淺談軟土深基坑鋼板樁支護設計與施工

陳強

摘 要：結合蘇州寶明高溫陶瓷工程基坑支護設計與施工，根據現場的地質條件及施工條件，討論蘇州地區軟土深基坑支護體系采用鋼板樁設計與施工的可行性，從而達到施工周期短、造價少和基坑支護安全的目的。

關鍵詞：深基坑 鋼板樁 卸荷 監測

中圖分類號：TU473 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（a）-0071-02

1 工程概況

蘇州寶明高溫陶瓷工程設備基礎設置在1#廠房S—V列內，其建設規模為兩條靜壓機基礎，國產設備基礎構筑物尺寸7700 mm×52700 mm；進口設備基礎構筑物尺寸17400 mm×11100 mm。國產設備基礎分兩步臺階，基礎底標高為-3.800 m、-5.000 m；頂標高為-3.000 m、-4.200 m。進口設備基礎分兩步臺階，基礎底標高為-2.300 m、-4.665 m；頂標高為-3.765 m、-1.500 m。基礎底板厚度均為800 mm，墻板為350 mm，砼強度等級為C25，抗滲等級為P6。場地自然地面標高約為-0.700 m。本施工區域內樁基礎較多，施工平面緊張，專業間穿插交叉作業，且臨近雨季施工，需及早采取措施保證邊坡穩定。

2 工程水文地質

經勘察查明，擬建場地勘探深度范圍內的地基土為新生界第四系地層，屬長江三角洲沖、湖積相。按其沉積環境、成因類型及其工程地質特性自上而下分為4個工程地質層。地下水穩定水位埋深0.50～0.70 m，設計和施工時地下水水位取1.50 m。

1）素填土層，灰褐色，松散，很濕～飽和，高壓縮性。含植物根莖，以粘性土為主。上部存在少量碎石碎磚，分布不均勻。層厚0.60～1.30 m，層底標高0.87～1.82 m。該層本場地內均有分布。

2）粉質粘土層，灰、灰黃色，軟塑，飽和，干強度中等，中等壓縮性，中等韌性，搖振反應無，稍有光澤。該層本場地內均有分布。

3）淤泥質粉質粘土層，灰色，流塑，飽和，干強度低，高壓縮性，低韌性，搖振反應無，稍有光澤。有機質含量較高。向下強度逐漸增強。層厚0.80～14.90 m，層底標高-14.42～-0.51 m。該層本場地內均有分布。

4）粉質粘土層，灰色，可塑，飽和，干強度中等，中等壓縮性，中等韌性，搖振反應無，稍有光澤。局部粉性較大，見灰色團塊。該層未鉆穿，最大揭露厚度為10.30 m。該層本場地內均有分布。

3 基坑設計

3.1 基坑降水

挖土范圍內所遇土層多為粘土層，根據地質報告，現場0.95 m為素填土。根據土質與基坑形狀等實際情況，基坑采用明排水方式進行基坑降排水，基坑底邊預留1000 mm工作面，四周做200 mm×300 mm集水溝排水，間隔50 m設置集水井，施工期間由潛水泵排水。

由于勘查報告未提供滲透系數，當地經驗基坑開挖前首先進行抽水試驗，確定滲透系數后再進行相關計算確定。一般所選用水泵的排水量為基坑涌水量的1.5～2.0倍。

由于基坑涌水量的未確定，水泵的選擇在現場做完抽水試驗，確定滲透系數后進行。最終實施排水效果良好，基坑底部干燥，滿足要求。

3.2 基坑支護設計

由于沒有場地限制，就近又有堆土場，從經濟角度考慮整個基坑采用卸荷+鋼板樁支護的形式，本工程設備基礎主要有國產設備基礎、進口設備基礎。國產設備基礎基坑尺寸為53 m×9.7 m（考慮1000 mm的工作面），坑底標高-5 m，局部-3.8 m，擬采用施工速度較快的4#拉森鋼板樁+一道水平鋼支撐的圍護結構形式，卸荷1.2 m，坡度1：1，明排水。進口設備基礎基坑尺寸為20.7 m×12.4 m，坑底標高-2.3 m，局部-4.665 m，擬采用1∶1的坡度進行放坡，明排水，局部采用施工速度較快的4#拉森鋼板樁+一道水平鋼支撐的圍護結構形式。土方開挖主要采用機械開挖，人工配合挖土、清底。開挖中堅持“分層、分塊、均衡、對稱、先中間后兩邊”的原則，開挖過程中臨時邊坡放坡嚴格按規范進行。另在現場準備一些草袋、支撐，如基坑開挖后，基坑變形超過報警值，進行加固處理。

3.3 基坑支護計算

基坑開挖深度為4.4 m，采用4#拉森鋼板樁+一道水平鋼支撐的圍護結構形式，樁長為12 m，樁頂標高為-1.9 m。以基坑1-1剖面為例，對鋼板樁圍護結構驗算如下：計算時考慮地面超載20 kPa。

