鋼板樁在填海地區基坑支護中的試驗研究

姚 男 遼寧建筑標準勘察設計院有限公司

1 前言

隨著基坑支護結構形式在填海地區的發展應用，鋼板樁以它獨具的優勢悄然進入到基坑支護市場中來。鋼板樁優點為：強度高、防水性好、可回收利用等，故常常用于圍堰工程施工。根據鋼板樁優點，結合填海地區巖土層的特殊性，將鋼板樁應用于填海地區基坑支護中，以大連東港商務區一回填土地塊基坑支護試驗為例，闡述其可行性及優點。

2 工程概況

（1）整體概況

擬建的大連東港區H06地塊基坑支護工程位于大連市東港商務區內，規劃用地面積為40400m2，總建筑面積181407m2，其中地上建筑面積146280m2，地下建筑面積35127m2。該項目共包括11棟建筑物，整體設一層地下車庫。

（2）地形地貌

勘察場地整體呈中間低四周高，局部地段受換填淤泥的影響略有起伏。鉆孔地面標高0.16m～5.69m，最大高差5.53m。勘察場地地貌單元屬于淺海，后經人工回填。

（3）地層條件

支護結構范圍內地層情況如表1所示。

3 鋼板樁支護、止水試驗

（1）試樁工作內容及目的

通過現場施作試驗樁段，并模擬實際開挖工況，以確定最終設計樁長，在確保基坑安全的前提下提高經濟效益。

試驗樁根據樁長分為兩種，分別為樁長15m鋼板樁及樁長12m鋼板樁。試驗基坑面積及深度相同，均為30m×25m基坑，深度均為4.2m～5m。

圖2 15m長試驗鋼板樁剖面圖

（2）試驗要點

按設計圖紙所示恢復修整試驗段邊坡坡形，并整平場地標高至鋼板樁工作面標高，如圖1～圖3所示。

圖1 試驗鋼板樁平面布置圖

圖3 12m長試驗鋼板樁剖面圖

按設計圖紙所示位置、間距、規格（國標U型鋼板樁）及樁長（15m、12m）等參數施工試驗樁。15m樁長與12m樁長交界處的鋼板樁之間應咬合。

圖5 鋼板樁施工照片

試驗樁施工完成后，按照圖4～圖6所示范圍、標高及放坡坡度進行土方開挖施工，土方每層開挖深度不得大于1.0m。鋼板樁頂部放坡坡面在試驗期間可暫時不進行掛網噴射混凝土施工，但在后期施工期間，該坡面應按圖施工。

圖4 鋼板樁施工前照片

圖6 鋼板樁施工后挖土照片

土方開挖前按圖布置土體深層水平位移、基坑內地面豎向位移監測點、坡頂水平位移及豎向位移監測點，記錄監測初始值。在基坑開挖過程中及開挖后一周內開始對各監測點進行監測,在開挖過程中注意對各監測點的保護。各監測點監測頻率為每天不少于2次。監測點布置：水平位移監測點，間距10m；豎向位移監測點，間距5m；及深層水平位移監測點，布置2個點。

試驗區開挖前，應制定應急預案以防止塌方、流泥等事故，對周邊環境造成破壞。

（3）鋼板樁施工工藝

鋼板樁位置掛通線定位后，從西側開始第一根15m長鋼板樁正式開始打樁。采用日立450打樁機施工，汽車吊配合脅從作業。

首先由汽車吊將鋼板樁垂直起吊，作業人員在坑內按照已掛的通線擺正就位，打樁機在樁端上口咬合后，扭動糾偏找正，之后打樁機開始沖擊樁體，將樁體打壓至土體中。在打樁過程中，地面人員在鋼板樁平行方向及垂直方向分別采用吊墜糾偏找正，確保樁體垂直進入土體。第一片鋼板樁完成后，第二片仍舊采用汽車吊吊起，由坑內作業人員將此片鋼板樁與之前鋼板樁邊口咬合后，垂直下落至地面，再由打樁機咬合樁體上口糾偏找正后打至土體中。以后每片鋼板樁重復以上作業，分別打至土體中。

為保證鋼板樁整體的平整性，本次施工鋼板樁分兩次打壓至土體中，第一次整體打壓至樁上端距坑底面6m左右，在此面層整體調平后，再依次整體打至設計標高。

（4）基坑監測情況

因工程試樁靜載試驗反作用力（強夯處理地基）的原因，對試驗段鋼板樁區域土方按照設計圖紙進行開挖。

土方挖方采取分層開挖，第一次挖方至1.2m～1.5m標高間，在此過程中鋼板樁及邊坡上土方未發現有變動。第二次土方直接挖方至-0.35m標高，挖方從東側開始，挖方中已見淤泥，淤泥采取內倒至場區內，淤泥區域挖方至設計標高（-0.35m）明顯可見上涌現象，上涌至400mm～500mm后趨于平衡。邊坡上方土體可見明顯裂縫及下沉，其中綠化帶中一棵銀杏樹因此而倒塌。鋼板樁樁體可見明顯向場區內傾斜，最大傾斜量在600mm左右，并且發生傾斜的鋼板樁明顯上浮，上浮量在150mm左右。二次土方在之后兩天內完成，中間因鋼板樁傾斜嚴重，邊坡上方土方開裂下沉，存在安全隱患。故決定已挖至-0.35m標高部分回填至0.45m標高；未挖至設計標高部分挖方至0.45m標高。

從現場監測情況看，12m樁長部分鋼板樁明顯要比15m樁長部分發生傾斜的效果要嚴重。這其中原因有：12m樁長鋼板樁挖-0.35m，側土壓力要比15m大；12m樁長區域淤泥狀態趨近于軟流塑狀態，而15m樁長部分要好一些，基本處于軟塑狀態；12m區域邊坡上方土體原已發生裂縫，土體抗剪切力要小；12m樁長區域可見明顯上浮，說明流塑態淤泥已從樁體下流通，樁長不足，15m樁長區域上浮量較小，說明淤泥流動不是很大。

4 結束語

在地質條件差的填海地區采用鋼板樁的支護形式是現實可行的，鋼板樁不僅僅可用于淺基坑的支護，還可以止住淤泥及水的流動，相對填海地區的通常支護形式（灌注樁+止水帷幕、咬合樁），鋼板樁具有施工效率高，成本低，環保等優點，是臨水地區及淤泥層地區基坑支護的新型式之一。但是鋼板樁柔性較大，當基坑深度較深時，鋼板樁樁頂位移較大，此種方法不可用，且利用理正深基坑計算時，樁頂位移較大，當附近有重要建筑物、道路及管線時應慎用。