市政管道深基槽開挖工程中的鋼板樁支護技術(shù)

劉巨龍

（中土集團南方建設(shè)發(fā)展有限公司，廣東 珠海 519000）

1 引言

拉森鋼板樁是一種特制的鋼板樁，能在深層基坑內(nèi)作為臨時排水屏障。本發(fā)明具有質(zhì)量輕、強度高、鎖口嚴密、防水性能好、施工方便、施工快速等優(yōu)點[1-2]。近年來，由于國家的經(jīng)濟、城市化的迅速發(fā)展，拉森鋼板樁作為一種新型的樁基工程得到了越來越多的應用。本文通過一項具體的工程，探討了拉森鋼板樁支護技術(shù)在城市供水管道深槽施工中的應用。

2 工程概況

該項目采用3.55～4.86 m 深的地下雨水管，在地下雨水管網(wǎng)中鋪設(shè)。在工程勘察報告的基礎(chǔ)上，針對不同的土壤性質(zhì)和周圍環(huán)境提出了相應的施工方案。位于K0+290 處線路東側(cè)有一條明溝，這條明溝常年流水，在K0+290～K0+912 段落雨水方溝的開挖過程中，計劃使用明溝的方式進行疏排。溝槽開挖時，在溝槽的兩邊設(shè)置400 mm 的排水明溝，每隔30 m 左右設(shè)置1 個集水井進行排水。

根據(jù)《檐州濱海新區(qū)第一、第二組團拆遷安置區(qū)“幸福家園” 周邊基礎(chǔ)設(shè)施項目工程地質(zhì)勘察報告》，K0+000～K0+260段溝槽位于第三層生物碎屑巖（Q2m）中，建議采用履帶式鑿巖碎石開挖該段溝槽。K0+260～K0+700 段的排水溝位于粉質(zhì)黏土層（Q2m），建議邊坡開挖排水溝，開挖坡度為1∶0.75。K0+700末端段位于②-1 層中間砂層（Q3m），由于地下水位高，開挖過程中可能形成流砂，因此，在溝槽兩側(cè)施打9 m 拉森鋼板樁，可防止開挖雨水管道時導致管線發(fā)生移位。

3 基坑鋼板樁支護方案

K0+700 末端段雨水溝渠采用鋼板樁圍堰，置入鋼板樁788 t。

3.1 材料規(guī)格及設(shè)計參數(shù)

鋼板樁長9 m，寬400 mm，高125 mm，厚13 mm，類型為拉森型Ⅲ[NKSP-Ⅲ（L）型]。單根樁體質(zhì)量為60 kg/m，板的截面模數(shù)Wx=1 340 cm/m。鋼板樁的允許應力為180 MPa。

3.2 帷幕設(shè)計要求

基坑的支護帷幕大多為9 m 長的樁，也有一小部分（大約280 m）為12 m 長的樁，在打鋼板樁之前，將基坑上方1.5 m的表土鏟去，然后進行鋼板樁的施工。深基坑內(nèi)鋼板樁圍護帷幕的支承體系是由H300 型鋼組成的鋼質(zhì)圍擋體系；每4 m 左右布置一條內(nèi)側(cè)支承梁，并使用φ300 號鋼管支撐于腰梁。

3.3 基坑鋼板樁支護帷幕施工要求

（1）首先，由測量員確定鋼板樁圍堰的軸心，可按一定間距布置引導樁，引導樁直接采用鋼板樁，再以鋼絲繩為引線，在打樁過程中通過引線來控制鋼板樁的軸心。（2）鋼板樁的溝槽大小應符合設(shè)計要求，其允許偏差為-10 cm。（3）應對鋼板樁表面缺陷、端部矩形率、體擾度、樁體扭曲、截面局部變形及鎖口變形處預以矯正，以確保鋼板樁符合技術(shù)要求。（4）在打樁之前，應對鋼板樁進行防腐處理，再用環(huán)氧煤焦油進行防腐。鎖口必須填充防水材料。鋼板樁在施工時必須安裝導向架。在下樁過程中，豎向誤差不得超過1/100，同時應保證鎖口緊密[3]。（5）鋼板樁采用挖掘機打拔，鋼板樁應分階段進行打樁。根據(jù)場地條件，打樁順序從一側(cè)向另一側(cè)按60～100 m 的距離進行。（6）為了便于機械開挖，基坑成型后必須立即安裝內(nèi)部支撐，鋼板樁和圍護結(jié)構(gòu)間的空隙可用硬木填充。

4 鋼板樁支護技術(shù)

