我国工程钢板桩应用前景初探

我国工程钢板桩应用前景初探

刘幼如，石守芹，李 艳，张大鹏

（1山东省交通工程监理咨询公司，山东 青岛 266071；2山东诚基工程建设有限公司，山东 青岛266071）

摘 要：文章阐述了中国在环保、高效的工程钢板桩使用方面，远远落后于世界发达国家和地区，而随着国家经济的快速持续发展，钢板桩具有良好的使用前景。剖析了港口码头传统结构和钢板桩结构的优缺点，意在呼吁工程设计人员认识钢板桩，合理使用钢板桩。 关键词：钢板桩；应用；前景

中图分类号：TU473.2 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）01-0232-03

一、工程钢板桩的主要优缺点

通过一个工程实例（烟台来福士船业有限公司20万吨船坞钢板桩围堰—1997年施打，船坞建好后于2000年拔除），笔者对工程钢板桩有了较深的了解。现将该格形钢板桩围堰工程简介如下：

格形钢板桩围堰使用直腹式钢板桩，宽400mm，厚9.5mm（日本产）和12.7mm（卢森堡产）两种，平均桩长14m（最长19m，最短12m，视地基情况而变），桩顶高于烟台地区码头顶高（＋4.5m）。桩的入土深度平均为6m，地基土质由上而下为淤泥质粘土、粉质粘土、砂质粉土、角砾石、风化岩。但有的地方直接为风化岩，没有覆盖土（说明钢板桩的稳定不靠埋置深度而是靠圆内回填料）。通过钢板桩围堰施工，见证了工程钢板桩的诸多优点，当然唯一的缺点是价格较贵（但围堰使用的钢板桩是葛洲坝使用过的已经有22年的旧板桩）。围堰平面布置如下图。工程钢板桩的优点见下表1：

笔者所在的山东省因其海岸线都为湾口岬角，在3100公里的黄金海岸线上，建设有7个海港，3个内河港，共54个港区，773个泊位，由于基岩埋深浅，地质条件好，港口水工建筑大多选择重力式结构，却没有一个泊位是采用钢板