3.3.1 整體穩定驗算

滑動圓心：（-0.15，-5.44）m，滑動半徑：19.04 m，下滑力：735.6 kN/m，抗滑力：1235.0 kN/m

整體穩定安全系數：1.679，要求安全系數：1.30滿足要求。

3.3.2 鋼板樁截面抗彎強度計算

依據《鋼結構設計規范》GB50017-2003方法

在主平面內受彎的實腹構件（考慮腹板屈曲后強度者參見本規范第4.4.1條），其抗彎強度應按下列規定計算：

Mx/（γxWnx）+My/（γyWny）≤f （4.1.1）

式中

Mx、My—同一截面處繞x軸和y軸的彎矩（對工字形截面：x軸為強軸，y軸為弱軸）；

Wnx、Wny—對x軸和y軸的凈截面模量；

γx、γy—截面塑性發展系數；對工字形截面，γx=1.05，γy=1.20；對箱形截面，γx=γy=1.05；對其他截面，可按表5.2.1采用；

f—鋼材的抗彎強度設計值。

當梁受壓翼緣的自由外伸寬度與其厚度之比大于13（235/fy）1/2而不超過15（235/fy）1/2時，應取γx=1.0。fy為鋼材牌號所指屈服點。對需要計算疲勞的梁，宜取γx=γy=1.0。endprint

1）計算參數：樁身最大計算彎矩：27.5 kN

2）計算結果

樁身受彎設計值為：34.4 kN，計算最大應力：110.5 MPa，抗彎強度：210.0 MPa滿足要求。

4 基坑施工

4.1 鋼板樁施工

1）必須預先摸清地下管線和其它障礙，并做好有效標志后才能施工。2）按定位尺寸挖好槽溝，安裝好導向控制架，才能開始打樁。3）打樁機械選用1臺挖機和1臺機械手進場施工。4）鋼板樁施工工藝流程：挖土機開槽至標高——鋼板樁清泥除銹——安裝導軌及限位——鋼板樁涂黃油——鋼板樁就位——打入鋼板樁。5）須進行小咬口連接。6）鋼板樁采用Ⅳ型拉森鋼板樁，鋼板樁的機械性能和尺寸應符合要求。鋼板樁堆存、搬運、起吊時應防止由于自重而引起的變形與損壞。7）在打鋼板樁的過程中，應隨即檢查其平面位置是否正確，樁身是否垂直，如發現傾斜（不論是前后傾斜或左右傾斜）應立即糾正或拔起重打。8）打樁順序根據現場實際情況，按單邊旋轉的樁位順序進行施工。9）鋼板樁的施工精度，垂直度偏差H/100以內。10）基坑應先支撐后開挖，鋼板樁施工完成，開挖設置圍檁與支撐系統。11）鋼圍檁應安裝在同一水平線上。鋼圍檁與鋼板樁之間的間隙采用C20砼填筑，使每塊鋼板樁都能與鋼圍檁有良好的接觸。12）經過計算拉森鋼板樁支護，支撐體系采用@609*16水平內支撐，沿軸線方向間距5米設一道支撐，位置距鋼板樁頂以下1米。內支撐與鋼板樁之間連接處設置2H400x400型鋼圍檁，支撐一端采用活節另一端焊接固定。支撐利用活節調整預壓力。13）土方開挖至基底應盡快施工墊層與底板，并同時設置底板與鋼板樁之間的支承層（澆筑混凝土）緊抵鋼板樁，不留任何間隙。14）水平施工縫留設位置為-3.1 m，設置側壁與鋼板樁之間的支承層（澆筑混凝土）緊抵鋼板樁，不留任何間隙。待支承層及側壁、底板達到設計強度的80%，進行換撐后方可拆除支撐系統。

4.2 基坑土方施工

土方開挖采用先撐后挖，分層開挖的原則。基坑深度范圍基底土質一般為淤泥質粉質粘土層，采用一次性開挖到底，局部進行接力開挖。第一級挖土深度為1.5 m左右，選用1.0 m3的反鏟挖掘機，第二級挖土深度為2.5 m左右，選用0.8 m3的反鏟挖掘機，坡比為1∶1。基坑底邊預留1000 mm工作面，四周做集水溝排水，施工期間由潛水泵排水。土方機械開挖必須留設200～300 mm的土層，杜絕超挖，然后用人工清到設計標高。對于超挖部分及松軟地基應及時處理，處理方法是用碎石充填，并作好隱蔽記錄。土方開挖施工中不得碰撞已經搭設好的鋼板樁支撐，保證支撐受力穩定。

4.3 施工監測

由于施工場地開闊，基坑周圍除已施工的基樁和柱基外，無其它建（構）筑物和地下管線，本基坑的監測內容為邊坡土體水平位移（測斜）；邊坡頂水平位移；邊坡頂垂直位移（沉降）；圍護體（鋼板樁）頂水平位移；圍護體（鋼板樁）頂垂直位移（沉降）；地下水位；坑底隆起；支撐軸力測試；柱基沉降；柱基水平位移。

從監測結果來看，本基坑的支護體系是安全可靠的。各項數據均未到達報警值。（監測數據略）

5 體會與建議

本基坑采用4#拉森鋼板樁+一道水平鋼支撐的支護體系，外加卸荷及明排水，實踐證明是可行的。相對其它支護形式，鋼板樁可回收，具有較好的經濟價值。本基坑采用的支護方法較攪拌樁、灌注樁、SMW工法，較大地減少了造價，縮短了施工工期。支護體系設計中，除了對土壓力、樁身應力變形仔細計算外，還要對抗傾覆、抗滑移、整體穩定性、基底隆起、抗管涌進行驗算，確保基坑設計安全。

參考文獻

[1] 建筑基坑支護技術規程.JGJ120-99[S].

[2] 基坑工程設計規程.DBJ08-61-97[S].

[3] 地基基礎設計規范.DGJ08-11-1999[S].

[4] 鋼結構設計規范.GB50017-2003[S].endprint