鋼板樁支護在臨近既有線深基坑支護中的應用

張繼林

（中鐵三局集團建筑安裝工程有限公司，山西 太 原 0 30006）

1 工程概況及地質情況

1.1 工程概況

新建滬寧城際鐵路鎮江站無柱雨棚位于現有鎮江站南側，起止里程為DK65+25~DK65+475，相對既有京滬線里程區間約為K1214+415~K1214+865。雨棚樁基礎為鋼筋混凝土灌注樁及獨立承臺基礎，承臺尺寸為4 000×6 400，承臺基礎26個，6樁承臺。

本工程無柱雨棚PB軸（臨近既有線側）樁基及承臺基礎施工于2009年10月25日開始，于2009年11月30日結束，工期為45天。

1.2 地質情況

本工程原地面以下地質情況如下（自上而下）：

（1）素填土：結構松散，場地內表層均有分布，厚約0.8m～4.0m。

（2）1粉質黏土：可塑～硬塑，該層局部缺失，厚約2.0 m～7.7m。

（2）2粉質黏土：可塑～軟塑，該層局部缺失，揭露厚度2.3 m～10.9 m。

（3）2粉質黏土：可塑～軟塑，該層局部有分布，揭露厚度1.5 m～5.7 m。

（3）3粉質黏土：硬塑，全場地均有分布，揭露厚度9m～21.9m。

（4）粉質黏土：硬塑，局部地段有分布，揭露厚度2.5 m～3.5 m。

（5）1全風化粉砂質泥巖，巖石風化劇烈，巖芯呈土狀，揭露厚度0.7 m～4.3 m。

（5）2強風化粉砂質泥巖，巖石風化劇烈，錘擊易碎，揭露厚度2 m～5.8 m。

2 既有線側相對關系

根據現場測量定位結果，雨棚PB軸與既有線（4）道的中心距離為11.35 m，與臨時過渡接觸網立柱中心線距離為8.15 m。承臺最外側邊緣與既有線（4）道中心線距離為8.15 m，與臨時接觸網支柱中心線距離4.95 m。雨棚鋼管柱與臨時過渡接觸網支柱距離均為8.15 m，距既有（4）道中心線為11.35 m。見圖1、圖2。

3 鋼板樁施工注意事項

3.1 槽鋼鋼板樁選型

根據鎮江站無柱雨棚地質勘查報告及線下施工單位路基開挖情況，地下水位較低，承臺基坑支護采用槽鋼鋼板樁，槽鋼采用40 b型，樁長12 m，深入基坑底部不小于8 m。采用Z550型液壓沉樁機。

圖1 承臺基礎與既有線位置關系圖

圖2 既有線施工最不利剖面圖

3.2 槽鋼外觀檢驗

施工前，對槽鋼外觀進行檢驗，不符合形狀要求的要進行矯正，以減少打樁過程中的困難。外觀檢驗包括表面缺陷、長度、寬度、厚度、端頭矩形比、平直度等內容。

3.3 槽鋼鋼板樁吊運

裝卸槽鋼宜采用兩點吊。吊運時，每次起吊的鋼板樁根數不宜過多，并應注意保護鎖口免受損傷。吊運方式有多捆起吊和單捆起吊、鋼筋捆扎、專人指揮。

3.4 槽鋼堆放

槽鋼堆放的地點，要選擇在不會因壓重而發生較大沉陷變形的平坦而堅固的場地上，并便于運往打樁施工現場。

3.5 操作方法

（1）在基坑邊上定出軸線，留出以后施工需要的工作面，確定槽鋼鋼板樁施工位置。

（2）定位樁打入后，在定位裝上安裝導架，導框采用在現場分段制作，現場組裝的方式。

（3）槽鋼鋼板樁施打。采用單獨打入法，即吊升第一支槽鋼，準確對準樁位，振動打入土中，達到預定深度。吊第二支槽鋼，卡好企口，振動打入土中，如此重復操作直至基坑鋼板樁完成。

（4）鋼板樁拔出。工程完畢后，再進行鋼板樁的拔除。采用振動錘等來進行鋼板樁的拔除，即利用振動錘產生的強迫振動擾動土質，破壞鋼板樁周圍土的粘聚力以克服拔樁阻力，依靠附加起吊的作用將其拔除。鋼板樁拔除后留下的樁孔必須及時做回填處理，回填一般用擠密法或填入法，所用材料為中砂，按照“拔一填一”的原則進行。

