钢板桩施工
1．常用钢板桩及质量标准
钢板桩支护由于其施工速度快，可重复使用，因此在一定条件下使用会取得较好的效益。常用的钢板桩有U型和Z型，其他还有直腹板式、H型和组合式钢板桩。
国产的钢板桩只有鞍W型和包W型拉森式（U型）钢板桩，如下表所示。其他还有一些国产宽翼缘热轧槽钢用于不太深的基坑作为支护应用。
国产拉森式（U型）钢板桩
日本是生产钢板桩较多的国家之一，拉森式、Z型、直腹板式、H型、组合式钢板桩皆生产，现只举其中一部分如下表所示。
日本生产的钢板桩
实际上美国也生产较多的钢板桩。除日、美外，德、法、卢森堡等国家亦生产钢板桩。
钢板桩质量标准
重复使用的钢板桩检验标准
2．钢板桩施工前准备工作
（1）钢板桩检验
钢板桩材质检验和外观检验，对焊接钢板桩，尚需进行焊接部位的检验。对用于基坑临时支护结构的钢板桩，主要进行外观检验，并对不符合形状要求的钢板桩进行矫正，以减少打桩过程中的困难。
1）外观检验包括表面缺陷、长度、宽度、高度、厚度、端头矩形比、平直度和锁口形状等项内容。检查中要注意：①对打入钢板桩有影响的焊接件应予以割除；②有割孔、断面缺损的应予以补强；③若钢板桩有严重锈蚀，应测量其实际断面厚度，以便决定在计算时是否需要折减。原则上要对全部钢板桩进行外观检查。
2）材质检验对钢板桩母材的化学成分及机械性能进行全面试验。它包括钢材的化学成分分析，构件的拉伸、弯曲试验，锁口强度试验和延伸率试验等项内容。每一种规格的钢板桩至少进行一个拉伸、弯曲试验。每25~50t的钢板桩应进行两个试件试验。
（2）钢板桩的矫正
钢板桩为多次周转使用的材料，在使用过程中会发生板桩的变形、损伤，偏差超过表6-77中数值者，使用前应进行矫正与修补。其矫正与修补方法如下：
1）表面缺陷修补通常先清洗缺陷附近表面的锈蚀和油污，然后用焊接修补的方法补平，再用砂轮磨平。
2）端部平面矫正一般用氧乙炔切割部分桩端，使端部平面与轴线垂直，然后再用砂轮对切割面进行磨平修整。当修整量不大时，也可直接采用砂轮进行修理。
3）桩体挠曲矫正腹向弯曲矫正时两端固定在支承点上，用设置在龙门式顶梁架上的千斤顶顶在钢板桩凸处进行冷弯矫正；侧向弯曲矫正通常在专门的矫正平台上进行。
4）桩体扭曲矫正这种矫正较复杂。可视扭曲情况采用上述3中的方法矫正。
5）桩体局部变形矫正。对局部变形处用氧乙炔热烘与千斤顶顶压、大锤敲击相结合的方法进行矫正。
6）锁口变形矫正用标准钢板桩作为锁口整形胎具，采用慢速卷扬机牵拉调整处理，或采用氧乙炔热烘和大锤敲击胎具推进的方法进行调直处理。
（3）打桩机选择
打设钢板桩，自由落锤、汽动锤、柴油锤、振动锤等皆可，但使用较多的为振动锤。如使用柴油锤时，为保护桩顶因受冲击而损伤和控制打入方向，在桩锤和钢板桩之间需设置桩帽。
部分国产及国外振动锤的技术参数分别见下表：
国产振动锤技术性能
日本部分振动锤技术性能
振动打桩机是将机器产生的垂直振动传给桩体，使桩周围的土体因振动产生结构变化，降低了强度或产生液化，板桩周围的阻力减少，利于桩的贯入。
振动打桩机打设钢板桩施工速度快，更有利于拔钢板桩，不易损坏桩顶，操作简单。但其对硬土层（砂质土N＞50；粘性土N＞30）贯入性能较差，桩体周围土层要产生振动；耗电较多。
选择振动锤时，可根据需要的振幅As和偏心力矩M0来进行选择。
需要的振幅As，按下列公式计算：
（4）导架安装
为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，一般都需要设置一定刚度的、坚固的导架，亦称“施工围檩”。
导架通常由导梁和导桩等组成，它的形式，在平面上有单面和双面之分，在高度上有单层和双层之分。一般常用的是单层双面导架（见下图）。导桩的间距一般为2.5~3.5m，双面导梁之间的间距一般比板桩墙高度大8~15mm。
导架
1-导梁；2-导桩
导架的位置不能与钢板桩相碰。导桩不能随着钢板桩的打设而下沉或变形。导梁的高度要适宜，要有利于控制钢板桩的施工高度和提高工效，要用经纬仪和水平仪控制导梁的位置和标高。
