论900毫米宽帽型钢板桩的发展

                                论900毫米宽帽型钢板桩的发展

         豐島径 赤星哲也 西海健二 原田典佳 龍田昌毅 寺崎滋樹

    (新日本制铁株式会社)

摘要:900毫米宽帽型钢板桩是一种先进的钢板桩。与传统U型钢板桩相比，其操作更灵活、结构稳定性更高、更具经济优势。基于先进的轧制技术及对设计结构的深层研究，该规格钢板桩厚度较薄而有效宽度达900毫米。鉴于此,2005年起，就因其出色的商业价值应运而生。本文阐述了900毫米宽帽型钢板桩的特性，展示其操作与构造性能的测试结果，并介紹其在日本广泛的使用情况。

 1前言

在日本，钢板桩自从20世纪30年代首次生产，就因其具临时挡土等功能而广泛应用于河流、港口等工程建设。

进一步降低工程成本、促使钢板桩更广泛使用，因而研发了900毫米宽帽型钢板桩。它具有操作灵活、结构稳定优异、工程成本低等多方面优势。

如图1及图2所示,900毫米宽帽型钢板桩是一种有效宽度达到900毫米、帽子形状的钢板桩。作为当今世界上宽度最大的整体轧制钢板桩产品，包括1OH和25H两种不同规格。表1为两种规格的具体尺寸和机械性能参数。

2 900毫米宽帽型钢板桩的特性

2.1  优  势

900毫米宽帽型钢板桩横截面为帽型，厚度相对较薄而截面积较大。主要有如下三大优势：

【打桩效率高】

900毫米宽帽型钢板桩较传统宽度的钢板桩刚性更大，打桩时可有效抑制变形，即便单侧驱动打桩也不会引起体翻转变形，较长的钢板桩也可保证打桩效率。

【结构可靠性好】

如图3所示，900毫米宽帽型钢板桩的连接部位处于墙体最外部，故各钢板桩的中性轴与成型的墙体中性轴可保持一致。而U型钢板桩使用中需考虑“连接效率”(即截面性能的降低取决于钢板桩的形状与接口位置)，基于此，一些工程考虑放弃使用U 型钢板桩。在不同建设环境中,900毫米宽帽型钢板桩彰显了其结构性能。

【经济效益优】

900毫米宽帽型钢板桩可有效减少单位墙面积用钢量，降低钢板桩使用数量，从而使缩短工期、降低建设成本成为可能。此外，该新型钢板桩顾及了结构设计的高效率，设计可忽略“连接效率”问题。如图4所示。

2．2操作的活性

2.2.1打桩方法的发展

现今日本有两种最通行的钢板桩施工方法：振动打桩锤振动法和压桩机液压施工法。

如图5所示，振动打桩锤的振动施工法是以振动锤的夹具卡住钢板桩顶部，将振动传递给钢板桩及地面，从而打入土中。这是最普遍的方法，这种方法不仅速度快，而且适用于坚硬地面等各种环境。

图6显示了压桩机液压施工法，施工利用已打入的钢板桩的反力，通过液压机构夹紧钢板桩中部压入土中。这种方法适用于城市建设中低振动、低噪音或狭窄施工现场等打桩条件。

相对于振动打桩锤的振动法和压桩机的液压施工法,900毫米宽帽型钢板桩的施工机械有所改进。

对采用振动锤施工法的机械，发明了两端卡桩的机械夹具，由于通用机械对大截面钢板桩传送振动更有效，常见U型钢板桩用一端卡桩的机械。振动锤本身并不需做任何改进，仅须在两端安装卡桩夹具即可应用于900毫米宽帽型钢板桩。

采用液压施工法的900毫米宽帽型钢板桩专用机械如图7所示。这种设备可卡住钢板柱两端，对大截面的钢板桩传递压力更有效，相比而言，普通U型钢板桩只卡其一端。

2.2.2振动打桩锤振动施工方法的测试

为检测900毫米宽帽型钢板桩采用振动打桩锤振动施工法的实际效果，专家们在日本新日铁的技术中心富市千叶县富津市进行了野外测试，检验结果叙述如下测试对象:

900毫米宽帽型钢板桩(1OH,12米)和U型钢板桩(IIW,12米)。测试方法：振动锤施工，使用高频液压振动锤(型号为SR-45)。这两种钢板桩只能以振动打桩锤振动施工，不得借助喷射水等辅助方法。为卡住钢板桩,900毫米宽帽型钢板桩采用两端卡桩夹具，而U型钢板桩则为单卡桩夹具。

