鋼板樁支護(hù)在靈武太中銀鐵路立交特大橋深基坑施工中的應(yīng)用

張 靜

中鐵一局集團(tuán)橋梁工程有限公司

鋼板樁支護(hù)在靈武太中銀鐵路立交特大橋深基坑施工中的應(yīng)用

張 靜

中鐵一局集團(tuán)橋梁工程有限公司

鋼板樁支護(hù)系用一種特制的型鋼板樁，利用打樁機(jī)沉入地下構(gòu)成一道連續(xù)的板墻，作為深基坑開挖的臨時(shí)擋土、擋水圍護(hù)結(jié)構(gòu)，鋼板樁因其安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)以及快捷的優(yōu)點(diǎn)作為一種新型的基坑支護(hù)方式近年來得到廣泛的應(yīng)用。文章以靈武太中銀鐵路立交特大橋基坑工程為例，分析了深基坑鋼板樁支護(hù)在鐵路工程施工中的應(yīng)用特點(diǎn),闡述了深基坑鋼板樁支護(hù)的施工過程,對(duì)鋼板樁在基坑工程中的應(yīng)用進(jìn)行了對(duì)比分析，進(jìn)一步驗(yàn)證其在深基坑工程的可行性，為類似工程設(shè)計(jì)、施工提供有益的參考，并積累了鋼板樁支護(hù)經(jīng)驗(yàn),對(duì)于實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的最大化有重要意義。

鋼板樁；深基坑；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；基坑支護(hù)；施工

1 引言

基坑支護(hù)技術(shù)是一項(xiàng)涉及土力學(xué)中典型的強(qiáng)度、穩(wěn)定性及變形問題，又涉及土與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同作用的問題的綜合性巖土力學(xué)的問題。相比樁基礎(chǔ)和地基處理，其具有更大的難度。鑒于基坑支護(hù)是臨時(shí)性工程，因此如何尋找安全的支護(hù)方式與經(jīng)濟(jì)支出之間的平衡就顯得尤為重要。

2 工程概況

新建銀西鐵路(銀川至吳忠段)客專工程靈武太中銀鐵路立交特大橋位于靈武市境內(nèi)，大橋全長(zhǎng)10.255km，在DK586+912.77處上跨銀靈一級(jí)公路，橋梁上部采用1-64m系桿拱施工，橋梁下部12#、13#墩為鉆孔樁基礎(chǔ)，大體積承臺(tái)施工緊臨銀靈一級(jí)公路。12#、13#墩承臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸為19.4m×10.6m×5m，，承臺(tái)頂埋深1.5m，基坑最大開挖深度6.5m。

該地區(qū)地勢(shì)較為平坦，橋址區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)洪積粉土、粉砂、粗（細(xì)）圓礫土，無不良地質(zhì)及特殊巖層。其中0～3.5m為粉質(zhì)粘土，3.5～9.5m為粉砂，9.5～15m為細(xì)砂，以下為粗（細(xì)）圓礫土等。

3 鋼板樁施工方案

鉆孔灌注樁施工完成后，利用拉森Ⅳ型鋼板樁支護(hù)基坑，將鋼板樁打入土層，鋼板樁長(zhǎng)15m，鋼板樁嵌入深度不小8.5m。鋼板樁打設(shè)完成后開始開挖寬1m、深1m的溝槽安裝圍囹，圍囹截面形式為Ⅰ45a工鋼，閉合成環(huán)，增強(qiáng)圍囹處焊接角板，內(nèi)撐采用φ429×9mm鋼管，斜撐采用HW400c型鋼。繼續(xù)開挖至設(shè)計(jì)高程。

4 鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 鋼板樁結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1.1土壓力計(jì)算

圖1 鋼板樁圍堰立面布置圖（單位：m）

由工程概況知土層1粉質(zhì)粘土土體粘聚力c為15.00kPa，土體內(nèi)摩擦角φ為23°，土的容重γ1為20kN/m3，水的容重γ2為10 kN/m3，粉質(zhì)粘土厚度為3.42m，地下水高度為2.42m。

土層2粉砂土體粘聚力c為3.00kPa，土體內(nèi)摩擦角φ為34°，土的容重 γ1為20kN/m3，水的容重 γ2為10 kN/m3，粉砂土厚度為6.10m，地下水高度為6.10m。

土層3細(xì)砂土體粘聚力c為0.00kPa，土體內(nèi)摩擦角φ為36°，土的容重 γ1為20kN/m3，水的容重 γ2為10 kN/m3，細(xì)砂厚度為5.48m，地下水高度為5.48m。

1.計(jì)算三層圖的主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka1和被動(dòng)土壓力系數(shù)Kp1：