3．钢板桩打设和拔除
（1）打入方式选择
1）单独打入法：这种方法是从板桩墙的一角开始，逐块（或两块为一组）打设，直至工程结束。这种打入方法简便、迅速，不需要其他辅助支架。但是易使板桩向一侧倾斜，且误差积累后不易纠正。为此，这种方法只适用于板桩墙要求不高、且板桩长度较小（如小于10m）的情况。
2）屏风式打入法：这种方法是将10~20根钢板桩成排插入导架内，呈屏风状，然后再分批施打。施打时先将屏风墙两端的钢板桩打至设计标高或一定深度，成为定位板桩，然后在中间按顺序分1/3，1/2板桩高度呈阶梯状打入（见下图）。
导架及屏风式打入法
1-导桩；2-导梁；3-两端先打入的定位钢板桩
这种打桩方法的优点是可以减少倾斜误差积累，防止过大的倾斜，而且易于实现封闭合拢，能保证板桩墙的施工质量。其缺点是插桩的自立高度较大，要注意插桩的稳定和施工安全。一般情况下多用这种方法打设板桩墙，它耗费的辅助材料不多，但能保证质量。
屏风式打入法按屏风组立的排数，分为单屏风、双屏风和全屏风。单屏风应用最普遍；双屏风多用于轴线转角处施工；全屏风只用于要求较高的轴线闭合施工。
按屏风式打入法施打时，一排钢板桩的施打顺序有多种，视施工时具体情况选择。施打顺序影响钢板桩的垂直度、位移、板桩墙的凹凸和打设效率。
我国规定的钢板桩打设允许误差：桩顶标高±mm；板桩轴线偏差±mm；板桩垂直度1%。
（2）钢板桩的打设
先用吊车将钢板桩吊至插桩点处进行插桩，插桩时锁口要对准，每插入一块即套上桩帽轻轻加以锤击。在打桩过程中，为保证钢板桩的垂直度，用两台经纬仪在两个方向加以控制。为防止锁口中心线平面位移，可在打桩进行方向的钢板桩锁口处设卡板，阻止板桩位移。同时在围檩上预先算出每块板块的位置，以便随时检查校正。
钢板桩分几次打入，如第一次由20m高打至15m，第二次则打至10m，第三次打至导梁高度，待导架拆除后第四次才打至设计标高。
打桩时，开始打设的第一、二块钢板桩的打入位置和方向要确保精度，它可以起样板导向作用，一般每打入1m应测量一次。
1）钢板桩的转角和封闭
钢板桩墙的设计长度有时不是钢板桩标准宽度的整倍数，或者板桩墙的轴线较复杂，钢板桩的制作和打设也有误差，这些都会给钢板桩墙的最终封闭合拢带来困难。
钢板桩墙的转角和封闭合拢施工，可采用下述方法：
①采用异形板桩：异形板桩的加工质量较难保证，而且打入和拔出也较困难，特别是用于封闭合拢的异形板桩，一般是在封闭合拢前根据需要进行加工，往往影响施工进度，所以应尽量避免采用异形板桩。
②连接件法：此法是用特制的“ω”（Omega）和“δ”（Delta）型连接件来调整钢板桩的根数和方向，实现板桩墙的封闭合拢。钢板桩打设时，预先测定实际的板桩墙的有效宽度，并根据钢板桩和连接件的有效宽度确定板桩墙的合拢位置。
③骑缝搭接法：利用选用的钢板桩或宽度较大的其他型号的钢板桩作闭合板桩，打设于板桩墙闭合处。闭合板桩应打设于挡土的一侧。此法用于板桩墙要求较低的工程。
④轴线调整法：此法是通过钢板桩墙闭合轴线设计长度和位置的调整实现封闭合拢。封闭合拢处最好选在短边的角部。轴线修正的具体作法如下：
轴线修正
a．沿长边方向打至离转角桩约尚有8块钢板桩时暂时停止，量出至转角桩的总长度和增加的长度；
b．在短边方向也照上述办法进行；
c．根据长、短两边水平方向增加的长度和转角桩的尺寸，将短边方向的导梁与围檩桩分开，用千斤顶向外顶出，进行轴线外移，经核对无误后再将导梁和围擦桩重新焊接固定；
d．在长边方向的导梁内插桩，继续打设，插打到转角桩后，再转过来接着沿短边方向插打两块钢板桩；
e．根据修正后的轴线沿短边方向继续向前插打，最后一块封闭合拢的钢板桩，设在短边方向从端部算起的第三块板桩的位置处。
2）打桩时问题的处理
①阻力过大不易贯入：原因主要有两方面，一是在坚实的砂层、砂砾层中沉桩，桩的阻力过大；二是钢板桩连接锁口锈蚀、变形，入土阻力大。对第一种情况，可伴以高压冲水或改以振动法沉桩，不要用锤硬打；对第二种情况，宜加以除锈、矫正，在锁口内涂油脂，以减少阻力。
