[专题]组合钢板桩工艺

由项敏 13818186389 撰写
发布于 2024年10月28日 07:59:51
最后修改于 2024年11月14日 11:36:40

▍前言·「组合钢板桩工艺」

随着建筑行业对施工的环保，功效的重视，原有工法的工期长，环境破坏等问题越来越突出，市场已经比较成熟的钢板桩工法，环保，高效。但是钢板桩抗侧刚度相对较小，变形较大，一般适用于开挖深度不大于7m，在周边环境要求较高和挖深较大的基坑工程中应用较少。为拓展钢板桩的应用领域，采用钢板桩和H型钢或管桩形成组合钢板桩基坑支护结构开始在国内应用。本文就国内外已经比较成熟的组合桩工法做一简单汇总，给大家做一参考，在设计施工方案的时候可以作为借鉴参考。

▍PC工法

PC工法桩的前身为传统的拉森钢板桩，单纯的钢板桩不论是U型Z型还是直腹型，因其截面刚度小在深基坑应用时势必需要多层撑锚结构，从而加大了施工难度导致其快速高效的优势的不断发挥。为了增大截面刚度我司工程技术人员想到可以将拉森桩与钢管结合使用形成各种截面的组合装用于挡土和止水；

作为一种可重复利用的绿色环保建材，PC工法桩（钢管与拉森桩组合）以其高强.轻型.材质稳定.质量可靠.耐久性好.耐候性好.止水以及使用全过程无污染施工便利检查验收环节简便重复使用经济性好的诸多优点，受到基坑行业的重视和青睐；

PC工法组合钢管桩通过设置连接小企口将钢管桩与拉森钢板桩企口连接的组合式围护桩。该桩适用于基坑工程的支护结构，建筑工程、市政工程、港口工程、水利工程的陆上部位以及邻水基坑可参考使用。

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组合钢管桩连续墙技术规程T/ZS0340—2022
项敏，公众号：拉森钢板桩组合钢管桩连续墙技术规程T/ZS0340—2022

《基坑工程绿色技术规范》（TCSRME 030-2023）
项敏，公众号：拉森钢板桩《基坑工程绿色技术规范》-PC工法-

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▍HU工法

HC工法(型钢钢板连续墙)是一种能取代拉森钢板桩、SMW工法桩、灌注桩等基坑围护的新工艺:是一种利用锁扣的H型钢和拉森钢板桩通过机械施打并连成一体的钢墙。故该工艺止水效果出众，无需另设止水帷幕。

近年来，HC工法通过陆地、深水深基坑围护工程的实际施工，大楼基础、下穿通道、管廊、高铁、大桥等各种深基坑围护工程的实际运用:该工艺安全、环保、节能、高效、高止水性等优良特性被展现得淋漓尽致。

随着国民经济的高速发展，建筑工程迅猛发展，地基与基础工程中的基坑围护工程首当其冲:目前，常用的基坑围护主要有地下连续墙、柱列式钻孔灌注桩、SMW工法、拉森式钢板桩、水泥土搅拌桩和钢筋混凝土板桩等工艺大部分工艺运作时需使用大量的水泥或施工时产生大量的泥浆，对环境造成很大影响，还消耗大量资源。针对这一现状我公司通过大量的基础工程实践，鉴于SMW工法、钻孔灌注桩、钢板桩、地下连续墙等基础围护结构工程技术的优劣势结合国外的一些先进的基础围护结构工程的优势:研究发明一种型钢钢板连续墙。

该技术安全、清洁、节能、低碳、环保，资源循环使用，污染排放可控，方案经济可靠，是一种高效、节能，环保和可持续发展的绿色基坑围护技术。

该技术通过大量的科学论证，完全能够取代以上传统的围护结构工艺具有工期短、施工成本低、环境影响小、安全性能好等优势。该技术与柱列式钻孔灌注桩相比，施工成本节约30%以上，工期节约50%以上。

