拉森鋼板樁在銅陵地區基坑支護中的運用實踐

儲長付，羅傳華，趙安民

(安徽省地礦局321地質隊，安徽銅陵 244033)

拉森鋼板樁在銅陵地區基坑支護中的運用實踐

儲長付，羅傳華，趙安民

(安徽省地礦局321地質隊，安徽銅陵 244033)

銅陵長江南岸污水處理廠廠外管網軟土深基坑支護工程采用了拉森鋼板樁支護工藝，取得了良好的效果。根據開挖土層的物理力學性質特征及管道鋪設要求，對支撐結構進行了計算。結合工程施工實踐，提出了注意要點，為該工藝在銅陵地區的運用積累了經驗。

拉森鋼板樁;圍檁;內支撐;基坑支護;方案設計

1 工程概況

銅陵市西湖污水處理廠廠外管網完善工程，西支污水干管設計為d2200預制鋼筋混凝土三級圓管，混凝土基礎，設計拋石墊層厚度0.8～1.2 m，管內底標高K5+079處為1.61 m，K7+293.34處為0.50 m，整體坡度0.05%。擬建管道長2000余米，最大開挖深度8 m。因開挖土層為淤泥質土，在基坑開挖時發生涌泥、坑底隆起現象，施工無法進行，建設單位委托我方對該段進行基坑支護。

2 場地工程地質條件

2.1 地形、地貌及地下水

擬建場地位于銅陵新城開發區長江南岸，屬于長江1級階地，地貌類型為沿江沖積平原區，場地地勢較平坦，地面標高在6.0～9.9 m之間，最大相對高差3.3 m左右。場地分布有沼澤地、水塘及排水溝渠。

地下水位埋深1.2～3.9 m，標高4.52～6.21 m，為第四系孔隙潛水，主要接受大氣降水補給。

2.2 場地土層特征

(1)雜填土:成分為粉質粘土混碎石土，層厚0.70～2.90 m，層底標高6.46～8.95 m，濕～很濕，屬高壓縮性土。

(2)可～軟塑狀粉質粘土:局部分布，層厚0.80～3.10 m，成灰褐色，很濕，可～軟塑狀，屬中等偏高壓縮性土。

(3)淤泥質粉質粘土:層厚3.50～19.80 m，呈灰色，飽和，流～軟塑狀，屬高壓縮性土。

(4)軟～可塑狀粉質粘土:層厚0.50～3.90，呈灰～灰褐色，很濕，軟～可塑狀，屬中等偏高壓縮性土。

3 支護方案設計

拉森鋼板樁是將鋼板加工成特殊形狀(U形、Z形、W形)，采用專用的打樁機和振動錘將鋼板樁振壓入地下，鋼板樁互相咬合構成一道連續的鋼板墻，作為深基坑開挖支護結構。拉森鋼板樁具有強度高、施工速度快、可重復使用、不受天氣條件影響等優點，近年來在我國深基坑支護中得到較廣泛的應用。

在軟土層中深基坑支護往往費用高、工期長、對環境影響大。本管道基坑開挖土層為淤泥質土，便于鋼板樁壓入。工期緊迫，場地具備樁機作業條件。經綜合分析對比，采取拉森鋼板樁工藝進行基坑支護。

3.1 設計邊界條件

基坑及板樁參數(參見圖1):基坑側壁重要性系數γ=0.9，基坑深度H=7.5 m，鋼板樁嵌固深度5.5 m，每延米板樁截面面積A=198 cm2，每延米板樁壁慣性矩I=23200 cm4，每延米板樁抗彎模量W =1600 cm3，支錨剛度729 MN/m，墻頂標高－1 m。

土層參數見表1。

圖1 支護計算斷面圖(單位:m)