②钢板桩向打设前进方向倾斜：在软土中打桩，由于锁口处的阻力大于板桩与土体间的阻力，使板桩易向前进方向倾斜。纠正方法是用卷扬机和钢丝绳将板桩反向拉住后再锤击，或用特制的楔形板桩进行纠正。
③打设时将相邻板桩带入：在软土中打设钢板桩，如遇到不明障碍物或板桩倾斜时，板桩阻力增大，会把相邻板桩带入。处理方法是：用屏风法打设；把相邻板桩焊在导梁上；在锁口处涂以黄油减少阻力。
（3）钢板桩拔除
在进行基坑回填土时，要拔除钢板桩，以便修整后重复使用。拔除前要研究钢板桩拔除顺序、拔除时间及桩孔处理方法。
1）钢板桩拔除阻力计算
拔除阻力由下式计算：
F＝Fe＋Fs
式中Fe——钢板桩与土的吸附力；
Fe＝ULτ
U——钢板桩周长；
L——钢板桩在不同土中的长度；
Lτ——钢板桩在不同土层中的静吸附力或动吸附力（用于静力拔桩和振动拔桩）；
Fs——钢板桩的断面阻力；
Fs＝1.2EaBHμ
Ea——作用在钢板桩上的主动土压力强度；
B——钢板桩宽度；
H——钢板桩在土中的深度；
μ——钢板桩与土体之间的摩擦系数（0.35~0.40）。
钢板桩在不同土质中的吸附力
2）钢板桩拔出方法
钢板桩的拔出，从克服板桩的阻力着眼，根据所用拔桩机械，拔桩方法有静力拔桩、振动拔桩和冲击拔桩。
静力拔桩主要用卷扬机或液压千斤顶，但该法效率低，有时难以顺利拔出，较少应用。
振动拔桩是利用机械的振动激起钢板桩振动，以克服和削弱板桩拔出阻力，将板桩拔出。此法效率高，用大功率的振动拔桩机，可将多根板桩一起拔出。目前该法应用较多。
冲击拔桩是以高压空气、蒸汽为动力，利用打桩机给予钢板桩以向上的冲击力，同时利用卷扬机将板桩拔出。
下面介绍振动拔桩法：
①与土质有关的振动拔桩参数：
振动拔桩机的适用范围
a．振动频率：在某一振动频率下，土与板桩间的阻力才会破坏，板桩容易拔出。该频率与土质有关：粗砂在频率50Hz时产生液化；坚硬粘土在50Hz下才出现松动现象。工程中为各类土分层构成，实用的振动频率为8.3~25Hz。
b．振幅：在频率为16.7Hz时，使砂土产生液化的最小振幅约为3mm以上，使粘性土、粉土减少其粘着力的最小振幅约为4mm以上。
c．激振力：强制振动的激振力，亦必须达到一定的数值（kN），才能减弱土对板桩的阻力。
②振动拔桩机的选用。振动拔桩机的型号很多，各有其适用范围，要选择得当，才能取得较好的效果。表6-81可供初选时参考。
③拔桩施工。钢板桩拔除的难易，取决于打入时顺利与否。在硬土、密实砂土中打入时困难，尤其是打入时咬口产生变形或垂直度很差，则拔桩时会遇到很大的阻力。如基坑开挖时，支撑（拉锚）不及时，使板桩产生很大的变形，拔出亦困难。在软土地区，拔桩时由于产生空隙会引起土层扰动，会使基坑内已施工的结构或管线产生沉降，亦可能引起周围地面沉降而影响周围的建筑物、地下管线和道路的安全。为此在拔桩时要采取措施，对拔桩造成的孔隙及时回填，当控制地层位移有较高要求时，宜进行跟踪注浆。
钢板桩拔除，需注意下列事项：
a．作业前详细了解土质及板桩打入情况、基坑开挖后板桩变形情况等，依此判断拔桩的难易程度；
b．基坑内结构施工结束，要进行回填，尽量使板桩两侧土压平衡，有利于拔桩作业；
c．拔桩设备有一定的重量，要验算其下的结构承载力。如压在土层上，由于地面荷载较大，需要时设备下应放置路基箱或枕木；
d．作业范围内的重要管线、高压电缆等要注意观察和保护；
e．板桩拔出会形成孔隙，必须及时填充，否则会造成邻近建筑和设施的位移及地面沉降。宜用膨润土浆液填充，也可跟踪注入水泥浆；
f．如钢板桩拔不出，可采取下述措施：
（a）用振动锤等再复打一次，以克服与土的粘着力及咬口间的铁锈等产生的阻力；
（b）按与板桩打设顺序相反的次序拔桩；
（c）板桩承受土压一侧的土较密实，在其附近并列打入另一根板桩，可使原来的板桩顺利拔出；
（d）在板桩两侧开槽，放入膨润土浆液（或粘土浆），拔桩时可减少阻力。
（4）钢板桩施工中常见问题及处理方法
钢板桩打设中常见问题的原因及处理