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拉森钢板桩围堰

发布日期:2021-09-16

在人类漫长的建桥历史中,最大的挑战要数在水中修建桥梁基础。古人修建桥梁,基础型式最多的是明挖扩大基础和木桩基础。对于水上桥梁或地表水丰富的陆上桥梁,需要应对的就是克服施工区域的水土压力差,而形成一个无水的施工环境。在应对这种挑战的过程中,人们逐步发展出了土石围堰、草袋围堰、木板围堰等。

在罗马时代(公元前27年~公元476年),人们开始采用围堰法施工,即打木板桩成围堰,抽水后在其中修筑桥梁基础和桥墩。1209年建成的英国泰晤士河拱桥,其基础就是用围堰法修筑,由于只能用人工打桩和抽水的方法,所以基础深度较浅。

随着材料的发展和技术的进步,后期又逐步发展出混凝土围堰、型钢围堰、钢板桩围堰、锁口钢管桩围堰以及钢围堰等。正是这种挡水技术的进步,才支撑着我们不断地挑战深水基础,向更大的跨度,更深的江河湖海中不断迈进。


国外发展历程

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(地名,经常给小孩讲童话故事的父母应该有所了解)开发制作了世界上第一块U型剖面铆凸互锁的钢制板桩。最为陈旧的拉森U型板桩被Giken Kochi公司安放在总部展示以纪念U型板桩的问世。

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)生产出第一批云南拉森钢板

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。


比利时马里亚科尔克码头钢板防护施工



法国加来港口钢板桩施工

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。

1956年,我国开始自主研制ⅢK-1型槽型钢板桩,历时八年,到1963年研制成功。而热轧钢板桩的研究时间更长。受经济实力的制约(59年至61年3年自然灾害,铁矿山稀缺),加之国内不具备生产余热轧技术,同时限制于工程机械设备的匮乏及施工技术落后等因素,热轧钢板桩的应用基本上处于停止状态。一直到若干年后的2001年,马鞍山钢铁公司终于成功研发出热轧U型钢板桩,却仍然废品率偏高,且制造成本远高于进口成本,再度停滞。

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(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)。钢板桩有冷弯薄壁轻型和热轧型,由于前者加工、使用局限性较大,所以,热轧钢板桩成为钢板桩产品发展的主流。冷弯钢板桩是钢板在冷弯机组内连续滚压成形,且侧面锁口可连续性搭接以形成一种板桩墙的钢结构体。其通常采用较薄的板材(常用厚度为8mm~14mm),以冷弯成型机组加工而成。热轧钢板桩,就是经过高温轧制后生产的钢板桩。由于工艺先进,其锁口咬合具备严密的隔水性。

冷弯钢板桩生产工艺技术比较容易掌握,生产线投资少,生产成本较低,产品定尺控制也更灵活。但是,因加工方式简陋,云南钢板桩围堰桩体各部位厚度相同,截面尺寸无法优化导致用钢量增加,锁口部位形状难控制,联接处卡口不严、无法止水。受冷弯加工设备能力制约,只能生产钢种强度级别低、厚度较单薄的产品,且冷弯加工过程中产生的残余应力较大,桩体使用过程中易产生撕裂,在其实际应用中具有较大的局限性。

热轧钢板桩是有型钢轧机通过高温轧制成形,具有尺寸规范、性能优越、截面合理、质量高等优点。热轧钢板桩从断面形状来分,有U型、Z型、直腹板型、H型等基本类型及其组合形式。在工程建设领域,热轧U形和Z形钢板桩一般用作承受弯矩的挡土设施或临时防渗挡墙,其组合断面形式有时亦用作小桥桥墩等承受垂直荷载的结构。其中,U型热轧钢板桩结构形式对称,极易被重复利用。此外,U型钢板桩的桩身宽、翼缘厚的组合特点,使其具有极佳的静力学特性。同时,热轧U型钢板桩相比其他形状的钢板桩来说,生产工艺难度相对较小,施工方便,可预先装配而成,是可大大提高沉桩功效的“组合桩”,方便拉杆及配件的安装,U型钢板桩构成的墙体外侧部分最厚,整体耐腐蚀性能良好,因此U型钢板桩在世界各地应用最为广泛,生产量也最大。Z型钢板桩最显著的力学特征是腹板是连续性的,锁口对称分布在中性轴两侧特定的位置,这极大地提高了截面模量和抗弯刚度,保证截面力学性质能够充分发挥。热轧直腹钢板桩不能直接承受弯矩,通常组合成闭合圆筒或直接承受轴向拉力。热轧H形钢板桩抗弯模量较大,常用作悬臂式深基坑挡墙等抗弯要求高大的结构。


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