表1 基坑土層參數表

3.2 計算及結果

內力計算采用增量法，基坑等級為三級。

采用Bishop法計算，整體穩定安全系數Ks= 1.16，抗傾覆安全系數Ko=1.962＞1.200，滿足規范要求。

采用Terzaghi(太沙基)公式計算，Ks=1.575＞1.15，δ=63 mm，滿足規范要求。

抗管涌穩定安全系數K=2.319＞1.5，滿足規范要求。

內力位移及地面沉降計算結果見圖2、圖3。3.3 鋼板樁、圍檁、內支撐結構驗算

3.3.1 拉森鋼板樁

σ=M/(0.7w)=173.47/(0.7×1.6)=154.9 N/mm2＜200 N/mm2，滿足要求。

圖2 內力位移包絡圖

3.3.2 圍檁

(1)計算參數(樁用H型鋼HP400×400(5)，Q235)

毛截面面積A=296.20 cm2;截面慣性矩Ix= 93000.00 cm4;回轉半徑ix=17.70 cm，iy=10.20 cm;截面模量Wx=4490.00 cm3，Wy=1530.00 cm3;截面模量折減系數0.95;凈截面模量Wnx=4265.50 cm3，Wny=1453.50 cm3;截面塑性發展系數 γx= 1.05，γy=1.20;計算長度l0x=5.00 m;抗震調整系數γRE=1。

(2)強度及穩定性計算

計算截面處的內力設計值:Mx=575.00 kN· m，My=0.00 kN·m，N=1380.00 kN。

構件截面的最大厚度為28.00 mm，f=205.00 N/mm2。

根據公式:N/An+Mx(γxWnx)+My(γyWny) =177.43 N/mm2＜1.00f/γRE=(1.00×205.00)/1.00 =205.00 N/mm2，強度滿足。

根 據 公 式: 穩 定 應 力 N/(φxA) + βmxMx〔γxWx(1－0.8N/Nex)〕+ηβtyMy(φbyWy) =173.30 N/mm2＜1.00f/γRE=(1.00×205.00)/1.00 =205.00 N/mm2，整體穩定。

圖3 地表沉降曲線圖

穩定應力 N/(φyA) + ηβtxMx(φbxWx) + βmyMy〔γyWy(1－0.8N/Ney)〕=174.70 N/mm2＜1.00f/γRE= (1.00 ×205.00)/1.00 = 205.00 N/mm2，整體穩定。

3.3.3 內支撐

(1)計算參數

毛截面面積A=111.06 cm2;凈截面系數0.90;凈截面面積 An=99.95 cm2;鋼材強度折減系數1.00;容許長細比［γ］=150.00。兩主軸平面內約束狀態及參數見表2。

(2)計算結果

受力狀態:軸心受壓;荷載參數N=1500×1.2 =1800.00 kN;構件截面的最大厚度為9.00 mm，f =215.00 N/mm2;σ=N/An=180.08 N/mm2＜f，強度滿足;N/(φA)=181.77 N/mm2＜f，整體穩定滿足。

3.3.4 設計方案

地面已挖去1 m左右，未來基坑開挖深度為6.5～7.0 m，拉森Ⅲ新型鋼板樁400 mm×12 m，圍檁400×400H(5)型鋼，402×9鋼管內支撐2道，水平間距5 m，豎向間距2.5～3.0 m。共3個工況:開挖1 m，第一道內支撐;開挖2.9～3.5 m，第二道內支撐，支撐施工前超挖深度≯0.5 m;開挖至污水管基底標高，余下采用人工開挖。采取分段支護方式，分段長度100 m左右。污水管敷設好分層回填、拆除內支撐完畢后，拔出鋼板樁進行循環支護，坑內回填坡度1∶3，作為施工人員作業和應急逃生通道。開挖機械宜采用長臂挖土機。

4 施工工藝流程及施工技術措施

4.1 施工工藝流程

開溝槽→鋼板樁矯正→打拉森樁→開挖1 m→第一道圍檁→第一道支撐→二次挖土3.5 m→第二道圍檁→第二道支撐→挖土至管底設計標高→安裝排污管→填土→拆除第二道圍檁支撐→二次填土→拆除第一道圍檁支撐→填土至頂部設計標高→拔鋼板樁。

