深基坑拉森鋼板樁支護設(shè)計與施工技術(shù)分析

黃文武

摘要：深基坑作為一項危險性較大的工程，其開挖、支護及降水施工技術(shù)和安全要求高。文章結(jié)合田陽縣東江一橋6#主墩深基坑施工實例，介紹拉森鋼板樁支護設(shè)計方案，并針對深基坑的支護施工難點，分析了拉森鋼板樁支護施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：深基坑;拉森鋼板樁;支護設(shè)計;施工技術(shù)

0 引言

隨著國內(nèi)工程建設(shè)的不斷發(fā)展，拉森鋼板樁被廣泛應(yīng)用于橋梁基礎(chǔ)施工、土體支擋等各種工程中。拉森鋼板樁整體剛度大、防水性能好，用于深基坑支護具有很好的穩(wěn)定性、安全性和防水能力，能為基坑內(nèi)墩臺施工作業(yè)提供良好環(huán)境。本文以田陽縣東江一橋6#主墩深基坑拉森鋼板樁支護施工應(yīng)用為例，介紹分析拉森鋼板樁支護設(shè)計方案與施工技術(shù)，為類似深基坑工程的施工提供參考。

1 工程概況

1.1 工程特點

田陽縣東江一橋為（80+145+80）m單索面寬體矮塔斜拉橋，主橋下部結(jié)構(gòu)有4個墩臺，其中6#主墩位于河中，距離河岸約20m，采用黏土筑島圍堰進行樁基施工。筑島頂面標高為100.8m，河道常水位約為99.7m。主墩承臺設(shè)計尺寸為28.4m×13.4m×5m，承臺底標高為91.7m，距筑島頂面9.1m。受通航影響，筑島尺寸受限，無法采用放坡開挖施工承臺基礎(chǔ)。

1.2 工程地質(zhì)

從上往下地層依次為筑島黏土層、圓礫層和中風(fēng)化泥巖與泥質(zhì)粉砂巖層，筑島黏土層厚4～8m，圓礫層厚2～5m，圓礫以下為中分化泥巖與泥質(zhì)粉砂巖互層。黏土層和泥巖層不透水，圓礫層透水性大。

2 拉森鋼板樁支護結(jié)構(gòu)設(shè)計及建模驗算

2.1 設(shè)計思路

該主墩承臺基坑深度為9.1m，考慮基底存在圓礫層，透水性強，需采用混凝土封底，封底厚度為0.5m，鋼板樁入土深度為2.0m。采用長度為12m的拉森Ⅳ型鋼板樁進行圍堰，承臺高5m，分兩次澆筑完成。考慮施工方便和基坑安全，鋼板樁圍堰設(shè)置兩層支撐，圍堰預(yù)留承臺施工的作業(yè)空間，圍堰尺寸為31.28m×16.08m。

2.2 支護結(jié)構(gòu)

支護結(jié)構(gòu)主要包括鋼板樁、圍檁、支撐體系和封底混凝土。鋼板樁采用拉森Ⅳ型鋼板樁，圍檁采用雙拼Ⅰ45a工字鋼，支撐采用529mm×10mm螺旋鋼管，封底混凝土采用C25水下混凝土。采用2K型支撐體系，共設(shè)置2層支撐，第一層支撐標高為-2.5m，第二層支撐標高為-6.1m，每層共3道中支撐和8道角支撐。支護結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

2.3 Midas模型驗算

采用MidasCivil8.65軟件對支護結(jié)構(gòu)整體建模進行有限元分析，鋼板樁、圍檁和支撐均采用梁單元模擬。對于模型的邊界條件，鋼板樁底部按鉸接模擬，被動土壓力采用只受壓節(jié)點彈性支撐模擬，圍檁與鋼板樁連接采用節(jié)點彈性連接模擬，支撐與圍檁連接采用共節(jié)點處理。建立整體模型如圖3所示。

根據(jù)工況分析，當(dāng)完成第二層圍檁支撐安裝后，基坑開挖至封底混凝土底面-9.6m標高處且未施工混凝土封底時，此時支護結(jié)構(gòu)受力最不利，支護結(jié)構(gòu)處于多點支撐狀態(tài)，鋼板樁主要受外側(cè)土壓力、內(nèi)支撐反力作用。對模型加載分析，得到運算結(jié)果為組合最大應(yīng)力σmax=86.4MPa

2.4 鋼板樁嵌固深度及基坑抗隆起驗算

根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）4.2.7條要求，嵌固深度=嵌固深度系數(shù)×基坑深度=0.2×9.6=1.92m，嵌固深度采用值為2m≥1.92m，滿足規(guī)范要求。

根據(jù)公式Ks=?? γm2ldNq+cNc[]γm1[JB（（]h+ld[JB））]+q0[SX）]≥Kb（式中h為嵌固深度），計算得到基坑底抗隆起安全系數(shù)Ks=7.159>1.40，抗隆起安全滿足要求。