3.6 注意事項

（1）支護鋼板樁的平面布置形狀應盡量平直整齊，避免不規則的轉角，以便標準鋼板樁的利用和支撐設置。

（2）整個基礎施工期間，在挖土、吊運、扎鋼筋、澆筑混凝土等施工作業中，嚴禁碰撞支撐，禁止任意拆除支撐，禁止在支撐上任意切割、電焊，也不應在支撐上擱置重物。

（3）施打前一定要熟悉地下管線、構筑物的情況，認真放出準確的支護樁中線。

（4）打樁前，對槽鋼逐根檢查，不合格者待修整后才可使用。

（5）在插打過程中隨時測量監控每塊鋼板樁的斜度不超過2%，當偏斜過大不能用拉齊方法調正時，拔起重打。

3.7 鋼筋混凝土承臺開挖

經測設，站臺面平均高程為16.24 m，地平面高程在15.0 m左右，無柱雨棚±0.000的絕對高程為14.84 m，承臺底標高為10.64 m，開挖深度約為4.3 m，承臺最外側距既有線（4）道中心距離為8.15 m，對軌道線路穩定可能會存在影響。為避免事故發生，在承臺周邊設置槽鋼鋼板樁進行基坑圍護（槽鋼采用40 b型），打入基坑底部8 m，內設二道圍檁，承臺施工完成后，在取得工務部門同意后，將槽鋼拔出，邊拔邊用細砂將孔注滿。見圖3、圖4。

4 基坑支護受力計算

4.1 支護方案的選擇

本工程采用連續擋墻式支護，支護材料采用40b型槽鋼。結構計算簡圖見圖5。

4.2 計算基本信息

（1）基本信息見表1。

圖3 鋼板樁圍護尺寸意圖

圖4 鋼板樁施工斷面示意圖

圖5 鋼板樁支護方案示意圖

表1 基本信息

（2）超載信息見表2。

表2 超載信息

3）土層信息見表3。

表3 土層信息

（4）土層參數見表4。

表4 土層參數

4.3 土壓力模型及系數調整

圖6

表5 土層參數

4.4 結構計算

圖7 各工況

圖8 內力位移包絡圖

圖9 地表沉降圖

4.5 整體穩定驗算

圖10 整體穩定驗算簡圖

計算方法：瑞典條分法

應力狀態：總應力法

條分法中的土條寬度:0.40 m

滑裂面數據

整體穩定安全系數Ks=1.906

圓弧半徑（m）R=8.588

圓心坐標X（m）X=-1.031

圓心坐標Y（m）Y=2.868

4.6 抗傾覆穩定性驗算

抗傾覆安全系數:

Mp：被動土壓力及支點力對樁底的彎矩, 對于內支撐支點力由內支撐抗壓力決定;對于錨桿或錨索，支點力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值。

Ma：主動土壓力對樁底的彎矩;

Ks=5.068>=1.200，滿足規范要求。4.7 抗隆起驗算

圖11 抗隆起驗算簡圖

Prandtl（普朗德爾）公式（Ks>=1.1～1.2），注：安全系數取自《建筑基坑工程技術規范》YB 9258-97（冶金部）:

Ks=3.672>=1.1，滿足規范要求。

Terzaghi（太沙基）公式（Ks>=1.15～1.25），注：安全系數取自《建筑基坑工程技術規范》YB 9258-97（冶金部）:

Ks=4.266>=1.15，滿足規范要求。4.8 隆起量的計算

注意：按以下公式計算的隆起量，如果為負值，按0處理!

式中：δ：基坑底面向上位移/mm;

n：從基坑頂面到基坑底面處的土層層數;

ri：第 i層土的重度，kN/m3；

地下水位以上取土的天然重度，kN/m3；地下水位以下取土的飽和重度，kN/m3;

hi：第i層土的厚度/m;

q：基坑頂面的地面超載/kPa;

D：樁(墻)的嵌入長度 /m;

H：基坑的開挖深度/m;

c：樁(墻)底面處土層的粘聚力/kPa;

φ：樁(墻)底面處土層的內摩擦角（度）；

r：樁(墻)頂面到底處各土層的加權平均重度，kN/m3；

5 施工基坑監測

做好路基沉降觀測工作，本工程在既有線路肩處共設置50個路基觀測樁，每隔2 h觀測一次，報警值為2 mm，施工結束后每周觀察一次，若發現水平位移和垂直位移應采取相應措施，施工結束后趨于穩定。

6 結束語

采用鋼板樁支護，不但有效保證了基坑開挖對既有線的行車安全，盡可能的減小位移和沉降，而且施工速度明顯加快，同時具有造價低、經濟實用等優點，所以應用前景非常廣泛。