表1 工程钢板桩的优点

序号 1 2 3

优点 施工简单 快速、高效 节能、环保

理由

无需挖泥船、起重船等大型施工船机，只需要600吨方驳，50吨履带吊等。见三组照片。

一个30人的非专业队伍，在冬季气候条件相对恶劣的情况下，仅用100天完成了300延米的围堰；钢结构为世博园区建设赢得了超过40%的宝贵工期

不需要基槽开挖，做基床，对海域扰动污染小。混凝土工程需要大量的开山、挖砂，不但消耗大量不可再生、不可替代的资源，对景观生态也是一种

破坏，与可持续发展相悖。

第1个圆组插完后，应及时在圆内填石碴，使结构安全稳定，第2、第3及后面的圆即可依它而向前组插。当时施工风浪常有7～8级，但围堰从未

出现不安全情况。钢板桩上的锁扣将每一根桩都紧紧地锁住在一起，使其整体性好。

在围堰施打过程，遇到软基，但也遇到岩基，完全不需要崁岩。 如果用作码头，其立面比方块或沉箱的直壁相比，消浪性能好。

减少基槽开挖、基床整平、棱体和倒滤层的工序，也不需沉箱预制、安装，也就不需要方块或沉箱预制场。

资料表明，理论上钢板桩每年因海水腐蚀损失的厚度是0.02mm，但实际没有这么多，因为围堰使用的钢板桩是葛洲坝用完后22年的旧桩，很多表面

的颜色都没变，只有个别有锈斑。

围堰拔出来的钢板桩，8年后（2007年底）再次被用到烟台～大连的火车轮渡工程。亦即烟大轮渡用的是30年的旧桩。

1211

桩结构的。表1主要是钢板桩与山东省传统的重力式建筑结构进行比较。

图1

4 5 6 7 8 9

结构整体性好 适合各种地质 泊稳条件好 工序少 耐久性好 可重复循环利用

收稿日期：2010-11-15

作者简介：刘幼如（1941-），女，江苏人，山东省交通工程监理咨询公司青岛分公司高级工程师，主要从事港口工程设

计、水工监理。

第1期 刘幼如等：石河流域环境保护及水资源可持续利用 233

二、国、内外工程钢板桩应用情况差异

上世纪初，钢板桩在欧洲开始生产以来，就逐步在欧洲、日本等国家和地区的永久性工程和临时性工程中得到了广泛的应用，永久性工程如：岸壁、防波堤、护岸、船坞、码头、人工岛、水、船闸、地下隧道、路堤、挡土墙、防渗墙、地基加固等；临时性工程如：围堰、基坑围护等。上世纪六十年代，西方主要经济发达国家已经普遍使用钢板桩，应用领域十分广泛。

在亚洲，日本最先使用钢板桩。1903年日本首次进口钢板桩，1931年八幡制铁公司开始生产钢板桩，经近80年的发展，日本在钢板桩产品研发、设计研究、施工工法以及桩工设备制造等方面均达到了世界先进水平。

据了解，国外热轧钢板桩的消费结构大致是：60%用于一次性使用的永久性结构，约40%在临时结构中反复使用。

在二十世纪50年代，我国首次在铁路桥梁、围堰施工中使用钢板桩，60年代在葛洲坝使用钢板桩作围堰。之后因受当时的价值观影响，加之廉价的土地资源和人力资源的作用及国内生产技术的制约，导致钢板桩在我国的应用与发展十分缓慢。

我国是钢材大国，年钢铁产量占全球的三分之一。但是我们不是钢材强国，高品质的钢结构材料基本上依赖进口。从百度网“钢板桩及其在国外的应用概况”（作者：admin 发表时间：2010-8-26）一文和中国钢结构协会官方唯一指定月刊《钢构之窗》有载，近年全球钢板桩年消费量为300万吨左右，在亚洲地区，日本、新加坡、韩国等年消费量达50万吨，而我国的钢板桩年消费量仅为3万吨，远远落后于世界发达国家和地区。见表2

表2 近年世界钢板桩消费简况

地区和国家

年消费量 备注 欧洲 50万～60万吨

北美 50万吨 日本 50万～60万吨

韩国 20万吨

东南亚 20万吨 其中新加坡10万吨

中国

3万吨

我国钢板桩的开发应用落后世界先进水平约50年。近年来，随着我国经济的快速发展，各类快捷、高效、环保、节能的建筑工法正渐渐得到认可并发展，一些重大的工程项目已开始使用钢板桩及相应的工法，取得了良好的经济效益。（见表3）

此外还有浦东国际机场二期工程、杭州湾跨海大桥、温福铁路及上海长兴岛造船基地等也都有采用钢板桩等钢结构。

表中唐山港京唐港区31#～34#泊位及曹妃甸煤码头工程，主体采用我国首创的新型遮帘式钢板桩结构,码头前墙采用从卢森堡进口的HZ975B和AZ18 10/10大型组合钢板桩，该结构形式由南京水利科学研究院系统地研究了码头结构的变形与内力、拉杆力，以及土压力分布与变化规律，为该种新结构的设计提供了技术支撑。上海中船第九设计研究

