論900毫米寬帽型鋼板樁的發展

         豐島徑 赤星哲也 西海健二 原田典佳 龍田昌毅 寺崎滋樹

    (新日本制鐵株式會社)

摘要:900毫米寬帽型鋼板樁是一種先進的鋼板樁。與傳統U型鋼板樁相比，其操作更靈活、結構穩定性更高、更具經濟優勢。基于先進的軋制技術及對設計結構的深層研究，該規格鋼板樁厚度較薄而有效寬度達900毫米。鑒于此,2005年起，就因其出色的商業價值應運而生。本文闡述了900毫米寬帽型鋼板樁的特性，展示其操作與構造性能的測試結果，并介紹其在日本廣泛的使用情況。

 1前言

在日本，鋼板樁自從20世紀30年代首次生產，就因其具臨時擋土等功能而廣泛應用于河流、港口等工程建設。

進一步降低工程成本、促使鋼板樁更廣泛使用，因而研發了900毫米寬帽型鋼板樁。它具有操作靈活、結構穩定優異、工程成本低等多方面優勢。

如圖1及圖2所示,900毫米寬帽型鋼板樁是一種有效寬度達到900毫米、帽子形狀的鋼板樁。作為當今世界上寬度最大的整體軋制鋼板樁產品，包括1OH和25H兩種不同規格。表1為兩種規格的具體尺寸和機械性能參數。

2 900毫米寬帽型鋼板樁的特性

2.1  優  勢

900毫米寬帽型鋼板樁橫截面為帽型，厚度相對較薄而截面積較大。主要有如下三大優勢：

【打樁效率高】

900毫米寬帽型鋼板樁較傳統寬度的鋼板樁剛性更大，打樁時可有效抑制變形，即便單側驅動打樁也不會引起體翻轉變形，較長的鋼板樁也可保證打樁效率。

【結構可靠性好】

如圖3所示，900毫米寬帽型鋼板樁的連接部位處于墻體最外部，故各鋼板樁的中性軸與成型的墻體中性軸可保持一致。而U型鋼板樁使用中需考慮“連接效率”(即截面性能的降低取決于鋼板樁的形狀與接口位置)，基于此，一些工程考慮放棄使用U 型鋼板樁。在不同建設環境中,900毫米寬帽型鋼板樁彰顯了其結構性能。

【經濟效益優】

900毫米寬帽型鋼板樁可有效減少單位墻面積用鋼量，降低鋼板樁使用數量，從而使縮短工期、降低建設成本成為可能。此外，該新型鋼板樁顧及了結構設計的高效率，設計可忽略“連接效率”問題。如圖4所示。

2．2操作的活性

2.2.1打樁方法的發展

現今日本有兩種最通行的鋼板樁施工方法：振動打樁錘振動法和壓樁機液壓施工法。

如圖5所示，振動打樁錘的振動施工法是以振動錘的夾具卡住鋼板樁頂部，將振動傳遞給鋼板樁及地面，從而打入土中。這是最普遍的方法，這種方法不僅速度快，而且適用于堅硬地面等各種環境。

圖6顯示了壓樁機液壓施工法，施工利用已打入的鋼板樁的反力，通過液壓機構夾緊鋼板樁中部壓入土中。這種方法適用于城市建設中低振動、低噪音或狹窄施工現場等打樁條件。

相對于振動打樁錘的振動法和壓樁機的液壓施工法,900毫米寬帽型鋼板樁的施工機械有所改進。

對采用振動錘施工法的機械，發明了兩端卡樁的機械夾具，由于通用機械對大截面鋼板樁傳送振動更有效，常見U型鋼板樁用一端卡樁的機械。振動錘本身并不需做任何改進，僅須在兩端安裝卡樁夾具即可應用于900毫米寬帽型鋼板樁。

采用液壓施工法的900毫米寬帽型鋼板樁專用機械如圖7所示。這種設備可卡住鋼板柱兩端，對大截面的鋼板樁傳遞壓力更有效，相比而言，普通U型鋼板樁只卡其一端。

2.2.2振動打樁錘振動施工方法的測試

為檢測900毫米寬帽型鋼板樁采用振動打樁錘振動施工法的實際效果，專家們在日本新日鐵的技術中心富市千葉縣富津市進行了野外測試，檢驗結果敘述如下測試對象:

900毫米寬帽型鋼板樁(1OH,12米)和U型鋼板樁(IIW,12米)。測試方法：振動錘施工，使用高頻液壓振動錘(型號為SR-45)。這兩種鋼板樁只能以振動打樁錘振動施工，不得借助噴射水等輔助方法。為卡住鋼板樁,900毫米寬帽型鋼板樁采用兩端卡樁夾具，而U型鋼板樁則為單卡樁夾具。