HC工法对一般性地质情况设计开挖深度可达13米如需设计超深基坑，可在拉森板中间加插相应规格的H型钢，设计开挖深度可达20米。

软土及一般非硬土层，结合相应的支撑体系，基坑开挖深度大干8.0米以上施工场地占地较小，适用于一些狭小的场地施工。由于H型桩刚度较大，基坑变形较一般钢板桩较小无弃土和泥浆污染，所有材料可回收利用。造价比SMW工法节约20%以上。

注:以上所列仅为部分规格的参数。实际通过不同H主桩和拉森桩组合，可以获得满足各种工程所需要的参数。根据工程需求，钢材牌号、板桩长度均可以定制。H型钢和拉森钢板的弯曲度应控制1/200以内。

▍HSW工艺

钢板桩抗侧刚度相对较小，变形较大，一般适用于开挖深度不大于7m，在周边环境要求较高和挖深较大的基坑工程中应用较少。为拓展钢板桩的应用领域，采用钢板桩和H型钢形成组合钢板桩基坑支护结构，简称为HSW工法（H shaped steel & Steel sheet pile Wall）。钢板桩可以挡土，止水；H型钢刚度大，组合结构整体刚度大。H型钢和钢板桩可以工程和地质特点，灵活设置长度，即钢板桩长度设置满足渗流稳定（止水帷幕深度）、整体稳定、倾覆、隆起验算需要；而H型钢长度需要，满足支护结构强度和变形需要。

主要有两种连接方式，一种是H型钢置于钢板桩内侧，先施工钢板桩，然后施工H型钢，拔除则相关。钢板桩和H型钢分开施工，施工中土体阻力小、操作灵活，方便回收。另外一种是H型钢置于钢板桩外侧，此时钢板桩和H型钢之间必须固结，两者之间通过焊接或螺栓连接形成整体，施工和拔除均一次性完成。H型钢置于钢板桩外侧，结构整体刚度大，控制变形能力强，不足是打入和拔除困难。

组合结构可以充分发挥钢板桩、H型钢的优点，结构刚度大，兼有挡土止水功能，施工快捷、简单，质量易控制，可循环利用、节约成本。

在经济高速发展、基础设施和民用建筑建设规模不断扩大的背景下，在密集的城市中心开发利用地下空间成为一种必然。一些开挖深度较浅，土质条件较好的基坑往往采用拉森钢板桩作为挡土和止水结构，例如防波堤、护岸、船坞、码头、人工岛、船闸、地下隧道、路堤、挡土墙、防渗墙、地基加固等永久性工程和围堰、基坑围护等临时性工程。然而，在江、河内及周边软黏土地区进行围堰施工，往往由于拉森钢板桩的刚度不能满足安全性要求；而采用其他支护形式，例如钻孔灌注桩、SMW工法等虽可以满足设计要求，但施工成本显著增加且难以在滩涂、河流中施工。

为解决在软黏土地区基坑及围堰的支护，可以采用组合型钢钢板桩的支护形式，例如钢板结合H型钢、拉森钢板桩结合H型钢等（见图），通过钢板或者拉森钢板桩的连续锁扣搭接形成一道连续密封的止水结构，同时在钢板桩内侧施工一排H型钢以满足整个支护结构的刚度及稳定性要求。

采用组合型钢钢板桩技术可以满足更深、更为复杂地质条件下的围堰工程，拉森钢板桩可以满足止水性要求，同时H型钢的高强度和刚度能满足各种不同深度和复杂地质条件下的基坑围护要求，可以根据支护结构刚度的不同采用不同型号的H型钢。施工H型钢和钢板桩时，可以采用震动冲击工艺，在噪音控制要求高的地区还可以采用静压植桩机技术，施工快捷、便利；且型钢组合钢板桩结构在施工完成后便可以直接开挖，施工效率高、工期短；在围堰工程完成后，H型钢和钢板桩可以回收并重复利用，不仅节约了钢材，降低了工程造价，且施工过程无泥浆污染问题，主体结构完成后型钢可以拔出回收，避免围护结构成为永久障碍物遗留在地下。

