《桩基施工手册》― 钢板桩施工

5.4.6钢板桩5.4.6.1概述钢板桩截面有U型、Z型、H型、平型等多种形式，当板桩墙弯矩较大时，也可采用圆管型、组合型。钢板桩墙主要用在挡土、挡土挡水的永久（如板桩码头、船坞）和临时工程（如挡水围堰；挖沟、槽和基坑围护）结构上。在水运工程中，采用U型（拉森型锁口）钢板桩为多，见图5.4-67。在大型船坞工程中常采用组合型钢板桩，如CAZ型等，见图5.4-68。(a)实例一(b)实例二图5.4-67钢板桩码头施工（U型钢板桩）104(a)坞墙钢板桩在施工中(b)船坞竣工时的坞墙钢板桩图5.4-68船坞坞墙钢板桩（CAZ36型）5.4.6.2常用钢板桩1、U型（在我国俗称“拉森型”，实际上具有拉森锁口的钢板桩才是真正意义上的“拉森钢板桩”）断面模量较大(W=600~3200cm3/m)，能适用于承受较小土（水）压力的中小型105工程（图5.4-69），尤其是在临时工程的应用方面。针对各种不同的地质条件，往往选用相应功率的震动锤进行施工。随着冶炼技术的不断发展，在2002年之后，世界上单根U形钢板桩的宽度可达750mm；其施工速度进一步加快。单榀桩锁口锁合后图5.4-69U型钢板桩断面示意图2、Z型和组合钢板桩（1）Z型断面模量很大(W=1200~5015cm3/m)，适用于承受较大土（水）压力的大、中、小型工程。根据Z形钢板桩自身的特点，总是将2块联成1组后进行插打；尽管其施工步骤比U型钢板桩略多，技术难度略大，但是由于2根1组的Z型钢板桩宽度可达1160~1400mm，几乎是U型钢板桩单宽的2~3倍，其总体施工速度反而快，所以在国内很多有形成陆域要求的码头工程中大量应用。一般采用“先震动插桩，后锤击沉桩”的施工方法。（2）组合钢板桩断面模量非常大(W=3086~12741cm3/m)，适用于承受很大土（水）压力的大、中型工程。因为该结构形式具有刚度大、承载能力强(不仅可承受水平力，而且能承担垂直力)、对施工设备没有特殊要求等特点，所以这类结构目前已广泛用于大型船坞坞壁墙体上（图5.4-70），同时也已经开始应用到国内一些5~10万吨级的码头工程，但是应用本结构形式需要一个拼装焊接的环节(a)单榀桩(b)组合桩由四榀桩组合而成（图中轴线下的两桩各被割去一锁口后与上两桩焊接拼接组成）106(c)两组合桩锁口锁合后图5.4-70Z型钢板桩断面示意图3、平型（又称直型）虽然断面模量很小，但该种钢板桩的锁口具有很大的水平抗拉能力，最大可达5500kN/m；适用于承受水平方向有横向拉力的大型圆形筑岛围堰和格型钢板桩重力式码头工程，施工很方便（图5.4-71）。上个世纪90年代已经成功地在深圳蛇口港和广州新沙港的码头工程中应用。(a)单榀桩(b)锁口锁合后图5.4-71平型钢板桩断面示意图4、H型断面模量极大(W=3275~15000cm3/m)，联接处会由供应商另外配有专门的锁口；适用于承受很大土（水）压力的大型深水泊位。因为该结构形式具有刚度极大、承载能力极强(不仅可承受水平力，承担垂直力的能力比箱型钢板桩更为出色)、对施工设备没有特殊要求等特点，所以这类结构目前已广泛用于欧美大量50000~150000t级码头工程上，同时从2006年开始已经应用到国内的10万吨级的码头工程中。但是应用本结构形式对沉桩的偏差控制要求较高（图5.4-72）。(a)单榀桩(b)锁口锁合后107(c)与Z型钢板桩的锁合情况图5.4-72H型钢板桩断面示意图5、圆管型钢管板桩这类钢管板桩（图5.4-73）常在围堰、码头、护岸等工程中使用。其刚度极大，受力性能很好，又有止水功能。在日本国有采用这类钢管板桩(∅1.0m~1.2m)组成双排大围堰，使用在-20m水深的工程中。图5.4-73圆管型钢管板桩锁口示意图5.4.6.3常用（组合）钢板桩的规格与力学性能1、Z形钢板桩Z形钢板桩最本质的力学特性在于：腹板的连续性和锁口对称分布在中和轴2侧特定的位置，这2方面都对钢板桩的截面抵抗矩有着积极的影响。AZ系列钢板桩（见表5.4-25）通过不同寻常力学特性的断面和高品质的拉森锁口的组合，具有以下优点：⑴极具竞争性的性价比；⑵更大的惯性矩、结构变形量的减少和高强钢的选用，是一种最经济的结构方案；⑶大宽度的断面大大提高了沉桩的功效；⑷在腐蚀严重部位进行了加厚处理，使之具有优异的耐腐蚀性能。108hbstb表5.4-25型号宽度高度厚度截面积用钢量惯性矩弹性截面抵抗矩可承受极限弯矩*bhtsA每根每m每单位面积IWeMmaxmmmmmmmmcm2kg/mkg/m2cm4/mcm3/mkN.m/mAZ126703028.58.512666.199181401200516AZ136703039.59.513772.0107197001300559AZ1467030410.510.514978.3117213001400602AZ176303798.58.513868.4109315801665716AZ186303809.59.515074.4118342001800774AZ1963038110.510.516481.0129369801940834AZ2563042612.011.218591.51455225024551055AZ2663042713.012.219897.81555551026001118AZ2863042814.013.2211104.41665894027551184AZ3463045917.013.0234115.51837870034301475AZ3663046018.014.0247122.21948280036001548AZ3863046119.015.0261129.12058708037801625AZ4658048118.014.0291132.622911045045951976AZ4858048219.015.0307139.624111567048002064AZ5058048320.016