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组合钢板桩结构特点及应用分析

摘要

摘要：组合钢板桩具有抗弯强度高、结构受力合理、对荷载和地质适用性较好等特点，在水运工程中具有广泛的应用前景，但目前对不同形式组合钢板桩的结构特点及具体应用缺乏全面的分析和比较。本文从常用组合钢板桩的结构特点出发，重点对HZ/AZ组合钢板桩、钢管板桩及箱型组合桩进行对比分析，并结合具体的工程案例，阐述组合钢板桩实际应用时应考虑的因素。

关键词：组合钢板桩；HZ/AZ组合钢板桩；钢管板桩；结构特点

组合钢板桩及其发展趋势

组合钢板桩由不同断面形式的板桩或钢管桩等组合而成，长而重的主桩与短而轻的辅桩交替设置。组合钢板桩在欧洲应用较早，如德国不来梅港（CT3A、CT4泊位）、汉堡港7#集装箱泊位、荷兰鹿特丹港、比利时Zeebrugge Wielingen&AlbertⅡDock等。此外，组合钢板桩在巴基斯坦卡西姆港集装箱泊位二期扩建工程中得到成功应用。国内方面，组合钢板桩在基坑、船坞、码头等工程中有所应用，但总体相对较少。

组合钢板桩具有抗弯强度高、结构受力合理、对荷载和地质适用性较好等特点，随着我国钢铁工业的发展及技术的进步，组合钢板桩具有广泛的应用前景。目前对不同形式组合钢板桩的结构特点及具体应用缺乏全面的分析和比较。本文从常用组合钢板桩的结构特点出发，重点对HZ/AZ组合钢板桩、钢管板桩及箱型组合桩在抗弯性能、竖向承载力、钢材用量、施工难易及质量控制等方面进行对比分析，并结合具体的工程实例，阐述组合钢板桩实际应用时应考虑的因素，为类似工程提供参考。

组合钢板桩结构特点

1．组合钢板桩组成

组合钢板桩一般由主桩、辅桩和锁口3部分组成，根据主桩结构形式的不同，常用的有HZ/AZ组合钢板桩、钢管板桩及箱型组合桩等形式，具体详见图1~图3。

组合钢板桩施工时先施打主桩，然后在主桩之间插设辅桩。锁口连接处可以在一定角度内旋转，以适应主桩的打桩偏差以及转弯性能。

2．组合钢板桩结构特点

组合钢板桩中的主桩抗弯能力强，是主要受力构件，承受墙后的水土压力等水平荷载，主桩也可作为基础桩，承受竖向荷载。辅桩通过锁口与主桩相连，并通过锁口将荷载传递给主桩。辅桩长度较短，一般设置在零压力点附近并需满足渗透及抗管涌稳定。辅桩的刚度较主桩较小，两者通过锁口连接协调变形，辅桩分担的弯矩一般较小，对抗弯性能要求相对较低。

组合钢板桩选型主要应考虑结构受力性能、钢材用量、锁口数量、地质的适应性及施工等因素。HZ/AZ组合钢板桩抗弯性能最佳，钢材用量最省，但其竖向承载力相对偏小，适用于竖向承载力要求不高的情况；钢管板桩的抗弯性能较好，竖向承载力较高，可以承受竖向和水平向荷载，延米墙范围的锁口数量最少，但需要专业的钢管桩打桩设备，一般需水上施工；箱型组合桩可以承受竖向和水平向荷载，其回转半径较大，特别适用于长度较长、横向支撑较少或没有的情况，但其锁口数量较多，且在同等抗弯强度下，钢材用量偏多。三种常用组合钢板桩形式的结构特点详见表1。

表1组合钢板桩结构特点

组合钢板桩应用分析

组合钢板桩的选用应综合考虑结构受力特征、经济、建设条件、施工等因素。以下案通过两个典型案例，对组合钢板桩进行应用分析。

1．案例一：岸壁式接岸结构

工程位于广东省中山市，采用挖入式港池、突堤靠泊的布置形式，接岸结构为直立式岸壁结构，接岸结构选型是本工程的重点问题之一。

波浪：工程位于珠江口，外侧有防波堤掩护，50年一遇极端高水位H1%为1.68m，波周期4.25s，波长13.7m。

工程地质：土层自上而下依次为淤泥、粉砂、淤泥质粘土、细砂、粗砂、全风化花岗岩、强风化花岗岩。本工程地质显著特点为表层存在厚达20~30m的淤泥等软弱土层，淤泥抗剪性能差，对接岸结构的选型影响较大。

接岸结构设计荷载：人群荷载5kPa；工艺荷载10kPa。

本工程表层存在厚达20~30m的软土层，考虑淤泥层较厚及后方陆域回填施工需要，接岸结构拟采用直立式板桩结构。组合钢板桩通过合理组合，可获得较大的抗弯强度，适用于软土层较厚情况。

考虑箱型组合桩在同等抗弯强度情况下，钢材用量偏多，且锁口较多，本工程主要对HZ/AZ组合钢板桩与钢管板桩进行比选。对拟采用的HZ1080MA/AZ18-700组合钢板桩和φ1016钢管桩+AZ18-700钢管板桩，主要从抗弯强度、竖向承载力、钢材用量、锁口数量、水平位移、施工及质量控制等方面对比，详见表2。

综上，在同等钢材用量的前提下，HZ1080MA/AZ18-700组合钢板桩的抗弯强度更高，水平位移更小，施工较为便利，质量更容易控制，但竖向承载力相对较小，延米墙锁口数量相对较多。本工程竖向荷载较小，结构主要控制指标为水平位移，因此，采用HZ1080MA/AZ18-700组合钢板桩形式是适宜的。

HZ型钢板桩打入中粗砂层，AZ型钢板桩穿透淤泥层，防止淤泥由于外荷载作用滑动至港池侧，导致港池内隆起，具体详见图6。

2．案例二：集装箱、件杂货码头

集装箱码头、件杂货码头上一般设有轨道式起重设备，如门机、岸桥等。轨道下竖向荷载较大，对其下部桩基的竖向承载能力要求较高，此类码头的前沿板桩墙，需能承受较大的水平向和竖向荷载。此时，钢管板桩竖向承载能力较高的特点能够得到较好发挥，是较为适宜的结构形式。如巴基斯坦卡西姆港集装箱泊位二期扩建工程，采用φ2016+AZ26钢管板桩，结构形式详见图7。