院，在船厂水工建筑物中，经常采用钢板桩结构，并屡得金奖。

表3 近年钢板桩在较大工程项目中的应用情况

序号

地区和项目名称

具体项目 备 注

10万吨级泊位2个

码头长度为15米。 7万 吨级泊位1个 曹妃甸煤码头

码头结构采用遮帘式钢板桩结5万吨级泊位1个 构方案。最大水深为-15.5米

7万吨级待泊泊位1个

天津新海河

2

水中104根工程桩

大桥桩基

31#～34#泊位，

4个码头已建成，其中31#泊位

3唐山港京唐港区

10万吨级码头

已于2005年底投产 烟台来福士船业

20万吨船坞钢板桩围堰

4

1997年底打入，1999年拔出。

有限公司

（5000t）

5

烟台－大连火车轮渡海上铁路基墩（2007年） 直径30米左右

我国建筑工程钢结构的使用普及率较港口水工行业早，最大的钢结构建筑当数北京鸟巢（用钢量2.4万吨），工业厂房及高层建筑采用钢结构、轻钢结构的也越来越多。

港口水运工程业界，钢板桩的使用量比起我国水运建设发展的规模和速度，使用普及率非常低。

虽然1998年已经颁布了《格形钢板桩码头设计与施工规程》JTJ293-98，就说山东省几十个港口码头还是全都采用重力式或钢筋混凝土桩基结构。笔者从事港口水工设计20余年，一个偶然的机会，主持了20万吨船坞钢板桩围堰工程施工，对钢板桩才有了全新的认识。钢板桩是一种可重复利用的绿色、环保建材，具有高强、轻型、止水性好、耐久性强的性能和美观的视觉效果（应用在城市桥梁时）。

三、我国工程钢板桩应用前景瞻望 1．战略机遇

凭借我国正面临着重要的战略机遇期，又处于经济快速增长阶段，“十一五”成了中国水运史上投资规模最大、港口水运建设呈飞越式发展的黄金期。

随着全球经济一体化，港口已是作为国际贸易得以实现的重要保证，其作用和地位也日益凸显。

虽然“十五”期间是我国交通事业发展最快、最为引人瞩目、社会关注度最大、成就最突出的时期，但在经济高速增长的情况下，交通供给总量仍显不足。交通部领导在“全国水运工程建设工作会议”上，提出水运建设必须紧扣国民经济发展的需求，适度加快超前发展， “十一五”投资的水运工程400个亿，是“十五”18个亿的22倍还多，它们还能带动地方投资约1000亿元。

通过全国泊位增长情况同样印证了水运建设的飞速发展。国家统计局于2008年11月11日在网站公布了从1978年至2007年底的29年间新增泊位10669个。但供给总量仍显不足，因此交通部领导提到了要适度加快超前发展。交通运输部的发展战略意味着将新增很多泊位，仅山东省青岛市2009年3月信息，青岛港董家口港区融资500亿打造新青岛港，建设泊位总数达到112个，比青岛港（胶州湾内）现有泊位总和还多20个。说明钢板桩具有很大的

234 中 国 水 运 第11卷 应用市场，怎样开拓这个市场，关键是首先港口工程设计人员通过一些工程实例，认识钢板桩，大胆使用钢板桩。

2．钢板桩等建筑钢结构凸显的优越性

随着钢结构产品的广泛使用，建筑钢结构的优越性越来越被人们认识。2010年9月17~19日在上海召开的钢结构中国品牌2010国际峰会上，上海同济大学陈校长、峰会组委会主任中国建筑金属结构协会会长姚兵还有众多国内外专家说得好，钢结构是绿色产业和循环经济的代表，中国建筑钢结构从起步到发展，得益于学习发达国家先进技术。上海世博事务协调局丁在会上介绍：上海世博会园区早在规划时就从建设工期和绿色低碳的要求出发，明确了在建设当中大量应用钢结构及其技术的指导原则和技术路线。中国馆用钢量达到了2.3万多吨，无论是临时设施还是永久场馆，钢结构的总用量达到了15万吨。德国馆、加拿大馆、沙特馆、阿联酋馆等一大批优秀建筑，优美造型，钢结构都发挥了巨大的作用，而这些造型各异的场馆，也为美轮美奂的上海世博园区增添了很多亮点。整个世博会建设工期非常紧迫，和传统结构形式相比较，钢结构技术的广泛应用，为园区建设赢得了超过40%的宝贵工期。另外园区的临时场馆及其配套设施，也广泛应用钢结构，充分实现了绿色、低碳、环保世博的理念，因为世博会后，很多临时馆、租赁馆将异地利用、循环重建，也体现了资源的集约化使用和循环重复利用的要求。

钢筋混凝土在港口水工建筑工程中曾经起到了非常重要的作用，但到了二十一世纪，大部分港口水工工程仍旧停留在以钢筋混凝土为主要结构的水平，我们山东省几十个港口没有一个采用钢板桩结构的，这不符合世界发展潮流。世界发达国家已经大都使用钢板桩、钢管桩等作为码头结构主体，因此他们用钢量大大超过我国，客观上推动了他国钢铁工业发展。