.0322146.725312106050152156AZ1310/1067030410.010.014375.2112204801350580AZ1810/1063038110.010.015777.8123355401870804AZ36-70070049917.011.2216118.51698974036001548AZ38-70070050018.012.2230126.21809484038001634AZ40-70070050119.013.2244133.81919993040001720*-----本表中的“可承受极限弯矩”值均按照S430GP强度等级考虑；2、U形钢板桩U形钢板桩（见表达.4-26）的优点如下：⑴在丰富的、具备各种各样的几何力学特性的钢板桩系列之中，非常方便选取最佳性价比的断面；⑵宽进深、厚翼缘的特点，决定了组合后的墙体具有极佳的静力力学特性；⑶结构形式对称，非常方便重复利用；⑷可以在工厂预先装配成“组桩”，大大提高沉桩功效；⑸非常方便拉杆及其配件的安装，甚至在水下也不例外；109⑹最厚的部分位于墙体的最外侧，使之具有良好的耐腐蚀性能。bsthb表5.4-26型号宽度高度厚度截面积用钢量惯性矩弹性截面抵抗矩可承受极限弯矩*bhtsA每根每m每单位面积IWeMmaxmmmmmmmmcm2kg/mkg/m2cm4/mcm3/mkN.m/mAU1475040810.08.313277.9104287101410606AU1675041111.59.314786.3115328501600688AU1775041212.09.715189.0119342701665716AU1875044110.59.115088.5118393001780765AU2075044412.010.016596.9129444402000860AU2175044512.510.316999.7133461802075892AU2375044713.09.5173102.1136507002270976AU2575045014.510.2188110.41475624025001075AU2675045115.010.5192113.21515814025801109PU66002267.56.49745.6766780600258PU86002808.08.011654.59111620830357PU126003609.89.014066.1110216001200516PU1210/1060036010.010.014869.9116225801255540PU1860043011.29.016376.9128386501800774PU2260045012.19.518386.1144494602200946PU2560045214.210.019993.61565649025001075PU3260045219.511.0242114.11907232032001376L3S50040014.110.020178.9158400102000860L4S50044015.510.021986.21725501025001075*-----本表中的“可承受极限弯矩”值均按照S430GP强度等级考虑；所有PU系列断面均可按照0.5mm或1.0mm的幅度增减其壁厚。3、AZ系列BOX钢板桩（见表5.4-27）110bhyy表5.4-27型号宽度高度钢材截面积总截面积用钢量惯性矩弹性截面抵抗矩可承受极限弯矩*bhAA0每根每mIy-yWeMmaxmmmmcm2cm2kg/mcm4cm3kN.m/根CAZ121340604293416623012561041351778CAZ131340606320419125113685044901930CAZ141340608348421727314877048652092CAZ171260758305490023920504053852315CAZ181260760333492526122293058402511CAZ191260762362495128424221063302722CAZ251260852411554032334300080203448CAZ261260854440556634636682085553678CAZ281260856471559237039217091253923CAZ3412609185165999405507890110204738CAZ3612609205476026430537860116455007CAZ3812609225796053455568840122905284CAZ4611609625955831467645940133805753CAZ4811609646285858493681190140806054CAZ5011609666615884519716620147806355CAZ36-70014009985287209414627090125205383CAZ38-700140010005637239442667260132955716CAZ40-700140010025997269470707630140706050*—本表中的“可承受极限弯矩”值均按照S430GP强度等级考虑；1114、HZ系列钢板桩（见表5.4-28）trsbhyy表5.4-28型号高度宽度壁厚截面积用钢量惯性矩弹性截面抵抗矩可承受极限弯矩*匹配的锁口型号翼缘腹板hbtsA每根每mIy-yWeMmaxmmmmmmmmcm2kg/mcm4cm3kN.m/根HZ575A5754601411200.5157.412583043751881RH16-RZDU16HZ575B5794601611218.9171.814124048802098RH16-RZDU16HZ575C5834611812243.4191.115880054502343RH16-RZD