系統(tǒng)，由H700*300*13*24兩件式鋼制成，支撐采用φ609x16鋼管，并保持中心標(biāo)記：-0.6m。

3 WSP鋼管樁技術(shù)

3.1 WSP鋼管樁技術(shù)簡介

鋼管樁連續(xù)墻成套技術(shù)（Wall Made of Steel Pipe Piles，簡稱WSP）是以大直徑鋼管樁為承載結(jié)構(gòu)，相鄰鋼管樁采用子母扣套接成墻擋土，在鄰樁接縫子母扣處設(shè)置止水空腔，充填止水空腔封堵接縫止水，可全回收再利用的高強無縫地下連續(xù)墻體。

3.2 鋼管樁節(jié)點設(shè)計

鋼管焊接鋼板、鋼管等形成子母鋼管樁連續(xù)墻，大直徑鋼管承載，全部工廠預(yù)制好直接運至施工現(xiàn)場。特殊位置樁，根據(jù)圖紙量出樁中心線偏移角度，換算成弧長，轉(zhuǎn)角樁翼板方向可以定制。

圖1 鋼管樁連續(xù)墻樁身截面圖

圖2 鋼管樁連續(xù)墻轉(zhuǎn)角截面圖

3.3 鋼管樁連續(xù)墻止水

鋼管樁連續(xù)墻接縫處設(shè)有止水空腔，其中安裝壓力水囊，利用水體自重封堵鄰樁拼縫，有效隔離樁壁內(nèi)外的水流，實現(xiàn)“堵水”的目的，承受水庫的壓力梯度。它還可以檢測開挖前阻止鋼管樁積水的效果。

3.4 鋼管樁施工方法

鋼管樁的施工方法主要有：①靜壓法插拔；②振動法插拔；③自鉆進(jìn)沉樁；④導(dǎo)向法沉樁。本次施工采用了振動法拔插。

3.4.1 鋼管樁連續(xù)墻施工流程

測量放樣→場地準(zhǔn)備→開挖溝槽→樁機就位→吊放鋼管樁→打入鋼管樁→（校正垂直度→復(fù)測樁位→）接樁（若有）→沉樁（至設(shè)計深度）

3.4.2 振動法打樁原理

利用振動沉管的原理，振動錘偏心重輪高速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生高頻振動和激振力，高頻振動力經(jīng)液壓鉗傳遞到鋼管樁上，鋼管樁及其配件在激振力的反復(fù)作用下切入地層，直至將鋼管樁連續(xù)墻子母管逐根套接插入至設(shè)計承載深度。

3.4.3 振動法打樁步驟

鋼管樁連續(xù)墻采用高頻振動錘完成插入施工，施工步驟如下：①將鋼管樁連續(xù)墻吊起豎直；②用振動打樁機的夾具將鋼管樁連續(xù)墻夾牢；③將鋼管樁連續(xù)墻就位（將鋼管樁連續(xù)墻與前一根在設(shè)計角度進(jìn)行子母扣套接）；④開動高頻振動錘，以振動插入的方式，將鋼管樁連續(xù)墻插入土體。

3.5 鋼管樁連續(xù)墻拔出施工工藝

3.5.1 鋼管樁拔樁原理

與鋼管樁打樁原理相同，均利用振動原理，通過振動錘將高頻振動力經(jīng)液壓鉗傳遞到鋼管上，大幅度減少土對樁的摩阻力，利用振動土塞補償法將鋼管樁拔起，邊振動邊拔，推里面的土拔外面的樁。

3.5.2 拔樁方法

該項目使用振動土塞補償方法拉動樁：使用振動錘產(chǎn)生的強制振動來降低土壤質(zhì)量并降低鋼管樁附近的土壤粘聚力，從而在拉動樁時削弱土壤阻力，依靠土塞補償法將樁拔除，微擾動全回收再利用，嚴(yán)格控制拔樁拖帶沉降。

3.6 鋼管樁拔插對周圍環(huán)境的影響

插入施工時，鋼管為大直徑鋼管，鋼管壁切入土體，管內(nèi)土面比管外高，基本無擠土效應(yīng)，打樁拖帶沉降很小。拔樁采用土塞補償法拔樁，推里面的土拔外面的樁，拔樁后鋼管內(nèi)的土被擠出并密實充填拔樁留下的孔洞，能嚴(yán)格控制拔樁拖帶沉降。有利于對周邊環(huán)境和管廊主體結(jié)構(gòu)的保護(hù)。

4 WSP與拉伸鋼板樁對比

4.1 成本分析

表1 鋼管樁連續(xù)墻與鋼板樁圍護(hù)經(jīng)濟(jì)對比分析（30m標(biāo)準(zhǔn)段）

通過上表分析可得出：相同長度的基坑圍護(hù)方案，拉伸鋼板樁的施工成本相對較少，相比鋼管樁連續(xù)墻可節(jié)約成本約35.76%；

4.2 兩種圍護(hù)結(jié)構(gòu)的管廊施工流程對比

4.2.1 WSP鋼管樁施工

第一層土層開挖→第一層鋼支撐架的安裝→坑的封閉，更換→防水墊和底部平板結(jié)構(gòu)→底部平板鋼筋，模板支撐→底部平板混凝土→混凝土維護(hù)→側(cè)壁和頂部平板鋼筋，模板施工→混凝土澆筑→混凝土維護(hù)，模板拆除→側(cè)壁和屋頂?shù)姆浪S沙回填，平層回填→去除鋼支架→表面土壤回填→去除鋼管樁。

4.2.2 拉森鋼板樁施工

第一土層開挖→第一鋼支撐架設(shè)→第二開挖層→第二鋼支撐架設(shè)→開挖底部，更換→防水墊層和底板構(gòu)造→鋼板加固，模板支撐→地板→混凝土維護(hù)，拆除第二個鋼支架→加固側(cè)壁和頂板，在模板施工期間澆筑混凝土→維護(hù)混凝土，拆除模板→側(cè)壁和屋頂防水→從黃沙回填，從平整土壤回填→第一次拆除支撐→取下板樁、密封接縫。

與拉森鋼板樁相比，WSP鋼管樁通過比較兩個建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工過程和實際施工進(jìn)度，減少了第二層開挖，第二層支撐的安裝和拆卸以及回填。 現(xiàn)場，減少等待水泥地面強度的時間。因此，WSP鋼管樁縮短了施工過程，節(jié)省了時間并加快了施工過程。

4.3 施工結(jié)束后對周圍環(huán)境的影響：

根據(jù)沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場的實際情況，得出的結(jié)論是，在移樁后鋼樁圍欄的沉降量小于鋼板樁圍欄的沉降量，接下來的幾周內(nèi)將穩(wěn)定下來，在相同條件下，完工后鋼管外殼對環(huán)境的影響較小。

5 小結(jié)

通過上面30m標(biāo)準(zhǔn)段的鋼管樁圍護(hù)與拉伸鋼板樁對比，可以看出鋼管樁施工成本較高，但鋼管樁施工進(jìn)度快又能節(jié)約部分人工機械成本，且對周圍環(huán)境的影響更小，并且考慮施工安全問題，最終決定在K1+060-K1+180段使用鋼管樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，施工期間效果良好。

在基坑開挖深度較淺時，主要考慮成本問題，鋼板樁圍護(hù)較為實惠；當(dāng)基坑開挖深度較大時，鋼管樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)相對更為安全，施工工期更短。