圖8展示的是試驗基地的土壤剖面、每米深度所用的打樁時間和振動錘的液壓變化。地基是N值約為的沙質土壤。在深度約為11米左右的時候，N值增加到30或者更大。U型鋼板樁顯示用了較短的打樁時間。但是考慮到900毫米寬帽型鋼板樁的截面積和周邊長度是U型鋼板樁的1.4倍，它們間的振動錘液壓變化只有稍微不同，可以說900毫米寬帽型鋼板樁具有更好的打樁性能。

2.3壓樁機液壓施工法的測試

這里描述的是高知縣高知市的第2工廠技研制作限公司的試驗測試。試驗對象是900毫米寬帽型鋼板樁（10H，15米)和樁(IIW ，15米) 。采用壓樁機的液壓施工法，不得借助噴射水等輔助方法。圖9展示的是試驗基地的土壤剖面、每米深度所用的打樁時間和打樁承載的變化。地基的N值約為10，是由由置換的土壤和粘土組成。

由于實驗基地土壤的剖面大體相同, 900毫米寬帽型鋼板樁和U型鋼板樁打樁速度保持相對恒定。900毫米寬帽型鋼板樁需更長的打樁時間及打樁力量。鑒于 90毫米寬帽型鋼板樁截面積較大，故900毫米寬帽型鋼板樁具有更好的打樁性能。

2.3抗彎強度

為評估900毫米寬帽型鋼板樁抗彎強度特性，以單根10H鋼板樁及兩個一組的10H鋼板樁用于抗彎試驗。圖10顯示的是試驗得到的負荷變化曲線。其縱坐標代表鋼板樁每米寬度的負荷變化除了有材質測試結果計算出的屈服載荷外，負荷間的變化關系基本上與理論測試保持一致。此外，即便不考慮10H鋼板樁較薄，截面積較大，他表明足夠的塑性變形性能，缺乏局部的縱彎曲，直至達到全部增塑作用負載。如同單根10H的鋼板樁，相連接的10H鋼板樁抗彎試驗中顯示了相似的負載偏移關系。因此，從抗彎強度試驗可確定900毫米寬帽型鋼板樁可忽略“連接效率”。

2.4水密性

900毫米寬帽型鋼板樁的測試材料連接部位未經防水材料處理過。在此描述了連接處未處理的鋼板樁的水密性測試結果。測試的對象是900毫米寬帽型鋼板樁(10H)和U型鋼板樁(IIW)。首先，如圖10所示,10H鋼樁和IIW的鋼板樁用液壓施工方法打樁入地成為矩形。然后在地上挖一個2.5米的大坑，觀察連接處的水密性。由于周圍土壤的特性(滲透性、顆粒分布情況等) 地下水的深度及連接處安裝情況等狀況不同，鋼板樁的水密性會用所差異。故很難通過水密性測試結果準確斷定900毫米寬帽型鋼板樁的水密性。但圖11所示，對比兩種鋼板樁的數據結果，在水密性方面沒有明顯區別,從某種程度上講，兩者水密性能相當。

3應用

2005年,900毫米寬帽型鋼板樁最早試生產，并于當年投入市場。最初僅用在國土資源部、基礎設施部、交通部、旅游部的試點項目。隨后在實際建設工程中，此款鋼板樁在節省工程費用和縮短工期方面效果很是明顯。鑒于此,2006年900毫米寬帽型鋼板樁的用量大增。其早期的工程應用，在施工現場受到多次檢驗審核。這里介紹一些工程應用案例.。

4在日本的應用

日本從2005年開始,900毫米寬帽型鋼板樁逐漸應用于許多工程，并越來越受歡迎。表2列出了日本國內內國土資源部、交通部、旅游部、縣政府等主要部門使

900毫米寬帽型鋼板樁的情況。

5 結語

900毫米寬帽型鋼板樁屬結構性的鋼鐵產品，它吸取了與設計、施工工程有關的生產技術和應用技術的精髓。適用范圍已不局限于河流塹壕和港口碼頭等傳統民用工程，還用于公路擋土墻、壓力絕緣墻、水路護墻、止水墻等程，用以作為一項防止地面沉陷的措施。今后希望900毫米寬帽型鋼板樁能有更多應用，以節省工程費用，縮短工程時間。

                       參考文獻

                                           1)新日鐵技術報告387頁，日本版,2007年

                                           2)《新代鋼板樁—900毫米寬帽型鋼板樁》的技術資料，第二版，日本鋼管樁協會，東京,2006年