4.2 施工技術措施

4.2.1 鋼板樁施工

(1)鋼板樁進入現場時，對所有的板樁均要檢查整理，確保板樁完整平直。具體方法是用一小平車，在車上放置一塊長1.5～2.0 m的標準板樁或者其它平整的鋼板，從頭至尾檢查一遍，有缺陷的板樁要更換或修整。

(2)打樁之前放出基坑外墻準確的灰線，作為打拉森樁的方向線。在方向線以外挖一大小合適的溝槽，作為打鋼板樁的導向。拉森樁的樁頂標高稍高于施工便道頂部標高。

(3)拉森鋼板樁施工分段進行，采用“屏風式”打入法。就是將10～20根板樁插入土中一定深度，并使兩端1～2根樁先打到要求深度再將中間部分的板樁順次打入。

(4)打鋼板樁時，選用吊車將鋼板樁吊至插樁點處進行插樁，插樁時鎖口要對準，每插一塊即套上樁帽，并輕輕地加以錘擊。在打樁過程中，要隨時監測鋼板垂直度。在錘擊板樁時，對準樁帽錘擊，防止偏心錘擊導致板樁偏出以至于向行進方向傾斜。糾斜用鋼絲繩拉住樁身，邊拉邊打，逐步糾正;對先打的板樁適度預留偏差。

(5)每根鋼板樁分2次打入，第一次由12 m高打至6 m，第二次打至設計標高。第一、第二塊鋼板樁的打入位置和方向務必要確保精度，它可以起樣板導向的作用，為兩頭樣板中間的鋼板打入做鋪墊，每打入2 m測量一次。

(6)拔樁時，先用振動錘將板樁鎖口振活以減少土的阻力，然后邊振邊拔。對較難拔出的板樁先用柴油錘將樁振打下100～300 mm，再與振動錘交替振打、振拔;與板樁打設順序相反的次序拔樁;當板樁受壓一側的土較密實，在其附近并列打入另一根板樁，可使原來的板樁順利拔出。

4.2.2 鋼支撐施工

(1)施工順序:測量放線→標出支撐水平標高→安裝圍檁→按實際尺寸拼裝鋼支撐和型鋼角撐→焊接鋼支撐結點。

(2)基坑內支撐的施工按“由上而下，先撐后挖”的原則進行。根據設計要求及現場實際狀況放支撐布置的軸線，并打入紅色樣樁標識。

(3)按標識挖支撐槽溝，第一次挖1.0 m深，安裝第一道支撐(H型鋼雙拼圍檁、內支撐型鋼及角鋼)，第二次再挖2.9～3.5 m深(隨基坑深度調整)，安裝第二道支撐，兩道內支撐的安裝要按照“圍檁→鋼支撐→型鋼角撐→焊接鋼支撐”的順序進行。

(4)根據每道內支撐的標高進行作業，內支撐形成后方可進行下部土方開挖，嚴格控制每次的開挖深度。

(5)安裝焊接H型鋼雙拼圍檁、內支撐型鋼及角鋼之后，要檢查鋼管軸線位置的水平標高，兩端的水平標高要保持一致。若發現鋼管的軸線不在設計標高處或者其軸線不在水平面上，應及時調整。

5 實施效果及體會

5.1 支護效果

經過近3個月的緊張施工，完成了該段管道鋪設工程。但在開挖基坑及鋪管過程中局部發生涌泥、涌沙、滲水現象，因施工超挖及挖機碰撞損壞內支撐原因，導致部分地段鋼板及圍檁變形過大(圖4)，造成支護返工或補強。實踐證明，本支護方案設計合理，達到預期目的，支護工程取得圓滿成功(基坑鋪管情況及支撐結構見圖5、圖6)。