图8展示的是试验基地的土壤剖面、每米深度所用的打桩时间和振动锤的液压变化。地基是N值约为的沙质土壤。在深度约为11米左右的时候，N值增加到30或者更大。U型钢板桩显示用了较短的打桩时间。但是考虑到900毫米宽帽型钢板桩的截面积和周边长度是U型钢板桩的1.4倍，它们间的振动锤液压变化只有稍微不同，可以说900毫米宽帽型钢板桩具有更好的打桩性能。

2.3压桩机液压施工法的测试

这里描述的是高知县高知市的第2工厂技研制作限公司的试验测试。试验对象是900毫米宽帽型钢板桩（10H，15米)和桩(IIW ，15米) 。采用压桩机的液压施工法，不得借助喷射水等辅助方法。图9展示的是试验基地的土壤剖面、每米深度所用的打桩时间和打桩承载的变化。地基的N值约为10，是由由置换的土壤和粘土组成。

由于实验基地土壤的剖面大体相同, 900毫米宽帽型钢板桩和U型钢板桩打桩速度保持相对恒定。900毫米宽帽型钢板桩需更长的打桩时间及打桩力量。鉴于 90毫米宽帽型钢板桩截面积较大，故900毫米宽帽型钢板桩具有更好的打桩性能。

2.3抗弯强度

为评估900毫米宽帽型钢板桩抗弯强度特性，以单根10H钢板桩及两个一组的10H钢板桩用于抗弯试验。图10显示的是试验得到的负荷变化曲线。其纵坐标代表钢板桩每米宽度的负荷变化除了有材质测试结果计算出的屈服载荷外，负荷间的变化关系基本上与理论测试保持一致。此外，即便不考虑10H钢板桩较薄，截面积较大，他表明足够的塑性变形性能，缺乏局部的纵弯曲，直至达到全部增塑作用负载。如同单根10H的钢板桩，相连接的10H钢板桩抗弯试验中显示了相似的负载偏移关系。因此，从抗弯强度试验可确定900毫米宽帽型钢板桩可忽略“连接效率”。

2.4水密性

900毫米宽帽型钢板桩的测试材料连接部位未经防水材料处理过。在此描述了连接处未处理的钢板桩的水密性测试结果。测试的对象是900毫米宽帽型钢板桩(10H)和U型钢板桩(IIW)。首先，如图10所示,10H钢桩和IIW的钢板桩用液压施工方法打桩入地成为矩形。然后在地上挖一个2.5米的大坑，观察连接处的水密性。由于周围土壤的特性(渗透性、颗粒分布情况等) 地下水的深度及连接处安装情况等状况不同，钢板桩的水密性会用所差异。故很难通过水密性测试结果准确断定900毫米宽帽型钢板桩的水密性。但图11所示，对比两种钢板桩的数据结果，在水密性方面没有明显区别,从某种程度上讲，两者水密性能相当。

3应用

2005年,900毫米宽帽型钢板桩最早试生产，并于当年投入市场。最初仅用在国土资源部、基础设施部、交通部、旅游部的试点项目。随后在实际建设工程中，此款钢板桩在节省工程费用和缩短工期方面效果很是明显。鉴于此,2006年900毫米宽帽型钢板桩的用量大增。其早期的工程应用，在施工现场受到多次检验审核。这里介绍一些工程应用案例.。

4在日本的应用

日本从2005年开始,900毫米宽帽型钢板桩逐渐应用于许多工程，并越来越受欢迎。表2列出了日本国内内国土资源部、交通部、旅游部、县政府等主要部门使

900毫米宽帽型钢板桩的情况。

5 结语

900毫米宽帽型钢板桩属结构性的钢铁产品，它吸取了与设计、施工工程有关的生产技术和应用技术的精髓。适用范围已不局限于河流堑壕和港口码头等传统民用工程，还用于公路挡土墙、压力绝缘墙、水路护墙、止水墙等程，用以作为一项防止地面沉陷的措施。今后希望900毫米宽帽型钢板桩能有更多应用，以节省工程费用，缩短工程时间。

                       参考文献

                                           1)新日铁技术报告387页，日本版,2007年

                                           2)《新代钢板桩—900毫米宽帽型钢板桩》的技术资料，第二版，日本钢管桩协会，东京,2006年