《U型H型组合钢板桩支护技术规程 DB32/T 3755-2020》‍‍‍‍

▍H+HAT工艺

在市政建筑、边坡治理、地下空间开发等领域，基坑支护得到了广泛应用。目前，国内的基坑支护结构形式有TRD工法桩、灌注桩、PC工法组合钢管桩、HC工法桩及钢板桩等。

深基坑工程中的常用结构为灌注桩和SMW工法桩，但时常出现渗漏现象。PC工法桩质量可靠，但其成功应用需专业设备。钢板桩具有绿色可循环、工期短、可有效止水等特点，因此受到了广泛关注，但是目前国内市场上流通的钢板桩无法直接应用在深大基坑中。

H型钢惯性矩大，截面的分配合理，截面力学性能好，具有抗弯刚度大、工期短、绿色可回收、钢材用量省等特点。帽型钢板桩与普通钢板桩相比具有轻量化、止水性好等特点。单位长度900 mm宽帽型钢板桩比400 mm宽普通钢板桩用钢量减少约15%，且单位长度900 mm宽帽型钢板桩锁口数约为400 mm宽普通钢板桩锁口数的44%。

帽型H型钢组合桩根据连接方式分为焊接型和嵌合型。传统的焊接型帽型组合桩，需要用角焊的方式将H型钢和帽型钢板桩连接，进而使组合桩共同发挥作用，而工程完成后回收组合桩，又需将组合桩拆分，造成了材料和人员的浪费。区别于传统的焊接型方式，嵌合型组合桩是通过简易嵌合装置组合了H型钢和腹板厚度薄、惯性矩大的热轧宽幅帽型钢板桩（见图1和图2）。帽型H型钢施工方便，可采用振动打桩锤进行打拔。帽型H型钢嵌合型组合桩的嵌合装置见图3，打桩前预先在帽型钢板桩翼缘内侧通长焊接一定宽度的板条；打桩过程中将H型钢一端翼缘嵌入帽型钢板桩腹板与加设板条之间而使两者结合为整体。在组合桩处于工作状态时，该嵌合装置的存在能确保帽型钢板桩与H型钢相互间不发生脱离；工程完成后回收组合桩，只需将H型钢与帽型钢板桩抽离，便于拆分及再次使用。

帽型H型钢嵌合型组合桩的止水功能由制造精度高、锁口止水性能好的帽型钢板桩承担。出于安全性考虑，可不考虑帽型钢板桩的刚度贡献，完全由与之组合的H型钢承担。

帽型H型钢嵌合型组合桩的主要特征如下：

（1）刚度大、规格多样嵌合型组合桩完全是由H型钢来抵抗侧向土压。由于H型钢与U型钢板桩相比刚度更大，因此其控制基坑变形的能力更强。

与国产窄幅H型钢常用最大规格（H-900×300×16×28）组合后，其截面模量可达9 989 cm3/m，力矩可达3 446 kN/m（钢板桩屈服强度295 N/mm2，H型钢屈服强度345 N/mm2）。考虑到H型钢的市场流通性，通常情况下，帽型钢板桩会与常用规格的H型钢（H-700×300×13×24）进行组合设计。

（2）优异的止水性能

本组合桩的连接方式无论是焊接型或是嵌合型，其止水功能都由帽型钢板桩承担。帽型钢板桩由于锁口热轧成型制作精度高，因此止水效果好。

图4为本组合桩在武汉市某基坑支护工程中的应用实例。方案采用了帽型H型钢嵌合型组合桩和钻孔灌注桩结合三轴水泥搅拌桩的支护结构，并比较了两种围护的止水性。图5中帽型H型钢嵌合型组合桩止水效果好，未发生漏水现象；而钻孔灌注桩漏水严重，需要在外围另外施工止水帷幕。