4.1 施工技術(shù)流程

鋼板樁定位布設(shè)→挖掘?qū)蛄骸惭b導梁→將鋼板樁打入地下→拆除導梁→開挖溝底，安放內(nèi)部支撐→排污管道裝置→排污管線閉水試驗→50 cm 的內(nèi)撐條下溝回填→移除橫梁和內(nèi)托架→路基填筑→拔樁→鉆孔灌注樁。

4.2 場地平整壓實

在澆筑鋼板樁之前，要對其外部工程區(qū)域進行平整和碾壓，以保證槽壁外部的土層較為緊密，能夠滿足打樁施工的需要。

4.3 鋼板樁吊運

安裝和卸載鋼板樁宜使用二點式起重機。每次提升不超過5 根鋼板樁，并要注意保護鎖頭不被破壞。提升方式有兩種：成束提升和單根提升。成束提升通常采用鋼索，單根提升通常采用專用的吊鉤。

4.4 鋼板樁堆放

鋼板樁堆放宜選擇平坦、堅實之處。將鋼板樁分層堆疊，一般每層不超過5 根，層與層間墊上枕木，墊木間距一般為3～4 m，上、下兩層墊木應成一條垂直線，堆高不得超過2 m。

4.5 導架的安裝

在板樁施工過程中，必須設(shè)置堅固的引導支架，以確保樁基的準確定位及垂直定位，增強沉樁貫入能力、控制沉樁的深度精度、避免板樁扭轉(zhuǎn)。導向框架包括一根單橫梁和一根支撐檁條。在導向框架的安裝過程中，有以下幾點需要注意：（1）使用經(jīng)緯儀、 水平儀等儀器對導向梁的定位進行控制與調(diào)節(jié)；（2）導梁應選擇合適的高程，以利于鋼板樁成孔高度的控制，同時提高工作效率；（3）在打設(shè)鋼板樁時，導梁不得發(fā)生沉降或變形；（4）導梁放置在盡可能垂直的地方，并且不會與鋼板樁發(fā)生沖突。

4.6 鋼板樁施打

1）采用履帶挖土機（帶有振動錘）開挖，開挖前，必須精確放行支撐樁中線。

2）在澆筑樁身之前，逐個檢驗鋼板樁，將連接鎖頭生銹、變形較大的鋼板樁拔除，待修補后再投入使用。在鐵絲網(wǎng)的鎖孔上抹上一層油，便于鋼板樁插入和取出。

3）在打樁時，對每一根樁身的傾斜程度進行實時監(jiān)測和檢測，在傾斜程度太大，無法通過拉直方式對正的情況下，將其拔出并重新對正。為了確保垂直度，采用2 個經(jīng)緯儀雙線監(jiān)測。

4）在施工過程中，采用屏風法施工。該方法不會引起鋼板樁的屈曲、扭轉(zhuǎn)、傾斜及壁面下陷，鉆孔精度高，易于封閉。首先，在導框內(nèi)埋設(shè)10～20 根鋼樁，形成網(wǎng)眼后再開始打樁。通常，要先將隔柵兩側(cè)的一套鋼板樁打至設(shè)計標高，經(jīng)檢驗合格后，將其焊接于圍檁上，然后在中間1/3 或1/2 的高度處進行鉆孔。屏風法打樁順序可分為正序、逆序、往復序、中分序、中和序、組合序等。鋼板樁布置的次序?qū)︿摪鍢兜拇怪蔽灰啤⑤S向膨脹、鋼板樁墻凸度和施工效率都有重要影響。因此，合理選擇鋼板樁的成孔順序是成孔技術(shù)中的一個重要環(huán)節(jié)。選用的原則為：在已打好的屏風墻兩端的鋼板樁方向相反時，應按正序進行，相反時，按反向進行；在屏風墻體兩端的鋼板樁仍處于豎直狀態(tài)的情況下，可以按往復式順序施工；在鋼板樁較長的情況下，可以采用組合順序施工。在施工時，應根據(jù)具體條件來確定其施工順序，可采用一種或幾種順序，逐次打至設(shè)計標高，一般為0.5～3.0 m。本工程采用正序施工。鋼板樁允許變形量為：樁頂標高±10 cm，鋼板樁軸線偏差±10 cm，鋼板樁垂直度2%。

4.7 支撐體系施工

經(jīng)計算，拉森鋼板樁采用一道內(nèi)側(cè)支護，分兩步進行，第一步是機械開挖至2 m，然后進行大梁、內(nèi)撐的安裝，其次是手工與機械一起挖到坑底。在施工過程中，及時設(shè)置圍檁和內(nèi)撐，確保施工的安全性。挖出來的土方全部由外而內(nèi)堆積，溝槽邊不堆土。