四、改变观念，开拓进取，大胆创新

一般码头结构设计方案比较，除了符合地质等自然条件，具有施工可行性，主要考虑经济合理性，投资省的结构方案一般为推荐方案，往往忽视了由于施工简单、快捷，早投产、早获利，投资回收期短的综合评价。时间就是金钱的理念，使国外业主更愿意采用能够早投产的方案，而非省钱的方案。 （上接第231页） 福建罗源港区已被福建省明确为散货重工业港区，规划25公里的岸线，北岸由5个港区组成，西向东依次为狮岐作业区、碧里作业区、牛坑作业区、将军帽作业区、濂澳作业区[5]，规划为26~31个5~30万吨深水泊位。福建沿海地区尤其罗源湾内，水深条件优良，但港区建设腹地较小的区域，堆场面积不足，且淤泥层较深厚，开山回填形成陆域均需软基处理同样制约着港口的发展。在罗源湾港区积极推广前板桩高桩结构码头不仅能够克服拟建港区陆域纵深不足的自然条件，增大散货专用码头堆场面积，能够节省施工工期、有利于施工整体控制，对工程结构安全性、稳定性有利，并且经济性较高。国内类似自然条件、地质情况、港址环境的沿河、沿海港区，前板桩高桩码头作为

一种具有成功经验的结构选型也值得大力推广。

参考文献

[1] 中投顾问.2010-2015年中国港口码头行业投资分析及前

景预测报告[M].2010，7.

[2] 丁士昭，永海等.港口与航道工程管理与实务[M].中国

建筑工业出版社，2007.

[3] 杨茅甄.散货港口管理实务[M].上海人民出版社，2010，

12.

[4] 国家发展改革委、建设部发布.建设项目经济评价方法与

参数（3版）[M].中国计划出版社，2006. [5] 福州港务局.福州港总体规划[R].2008.

世界发达国家对环境的重视和对环保产品的认识，较发展中国家超前，如我国对石油的认识和开采利用，较发达国家落后半个世纪。当我们还在烧木材、烧柴禾、烧煤碳的时候，他们已经用上天然气了。开拓进取、大胆创新是生存之道、是发展之基，推广应用钢板桩和钢结构，还能大力推进我国钢铁工业的发展、向钢铁强国方向发展。一个占世界人口四分之一的泱泱大国，钢板桩的使用量占世界用量的1%，笔者认为这也是衡量发达与落后的某种指标，也是我们工程设计人员是否与时俱进的一个标志。

山东省北濒渤海、东临黄海、居东北亚海上交通要冲，全省7个沿海城市，7个海港，共有35个港区。还有2个内河港口，是全国沿海各省中港口最密集的省份。共计 个泊位，但没有一个泊位采用钢板桩结构。

钢构、钢铁企业如能自主研发生产直腹式即一字型钢板桩，将能大大降低工程建设成本，为推广应用钢板桩提供有利条件。钢构企业的学会、协会应广泛吸纳港口水工工程建设的行政主管单位、业主、设计、监理、施工等单位参与，和建筑业结为团契。全国港口413个，港口行政管理部门369个，港务局起码也有几百个，如果其中有10%的单位参与钢构行业的活动，相信对各方发展将会带来共赢。

五、结语

钢板桩是发达国家在上世纪20年代就使用的产品。工程实例证明格形钢板桩在港口水工建设中大有可为，钢板桩是环保、节能、高效和可重复利用的材料，可用于港口码头、墩和引堤、防波堤、地下连续墙等。推广应用钢板桩符合科学发展观，符合经济社会可持续发展的理念。为了推广应用钢板桩，钢构行业必须自主创新，籍我国经济发展的契机，加快研发、生产质优价低的钢材，并加大宣传力度，跟工程建设业界结盟，共谋发展。

参考文献

[1]《港口水工建筑物II》高等学校教材（港口航道与海岸工

程专业）

[2] 海岸工程使用钢板桩作水工建筑物主体的探讨[J].水运工

程，总335期，第12期，2001年12月. [3] JTJ293-98，格形钢板桩码头设计与施工规程[S].