圖4 鋼板樁變形

圖5 鋪管基坑實景

圖6 支撐內部結構

5.2 幾點體會

(1)支護實施前，可先將施工地段挖去部分土層，降低地面標高，減小基坑支護深度。在基坑開挖支護過程中嚴格控制序次開挖深度，嚴禁超挖。超挖易導致鋼板變形過大，內支撐無法安裝。

(2)基坑開挖及鋪管過程中，注意避免碰撞支撐結構。在本工程施工過程中，挖機損壞內支撐導致鋼板嚴重變形，造成支護返工。

(3)加強監測與預警工作，信息化施工，當超過預警值時須對支護加設內支撐，必要時須立即進行回填，重新打入鋼板樁。

(4)在冒水、涌泥沙部位可采取注漿處理，在變形過大的部位采取雙排鋼板樁、增加內支撐。

(5)為保證鋼板樁的垂直度，用兩臺經緯儀在兩個方向加以控制。打樁前、后要觀察板樁的整體垂直度，傾斜嚴重的板樁要及時調整。

(6)使用完整平直的鋼板，在運輸、卸樁和堆放的過程中要盡量不使其彎曲變形，否則導致鋼板咬合不嚴，易發生滲水、涌泥涌沙。

(7)打樁過程中，當遇到了不明障礙物、孤石或者板樁傾斜嚴重時，板樁阻力增加，會把相鄰板樁帶入，根據具體情況按下列措施處理:①把相鄰板樁焊牢在圍檁上;②增多型鋼連在一起的板樁數;③在連接瑣口上涂以黃油等油脂，減少阻力;④防止土沙進入連鎖接口。

(8)圍檁及內支撐的設計強度應適度加大，尤其是在在水中臨時回填、圍堰地段。

(9)回填基坑周邊附加荷載嚴禁超過設計值。

(10)填土密實度不滿足設計要求和未填至設計標高時，不得拆除內支撐。

6 結語

拉森鋼板樁可多次重復使用，能夠降低對空間要求，有效地保護了土地資源，施工簡單，不僅綠色環保，而且施工速度快，工期縮短，施工費用低。隨著運用經驗的積累和工藝的不斷完善，該工藝在碼頭、堤防護岸、擋土墻、防波堤、臨時擴岸、建橋圍堰、建筑及大型管道鋪設臨時基坑支護具有廣闊的應用前景。

［1］JGJ 120－99，建筑基坑支護技術規范［S］.

［2］JGJ 79－2002，建筑地基處理技術規范［S］.

［3］GB 50017－2003，鋼結構設計規范［S］.

［4］黃強.深基坑支護結構實用內力計算手冊［M］.北京:中國建材工業出版社，1998.

［5］基坑支護結構設計手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2004.

Application Practice of Foundation Pit Support with Larsen Steel Sheet Pile in Tongling Area

CHU Chang-fu，LUO Chuan-hua，ZHAO An-min(321 Geological Team，Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province，Tongling Anhui 244033，China)

Larsen steel sheet pile supporting technology was used for a deep foundation pit support of a pipeline network construction in soft soil of Tongling with good effect.Based on the physical-mechanical properties of excavated soil and the pipeline laying requirement，calculation was made on the supporting structures.According to the construction practice，attentions in construction were put forward.

Larsen steel sheet pile;around purlin;inner bracing;foundation pit support;scheme design

TU473.2

A

1672－7428(2012)04－0051－05

2011－12－20;

2012－02－10

儲長付(1965－)，男(漢族)，安徽霍邱人，安徽省地礦局321地質隊工程師，水文工程地質專業，從事巖土工程勘察設計與施工管理工作，安徽省銅陵市獅子山，chuchangfu2008@yeah.net;羅傳華(1965－)，男(漢族)，安徽宿松人，安徽省地礦局321地質隊高級工程師、注冊巖土工程師，物探專業，從事巖土工程設計與研究工作;趙安民(1970－)，男(漢族)，安徽池州人，安徽省地礦局321地質隊工程師，探礦工程專業，從事巖土工程施工管理工作。