2.計(jì)算左半部分土壓力強(qiáng)度

B點(diǎn)：

分界面以上：

分界面以下：

D點(diǎn)：

分界面以上：

分界面以下：

E點(diǎn)：

圖2 計(jì)算圖

3.計(jì)算左部分鋼板樁內(nèi)側(cè)土壓力強(qiáng)度

鋼板樁內(nèi)D分界面以上：

D分界面以下：

底端：

4.左右合成主動(dòng)土壓力得：

作用于擋土墻上總的主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力，即為土壓力分布面積之和故：

Ea作用點(diǎn)位置 Hc：

5.左右合成水壓力Ew得：

Ew作用于距墻底：

4.2 基坑穩(wěn)定性驗(yàn)算

4.2.1鋼板樁強(qiáng)度

鋼板樁采用德國拉森Ⅳ型鋼板樁，截面抵抗矩為W=2270cm3,截面面積620cm2，允許抗剪應(yīng)力選取[τ]=110MPa。剪應(yīng)力：

由上述計(jì)算可知選取德國拉森Ⅳ型鋼板樁強(qiáng)度滿足要求。

4.2.2圍囹驗(yàn)算

I45a截面各參數(shù)：Ix=32240cm4，wx=1430cm3，S=102cm2，允許抗彎應(yīng)力選取[σ]=140MPa，允許抗剪應(yīng)力選取[τ]=75 MPa。

抗彎驗(yàn)算：

故圍檁滿足抗彎要求。

5 鋼板樁支護(hù)施工過程

采用鋼板樁施工時(shí)，為確保邊坡穩(wěn)定，防治坍塌，避免二次基坑開挖，采用6m鋼板樁配合內(nèi)支撐進(jìn)行支護(hù)。鋼板樁打入深度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行控制，一般為承臺(tái)底部以下3m左右。測(cè)量人員首先確定鋼板樁位置，可每隔一定距離設(shè)置導(dǎo)向樁，一般距承臺(tái)邊線1.0m，然后掛繩線作為導(dǎo)線。

鋼板樁采用履帶式液壓挖土機(jī)KAT021250帶VH22000液壓振錘的錘機(jī)施打，施打前先查明地下管線、構(gòu)筑物的情況，測(cè)放出支護(hù)樁中心線。在施打中考慮到鋼板樁較長(zhǎng)，鋼板樁容易向一邊傾斜，由于傾斜誤差積累不易糾正，難以控制鋼板樁墻的平直度，所以鋼板樁施工擬采用屏風(fēng)式打入法。

5.1 鋼板樁施工的一般要求

①鋼板樁的設(shè)置位置要符合設(shè)計(jì)要求，便于混凝土承臺(tái)基礎(chǔ)施工，即在基礎(chǔ)最邊緣外留有支模、拆模的余地。

②打樁前，對(duì)鋼板樁逐根檢查，剔除連接鎖口銹蝕、變形嚴(yán)重的鋼板樁，不合格者待修整后才可使用。

③基坑護(hù)壁鋼板樁的平面布置形狀應(yīng)盡量平直整齊，避免不規(guī)則的轉(zhuǎn)角，以便標(biāo)準(zhǔn)鋼板樁的利用和支撐設(shè)置。

④整個(gè)基礎(chǔ)施工期間，在挖土、吊運(yùn)、綁鋼筋、澆筑混凝土等施工作業(yè)中，嚴(yán)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(yīng)在支撐上擱置重物。

5.2 鋼板樁施工順序

鋼板樁位置的定位放線→挖溝槽→安裝導(dǎo)梁→施打鋼板樁→拆除導(dǎo)梁→圍囹加固→基坑開挖→承臺(tái)施工→基坑回填→拔除鋼板樁。

6 結(jié)論

（1）板樁的埋置深度選取要適當(dāng)，過深則浪費(fèi)，過淺則不安全。從各種資料看，設(shè)內(nèi)支撐板樁的h與hd，比一般不超過1:1；

（2）在地下管線及鄰近密集建筑群中進(jìn)行深基礎(chǔ)開挖，采用內(nèi)支撐鋼板樁支護(hù)是一種有效的方法，其安全可靠，施工設(shè)施不占用場(chǎng)地。這種支撐是工具式的，可以多次重復(fù)使用，節(jié)約投資，且機(jī)械化程度高；

（3）當(dāng)開挖面以下土質(zhì)較好,鋼板樁人土深度不大時(shí),單層支撐可簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁模型,多層支撐可簡(jiǎn)化成連續(xù)梁模型,以方便計(jì)算；

（4）當(dāng)?shù)叵滤惠^高,需考慮水壓力影響,土的容重應(yīng)以浮容重計(jì),同時(shí)計(jì)人水壓力,文中有關(guān)公式應(yīng)做相應(yīng)變更；

（5）拉森鋼板樁實(shí)際施工時(shí)其變形量往往較設(shè)計(jì)計(jì)算值偏大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)可能產(chǎn)生位移過大的原因予以考慮。

[1]劉國斌,王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)[M].2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2]中國建筑科學(xué)研究院,JGJ 120-99建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S],北京：中國建筑工業(yè)出版社,1999.

[3]中國建筑科學(xué)研究院，GB50497-2009建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[4]朱麗霞.基于等值梁法的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)[J].土工基礎(chǔ),2010,24(6)42～45.