鋼板樁在砂土地層深基坑開挖支護中的應用與分析

李海龍

（遼寧地質工程勘察施工集團有限責任公司，沈陽110032）

1 引言

基坑支護的方式十分多樣，在施工過程中選取安全可靠、經濟適用的支護方式尤為重要。基坑支護工程大多為臨時施工項目，鋼板樁支護在沿海地區軟弱地層應用比較廣泛。根據基坑特點可結合錨索或內支撐形成支護體系，基坑回填后可將其拔出回收，它適用于淤泥質土、粉質黏土、粉土、細砂、中砂層。本文結合具體案例介紹鋼板樁支護方式在中粗砂地層的施工特點及其注意事項，通過支護效果分析其施工可行性和適用性，為類似工程施工提供參考和借鑒。

2 工程概況

本工程為已建廠房，廠房為鋼結構，施工完成后擬安裝設備基礎，設備基礎規格為32m×12m，埋深為5.6m，設備基礎邊線距離廠房的獨立基礎較近，最近距離僅1.2m。為保證已建廠房的安全，需在設備基礎開挖過程中做好防護措施。場地工程地質條件如下：自然地面以下0～2m為粉質黏土，2～4m以下為中密狀態的細砂層，4m以下為中密至密實狀態的中粗砂層。地下水為潛水，水位埋深約為4m。

顯而易見，這是一個規模較小卻極為復雜的基坑支護工程。本工程重點及難點如下：（1）場地空間狹小，廠房已經封頂，舉架約18m，支護邊線緊靠獨立基礎；（2）開挖范圍土層主要為粉細砂，容易產生流沙；（3）地下水位高，需要進行降水處理；（4）變形控制極為嚴苛，需要確保已經完成設施的安全，嚴禁引起過大變形；（5）工期緊張，設備基礎需要快速施工，安裝設備。

3 基坑支護方案設計與分析

針對這些技術難點采取應對措施，場地狹小不能采用大的施工設備，粉細砂地層應處理好流沙，防止樁間土流失。綜合比對，最終選定的支護方案為：鋼板樁結合預應力錨索的支護方式，基坑內設置降水井。鋼板樁的樁長9m，設置1排水預應力錨索，基坑內設置6眼管井，如圖1所示。

圖1 支護結構圖

4施工方案

整體施工流程：施工準備—鋼板樁施工（降水井施工）—土方開挖—錨索施工—降水—土方開挖。

4.1 準備工作

準備工作包括：（1）由建設單位提供打樁的施工作業面，保證無地下管線及障礙物，場地平整壓實，保證樁機設備安全運行；（2）根據現場軸線關系將基坑位置定位；（3）基坑監測前期準備：設置3處基準點，并在基坑周圍的基礎上設置監測點，進行原始數據測量。

4.2 鋼板樁施工

振動式沉樁工法施工鋼板樁，應注意：（1）壓樁剛開始時速度不宜過快，不得超過3m/min。當樁尖插入樁位土體0.5m后，觀測樁身、樁架是否垂直，樁機平臺是否水平，符合要求后啟動壓樁油缸，將樁徐徐壓入。（2）壓樁過程中要密切注意觀察樁身是否發生位移、偏斜，若樁在初壓時發生位移、傾斜應及時糾正。必要時應將樁拔出，清理樁位下障礙后，再回填土重新沉樁。（3）沉樁過程中應控制沉樁速率，以減小土體孔隙水壓力的增長速率。（4）垂直度偏差不大于1%；水平偏差不大于5mm。

在鋼板樁施工完成之后開始土方開挖，基坑周邊必須分層、分段開挖，分段長度10m，允許跳挖，每次開挖多段，各段之間間隔10m以上，以便減少基坑側壁變形。

4.3 錨索施工

采用預應力錨索，鉆孔直徑≥150mm，采用低松弛高強度鋼絞線，錨索自由段用塑料管包裹，兩端用鐵線將其扎牢，避免漿液滲入，錨索安放到位后應拉緊，使錨索在鉆孔中居中，注漿液采用純水泥漿。腰梁為熱軋普通槽鋼，腰梁兩腹板凈距與錨孔位置一致，槽鋼背靠背放置，槽鋼在支點及跨中設置加勁肋板及連接綴板，腰梁每連至少兩跨。注漿體強度達到15MPa時方可進行張拉，循環二次，錨索按軸向拉力設計值的110%倍進行張拉，按軸向拉力設計值的70%鎖定。

4.4 基坑監測

基坑監測主要內容是：基坑周圍建筑物位移與沉降、支護結構樁頂位移與沉降、錨索軸力監測。監測方法：在基坑開挖前在原有建筑基礎布設監測點，基坑開挖過程中采用全站儀進行跟蹤監測，錨索內力采用安裝在結構內部或表面的應變計或應力計進行量測。應力計或應變計的量程宜為設計值的2倍，精度不宜低于0.8%F·S，分辨率不宜低于0.2%F·S，開挖前連續2d獲得的穩定測試數據的平均值作為初始值。

5 支護效果及分析

本工程經過20d基坑支護全部完成，降水后水位達到基底下0.5m，滿足土建施工條件，又經過1個月設備基礎澆筑完成，施工回填后將鋼板樁拔出回收，至此基坑支護工作完成。

鋼板樁結合預應力錨索的支護方式有效解決了本工程的各個難點，整個施工過程周邊建筑沉降量、傾斜等變形值均小于規范及設計要求，錨索軸力在設計要求范圍內。最初本工程擬采用鉆孔樁+內支撐的支護形式，對比該方案采用鋼板樁+錨索支護方式較支護樁+內支撐的支護方式節約造價約20%，縮短整體施工工期約15d。

此前鋼板樁主要用于沿海地區，該區域土質較軟承載力較低易于鋼板樁的施工，本場地主要地層為粉細砂層及中密的粗砂層，地基承載力特征值達到200～260kPa，施工過程發現鋼板樁的壓入速度確實較慢，為此技術人員采取了預挖溝槽并注入水的方式，砂層遇到水后土體的內摩擦角會有所降低，該方法提高了鋼板樁的壓入速度。通過本工程證實了鋼板樁在密實中粗砂地層的適用性，直接拓寬了鋼板樁的應用范圍。

6 結語

基坑支護是一項臨時性的施工措施，又是一項十分關鍵的工序，應結合場地環境及地質條件選用安全、經濟的支護方式。鋼板樁本身剛度大可滿足深基坑對支護強度的要求，咬合施工有效地解決了傳統排樁樁間土流失的難題，且具有止水帷幕效果。鋼板樁施工效率高且可回收，經濟效果顯著。同時通過研究發現鋼板樁在中密至密實砂土地層具有適用性和可行性。