3 拉森鋼板樁深基坑支護施工

3.1 鋼板樁插打施工

先插打定位樁作為導(dǎo)向架的導(dǎo)樁，定位樁位于鋼板樁兩側(cè)，每4～6m設(shè)置一組，并在導(dǎo)樁上安裝導(dǎo)梁，對鋼板樁起限位和定向作用。采用振動錘插打施工，振動錘夾緊鋼板樁吊起，使鋼板樁鎖口插入相鄰樁鎖口內(nèi)。振樁前，振動錘的樁夾應(yīng)夾緊鋼板樁上端，并使振動錘與鋼板樁重心在同一直線上，待樁穩(wěn)定、位置正確并垂直后，再振動下沉。鋼板樁每下沉1～2m左右，停振檢測樁的垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差，及時糾正。

3.2 鋼板樁圍堰合攏

在合攏前剩最后5～7片鋼板樁未插打時，測量并計算鋼板樁底部的直線距離，再根據(jù)鋼板樁的寬度，計算出所需鋼板樁的片數(shù)。鋼板樁圍堰在合攏時，兩側(cè)鎖口不一定平行，會出現(xiàn)上大下小或上小下大以及左右偏移等情況，可采用手拉葫蘆或千斤頂進行調(diào)整，使鋼板樁垂直平行。若調(diào)整后仍不能解決合攏問題，也可采用特制異型樁合攏。

3.3 基坑開挖及圍檁支撐安裝

基坑土方嚴格按分層開挖施工。分層開挖厚度約為1m，同時確保開挖深度均勻，防止造成土體橫向擠壓使鋼板樁受力不均。挖土機不可緊貼鋼板樁挖土，鋼板樁周邊土體盡量采用人工挖除，確保鋼板樁不受碰撞。基坑開挖注意不擾動基層土，避免土體變動使受力狀態(tài)改變。

圍檁及內(nèi)支撐的安裝嚴格按照“開挖一層支護一層”的原則施工。先安裝圍檁，圍檁沿鋼板樁墻全長設(shè)置，并形成閉環(huán)。圍檁固定后，安裝支撐鋼管。支撐鋼管與圍檁連接處用鋼板塞緊墊實并焊接牢固，使支撐鋼管形成拉壓桿。內(nèi)支撐自上而下設(shè)置，圍檁與各支撐鋼管連接以及縱橫向圍檁間的連接均按固結(jié)考慮，同時確保各構(gòu)件同軸受力。

3.4 坑底清理及封底施工

基坑開挖至設(shè)計封底混凝土底面標高時，清理整平底面，確保無突出土堆。對于樁周及鋼板樁根部，要盡量清理干凈，確保混凝土與鋼護筒和鋼板樁的粘結(jié)效果。清底整平完成后，即可澆筑封底混凝土。封底混凝土采用水下C25混凝土，水下混凝土應(yīng)具有良好的工作性，封底厚度根據(jù)設(shè)計計算得出，滿足安全要求。水下封底混凝土施工要求一次完成，避免冷縫形成斷板。水下封底施工采用導(dǎo)管垂直灌注，總的順序從下游側(cè)向上游側(cè)方向進行。封底前用測深錘從導(dǎo)管內(nèi)測出導(dǎo)管下口與基坑底面的距離，控制在15～30cm范圍。封底施工過程中要多點測量，時刻掌握封底混凝土的流動方向及高程，混凝土封底首批料開始后要連續(xù)作業(yè)，一氣呵成。

4 鋼板樁及圍檁支撐拆除

根據(jù)施工工況分階段進行，澆筑完成第一層承臺混凝土后，在第二道支撐和圍檁拆除前，先回填土至已澆筑第一層承臺頂面往下約30cm距離并壓實，然后澆筑20cm厚的混凝土圈梁，待圈梁混凝土達到一定強度完成受力體系轉(zhuǎn)換后，拆除第二道支撐和圍檁。每道支撐和圍檁拆除前，均應(yīng)先完成受力體系轉(zhuǎn)換，如此循環(huán)施工至拆除全部支撐和圍檁。

基坑回填、支撐和圍檁拆除后，采用振動錘拔樁。利用振動錘產(chǎn)生的強迫振動，擾動土質(zhì)，破壞鋼板樁周圍土的粘聚力以克服拔樁阻力，依靠附加起吊力的作用將樁拔出。拔樁的順序最好與打樁時相反。對拔樁后留下的樁孔，必須及時回填處理，可在鋼板樁每拔高1m后暫停引拔，振動幾分鐘讓土孔填實后再繼續(xù)起拔，如此循環(huán)至完全拔出鋼板樁。

5 結(jié)語

采用拉森鋼板樁圍堰支護技術(shù)，解決了因場地所限無法放坡開挖施工的深基坑支護問題。通過設(shè)計計算采用合理的支護結(jié)構(gòu)方案，能保證基坑壁的穩(wěn)定，同時有效減少水流滲透，為基坑內(nèi)工程施工提供了良好的作業(yè)環(huán)境，能加快基坑內(nèi)墩臺施工進度，節(jié)省工期。在工程建設(shè)中，拉森鋼板樁支護基坑技術(shù)具有一定的推廣意義。

參考文獻：

[1]韋世國.公路橋梁施工系列手冊 墩臺與基礎(chǔ)（下篇）[M].北京：人民交通出版社，2014.

[2]JGJ120-2012，建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程[S].