（3）施工形式丰富、设备规模小

本组合桩的施工既可采用冲击锤、液压锤和振动锤等施工机械，也可采用静压静拔设备施工。嵌合型组合桩的施打是对帽型钢板桩和H型钢分别进行的，因此与焊接型组合桩相比，所需的打桩设备规模相对较小。

（4）循环利用、经济降造、绿色环保

不同于钻孔灌注桩和SMW工法桩在基坑施工完成后无法回收，本组合桩可绿色循环利用，通过回收利用围护桩不仅可以减少对环境的影响，也可以降低工程造价。该组合桩施工结束后不会在土层中形成永久障碍物，因此该工法更加绿色环保。

（5）提高使用灵活性、可节约成本

帽型钢板桩与H型钢通过简易嵌合装置连接的灵活性，使两者既可成为嵌合型组合桩运用于深基坑支护工程中，又可单独将帽型钢板桩运用于浅基坑支护工程中。与此同时，H型钢作为常规型材，也可单独灵活运用于基坑支护围檩部分及水平支撑等场合。这样就能针对不同深度基坑灵活选取相对应的围护结构体系，更有助于提升帽型钢板桩与H型钢的使用效率。

▍HUW工艺

HUW工法（中文：型钢钢板连续墙英文：H steel U steelcontinuous Wall ）是一种能取代拉森钢板桩（尤其是深水基坑使用的6号拉森桩18米--30米的长桩）、SMW工法桩、灌注桩等基坑围护的新工艺。

HU组合拉森钢板桩连续墙是一种采用带止口的H型钢和带止口的U拉森钢板桩通过定位架施打并连成一体的钢板桩连续墙。他具有止水效果极好、强度大、施工进度快、环保、高效、节能、取材方便等优越性。深受广大业主、总包及施工单位的青睐。

HUW工法优势：
1、节约成本
    HUW工法与传统的基坑围护工艺深水基坑中的6号钢板桩、SMW工法、灌注桩等相比成本能节约5%---20%。

2、缩短工期
    HUW工法利用全自动调节水平的定位架，先喂桩再用振动锤送桩，故日施工进度能确保20延米以上。与SMW工法、灌注桩等相比工期能节约30天以上。

3、取材方便
    由于HUW工法所使用的材料的结构比较简单，主要采用H型钢、14mm卷板、60*10的无缝钢管、28φ的圆钢等国产钢材进行加工即可使用，故取材非常便捷。

▍CAZ箱型钢板桩

CAZ组合钢板桩是一种新型的钢板桩结构，广泛应用于水工建筑和基坑支护等领域。CAZ组合钢板桩是由AZ型钢板桩与其他钢材焊接而成的箱型复合结构，具有较高的抗弯刚度和良好的防渗性能。它的设计旨在提高施工效率和结构稳定性，适用于各种水工和土木工程项目。

CAZ组合钢板桩主要用于以下场合：

1. 船坞改造：如在船坞接长改造工程中，CAZ组合钢板桩被用作坞壁，具有施工周期短和防渗效果好的优点。

2. 水工建筑：由于其优越的防水性能，CAZ组合钢板桩常用于水坝、码头等水工结构。

▍HZ+AZ组合板桩

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▍静压组合钢板桩

有些工程中，仅用钢板桩强度不够，可以选择帽形钢板桩与钢管桩相结合的陀螺工艺。组合陀螺工法是用具有止水性能的钢板桩建造墙体，然后将高刚度的钢管桩压入侧面，构建组合墙体的施工方法。通过同时使用钢板桩和钢管桩构建满足刚度要求的最佳墙体，可以减少钢管桩数量，降低施工成本。另外，通过使用专用静压机，可以用一台静压机压入钢板桩和钢管桩。

*“Combi Gyro Method”是技研制作所和日本制铁株式会社的注册商标。