（1）材質(zhì)：所有型號的鋼材均為Q235-B 級。（2）各部件的連接：所有支承系統(tǒng)的結(jié)合部均為平接頭，焊接成水平接頭。在所有結(jié)合部的拐角上，均應有300 mm 的橫向連接鋼板。在各部件的接頭上，采用全焊接方式，焊接長度不得少于8 mm。為了提高腹板的穩(wěn)定和扭轉(zhuǎn)剛度，在梁柱與支座的結(jié)合部加厚10 mm 的鋼肋。

4.8 鋼板樁的拔除

在區(qū)域內(nèi)的混凝土排水管鋪設(shè)完畢之后，將渣石等物質(zhì)回填至距管頂30 cm 的位置，然后進行支撐的拆卸，拆卸時，先拆橫向支撐，后拆順水支撐。在下道支護拆除完畢后，按層狀進行回填，當離上道支護30 cm 時，首先將上道水平支護拆除，然后將順流支護拆除；在全部支撐物被移除后，以10%比重的灰泥土進行回填，填至鋼板樁頂部。

拆除支架時，要拆除各種連接和加固構(gòu)件，徹底拆除焊接觸點，并有專人在現(xiàn)場指導拆卸和切割施工，確保整個支架拆除施工的安全。

4.9 鋼板樁土孔處理

拔樁后遺留的樁孔應及時進行回填，回填土料為砂。樁孔的處置：為了使樁孔能及時回填，在打樁機提升1 m 的時候停止下鉆，振動幾分鐘，方便樁孔充填。當鋼板從樁孔中抽出后，預留的空間要立即用1∶1 的水泥漿進行填充。

5 監(jiān)控量測

5.1 監(jiān)測位置

觀測基坑的水平位移、基坑兩側(cè)的地面沉降、基坑的水平位移、基坑支護軸力等。

5.2 監(jiān)測點數(shù)量及點位設(shè)置

于溝槽外側(cè)5 m 處設(shè)置沉降監(jiān)測點，沿溝長10 m 設(shè)置水平位移監(jiān)測點，在基坑兩側(cè)各設(shè)置5 m 左右的水平距離，即在基坑的最深處設(shè)置一個水平位移監(jiān)測點，同時在基坑的兩端分別設(shè)置沉降、傾斜及水平位移監(jiān)測。結(jié)合工程實際，觀測了基坑底部的回彈與隆起情況。

5.3 監(jiān)測和試驗控制指數(shù)

支撐樁頂處的水平移動不超過10 mm，移動速度不超過2 mm/min。外圍地表沉降量不超過15 mm，雨水方溝區(qū)域的水平偏移量不超過5 mm。

5.4 監(jiān)測要求

在支護工程實施之前，準確地測量初值。在施工過程中，注意保護好試驗點和試驗器材，避免試驗器材受到損害。為了保證試驗參考點的可靠度和試驗儀器的正常使用，必須采取有效的方法，以保證試驗結(jié)果的正確性。應將監(jiān)控資料和最后的試驗評估結(jié)果及時提交給設(shè)計者，以便于分析和制定預防措施。

5.5 監(jiān)測周期

監(jiān)測期為從基坑開挖到基坑回填的時間。在圍護施工期間，一般情況下，相鄰被測物的監(jiān)測時間為2 d；日變化或累積變化超過警情時，應增加檢測頻率，達到1 次/d；對于監(jiān)測資料出現(xiàn)異常或突變率過大等特殊情形，可適當增加監(jiān)測頻率或追蹤監(jiān)測。在地下工程建設(shè)期間，需要對每個監(jiān)測項進行2～3 次/d 的監(jiān)測。在拆除階段，每日監(jiān)測1 次。

5.6 實施工作要點

在確定支撐方案之后，按照有關(guān)技術(shù)規(guī)范進行支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計，確保支撐系統(tǒng)和材料的選擇符合支撐結(jié)構(gòu)的安全性要求。在建設(shè)項目開始之前，應組織專家對建設(shè)項目進行評估，評估通過后才能開始施工。

6 結(jié)語

通過使用鋼板樁支護施工技術(shù)，使本工程排水管道基坑工程施工段得到了有效的支護，確保了基坑內(nèi)大管徑鋼筋混凝土排水管道的安裝能夠安全、高效地完成，從而達到市政工程社會效益與經(jīng)濟效益的最優(yōu)結(jié)合。本文介紹了一種在深基坑內(nèi)采用鋼板樁支護系統(tǒng)的方法，并對其在深基坑內(nèi)的應用進行了總結(jié)，為類似市政管線的安裝提供了可借鑒的經(jīng)驗。