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HU复合型钢板桩

前言

近年来组合钢板桩如雨后春笋，虽然大多是为了创新而创新，但也有一定的推动作用，但作用不大，应用也不广泛，并非主流。今天给大家介绍的也是组合钢板桩的一种形式-HU复合型钢板桩。

HU复合型钢板桩

HU复合型钢板桩

顾名思义，H指的就是H型钢，U则代表U型钢板桩即拉森钢板桩，这是一种基于拉森钢板桩的新工艺。

拉森钢板桩

在国外早期的护岸工程、采掘工程以及建筑的基础施工中，人们经常采用木材或铸铁等材料制作防护板桩。随着冶金轧钢工艺技术的发展，通过轧制工艺生产的钢板桩强度高、质量稳定、综合性能好，且可以重复使用。

1902年，德国工程师Tryggve Larssen先生在不来梅开发制作了世界上第一块U型剖面铆凸互锁的钢制板桩。

1903年钢板桩首次引入日本，用于三井本馆的挡土工程施工。同年，美国开始引入拉卡旺纳（Lackawanna）钢板桩。

1908年美国在黑石港（BlackRock Harbor）施工建设中大规模使用了钢板桩，并于1910年在提升美茵号战舰时用锁口钢板桩建成了空格围堰。

1911年，卢森堡阿塞洛米塔尔公司（Arcelor Mittal）生产出第一批钢板桩。

1914年，两头都能连锁的板桩面世了。每块U型板桩两头的“U型突出”能够用来连锁相邻的板桩。互锁构造能够形成一个水密空间从而增加连锁构造处的强度，这个改善一直被国际绝大多数的板桩制造商沿用至今。

1923年关东大地震后，钢板桩在日本灾后修复工程中大量引进与使用。1931年日本国营八幡制铁公司开始生产销售拉瓦纳U型钢板桩。钢板桩断面具有很高的抗弯、抗扭性能和良好的抗腐蚀性。

至上世纪60年代，发达国家在港口、码头、防洪堤等工程建设中已普遍采用热轧钢板桩，其应用领域广泛，市场发展迅速。

20世纪50年代，我国首次在武汉长江铁路桥梁围堰施工中，由铁道部大桥局从原苏联引进使用。

早期的钢板桩形状有板型、U型、工字型、箱型和圆管型等。通过近百年的研究和改进，到目前为止，在世界上应用比较广泛的主要有板型钢板桩、U型钢板桩和Z型钢板桩三种。

国内常用U型拉森钢板桩

SP-III，SP-IV，SP-IVw及专用转角桩

虽然传统的拉森钢板桩有诸多优点，但面对某些工期短、基坑深度较深的工程时依旧难以满足兼具安全与经济的要求。最为主要的不足是其抗弯性能较差。

针对这一缺点，使用锁扣结构连接U型钢板桩和钢管桩/H型钢的改进方式也已经被提出并实际应用。但此方法需额外定制用于连接两者的连接件，存在二次加工问题，对施工的要求较高-H型钢施工需要较大的施工场地，而钢管桩施工的扰动较大。

钢管桩连接拉森钢板桩

H型钢连接拉森钢板桩

HU复合型钢板桩工艺

拉森钢板桩墙具有较好的隔水效果但抗弯能力较弱，H型钢强度高却难以形成防水的连续墙，如何将两者的优点方便快速地结合在一起呢？这就是HU复合型钢板桩工艺的巧妙之处——利用拉森钢板桩结构形成有效止水墙，并在钢板之间插入H型钢作为高强度支护桩。该工艺不仅大大提高了拉森钢板桩的强度，还兼具了其原有的防水性，并且无需定制无缝钢管等其它连接方式所需的额外工艺，简单方便。此外，由于运输及锁扣连接问题，传统拉森钢板桩一般只有15和18m长度。而H型钢可以现场焊接，满足更深基坑的需求。

现场型钢焊接图

施打拉森钢板桩及H型钢

安装围檩

HU复合型钢板桩平面图

HU复合型钢板桩剖面图

其大致施工过程如下：

平整场地→放设定位线→开挖围护桩沟槽→施打拉森钢板桩→施打H型钢板桩→安装围檩施工→基坑开挖。

目前，该工艺已在绍兴某项目中得到实际应用，并取得了较好的效果。

HU复合型钢板桩施工过程实景图

HU复合型钢板桩施工过程视频

优缺点对比

此工艺可视为SWM工法桩和拉森钢板桩的结合改进。SMW工法利用连续的水泥土桩形成止水帷幕，内插H型钢提高其强度；拉森钢板桩通过锁扣结构止水，其自身强度也较高。而HU复合型钢板桩兼具了强度更高（相较于纯拉森钢板桩）与止水，且无需水泥土桩的施工与养护，简化了施工过程，降低了施工噪音，减少了不可回收的混凝土的使用，更为经济环保。此外，无需大型搅拌机的特点让它在狭小的空间里也能大展身手，尤其适合建筑物密集的地区。

HU复合型钢板桩和其它传统支护方式的具体对比。

首先我们将其与纯拉森钢板桩和钢管桩进行对比——同等条件下基坑越深则需要越高的承载力，而更高的承载力意味着更高的用钢量；若是能减少用钢量，自然施工成本也随之降低。

从以上表格可以看出，对比纯拉森钢板桩，HU复合型钢板桩只需用少量钢材（多用17%），承载力即可大幅度提高（提升为原来的2.37倍）；而当用钢量达到2倍时，承载力可以提高5倍之多。

与钢管桩对比，HU复合型钢板桩也依旧表现优异——在每延米用钢量接近的情况下，HU桩的每延米抗弯承载力是钢管桩1.2~1.5倍。

接下来是与钻孔桩的对比：

（目前市场行情：三轴止水（综合单价350元/立方，含30%置换土外运）长度同拉森钢板桩、钻孔桩（综合单价1600元/立方，成孔150、水电辅材50、泥浆外运100、砼材600、钢筋700）长同H型钢。）

为了给大家一个更直观的了解，钻孔桩我们直接给出了造价比，可以看到，在抗弯承载力接近的情况下，钻孔桩的造价是HU复合型钢板桩的1.3~1.6倍。此外，比起钻孔桩复杂的施工程序以及质量较难把控，直接使用成品H型钢与U型钢的HU复合型钢板桩则简便很多，还从根本上解决了偷工减料的问题。

适用范围

介绍了这么多优点，该新工艺也有一定局限性。

首先，虽然该工艺施工快，噪音低，扰动小于钢管桩施工，但依旧有一定扰动，因此不适用于周围有老旧建筑物、地铁等对变形敏感的区域，这些区域还是更适合采用扰动更小、可严格控制变形的钻孔灌注桩。

HU桩施工过程带出的泥块及造成的裂纹

其次，上文提到传统拉森钢板桩的长度为18m，虽然H型钢可以现场焊接，但拉森钢板桩作为该工法中的止水担当，若是不透水层深度大于18m且需要落底式封闭止水帷幕，该工法就无能无力了。再者，施工深度不超过18m，可以通过简单方便的机械手完成，而如果焊接了超过18m的H型钢，施工则需要履带吊机和振动锤了，施工成本会增加，使用传统电锤对周边的扰动也会增大。

机械手