钢板桩在深基坑工程中的应用

郝书文

(中铁二十局集团第四工程有限公司， 山东 青岛 266000)

1 工程概况

郑万铁路桥梁管段起止里程为DK 138+17 6.020-DK146+763.820,全长8555.1m;桥梁布置为0#台-265#墩共计265跨。

管段内根据图纸设计及现场实勘,北汝河特大桥16-22#、4#-27#、46#、47#、60#、68#-70#、73#-104#、116#、117#、129#、135#、151#、182#、191#、192#、197#、210#、229#、245#、246#、253#、256#墩靠近等级公路及穿越村庄等地段采用钢板桩支护施工;75#-104#、245#、246#墩开挖深度为5m-6.9m不等,采用钢板桩支护施工。

地质特征：从桥址所选区域地质资料及钻探结果显示，该区域地层比较复杂，根据地质年代及成因分析，可划分为：第四系人工填土层，第四系上更新统冲洪积形成的圆砾土、砂类土及黏性土层，下伏基岩第三纪泥质泥灰岩、含砾砂岩、泥质砂岩层。

据分析可知，松软图是该区域内不良地质层，普遍分布有细砂、粉砂、黏土及粉质粘土，强度较低，压缩性较强，容易产生大的不均匀沉降，工程特性较差。

2 深基坑的定义

深基坑是指开挖深度超过5米(含5米),或深度虽未超过5米,且工程具有周围环境复杂、地质条件差及地下管线复杂的特点。

2.1 深基坑施工总体方案

从施工工序方面划分，深基坑工序可分为：根据现场实际情况制定深基坑开挖、支护方案—深基坑开挖施工准备—基坑开挖—基坑支护与排水—基坑安全防护—基坑整理—基坑检验。

2.2 深基坑施工方案及施工工艺

2.2.1 工艺概述

根据现场施工情况,管段内深基坑开挖支护结构最终选择Ⅳ型拉森钢板桩。该桩结构应用履带式液压挖土机液压振捶夯打，需要注意的是，在施工前，对承台结构、地线管线分布需要先进行核实与熟悉，对支护桩中心线准确定位，对打入精度也要准确控制。其中16-22#、24#-27#、46#、47#、60#、68#-70#、73#、74#、256#116#、117#、129#、135#、151#、182#、191#、192#、197#、210#、229#、253#基坑深度小于3m周围不能采取放坡开挖，先插打型钢后垂直开挖，型钢需伸入基底2m以下，无需设内支撑，85#、100#基坑深度小于5米，周围无堆载物，基坑采用拉森钢板桩支护，采用一道内支撑。75#-84#、86#-99#、101#-104#、245#、246#基坑深度大于5米并且75#、84#、245#、246#基坑周围有堆载物，为避免堆载物对基坑稳定性带来影响，支护结构应用拉森钢板桩，通过一道固定内支撑与坑底加设一道临时支撑结构，进行混凝土封底施工；采用八字形斜撑双拼200×200mmH型钢作为围檩结构。

支护完成后继续进行基坑开挖,如基坑开挖中出现出水情况,将在基坑开挖过程中采取根据现场情况选用降水方式进行处理;

2.2.2 施工工艺

主要工艺流程见钢板桩施工工艺流程图;

2.2.3 施工方法

（1）钢板桩选用

采用拉森Ⅳ型钢板桩(B＝400mm,H=125mm,t＝13mm),考虑地质情况和开挖深度的需要以及计算，选用12m、 9m和6m长度的钢板桩。

（2）钢板桩处理

施工前，对钢板桩质量进行严格检查，主要针对钢板桩是否存在变形、扭曲及缺损进行检查，严禁不合格钢板桩进入施工现场。

（3）平整场地

施工前，对施工场地进行平整，确保后续测量放样、施工机械工作能够顺利开展。

（4）测量定位

在场地平整好以后，对钢板桩的插打位置准确进行测量，严格按照设计尺寸进行，用白灰先洒出桩位轮廓线，便于准确插打。

（5）插打钢板桩

在插打钢板桩时，按照逐片插打的原则，对偏移逐渐纠正直到合拢，在插打时，利用吊车或挖掘机附带钢丝绳吊起钢板桩后，然后将钢板桩利用液压振动锤夹板夹住并准确定位后，严格按照沿承台四周各边外放1.2m的原则进行插打。为避免插打位置出现偏差，从两个相互垂直的方向对第一篇钢板桩同时进行控制，然后以此为依据向两遍逐一插打。考虑到本工程水位较高，对转角处进行插打时，采用特制角桩，确保承台钢板桩处于同一个整体结构中，同时也达到止水的效果。

（6）钢支撑结构形式

钢板桩支撑的最主要作用是保证了基坑开挖及桩的安全性。完成沉桩以后，将横梁安装标高位置分别于基坑大于5m的深基坑距钢板桩顶1.5m位置和基坑小于5n的深基坑距钢板桩顶向下1.5m位置，用12个2cm厚钢板牛腿进行焊接，每边3个；完成焊接后，内部围檩安装采用I36工字钢，对向用I36工字钢支撑，用I36工字钢于围檩四角焊八字形对撑。深基坑如果大于5m，底部临床安装钢立柱支撑，并用混凝土封底，待混凝土强度达到75%后将钢柱支撑拆除，然后进行承台施工。

（7）钢板桩拔除

完成基础施工后，将基坑内的积水彻底抽干，用干粘土回填基坑，注意回填时分层夯实直至基础层，待回填土完成沉降至稳定后，将钢板桩采用打桩机依次拔除，对桩孔用细砂填缝。

（8）施工注意事项

①施工过程中，为确保施工质量，全程序设置专职安全员旁站，各工序检查质量合格后方能进入下一道工序，对施工中存在的问题及时发现并提出整改意见；②施工操纵时，机械作业范围、施工人员、材料堆放要严格按照现场要求，设备机械保证安全稳固；③在施工过程中，机械作业范围内及基坑内不能站人。

2.3 深基坑开挖施工工艺

深基坑开挖施工工艺流程见下图。

对深基坑开挖专项方案依据支护方案、深基坑开挖的原则进行详细制定，严格按照施工方案做好施工准备工作，并开展施工。

2.3.1 施工准备

开挖基坑之前，首要工作是施工测量，主要包含基础纵横边线测量、墩台中心桩测量、中线测量及临时水准基点测量等，此外，对断面也要做好测量，对所有测量项目及结果进行检查确认无误后，才能正式进入施工阶段。

对桥梁墩台基础中心位置及纵横向中线利用全站仪进行定位，在纵横中线各端设置至少两个方向控制桩及护桩，需要注意的是桩位应选择在基坑开挖范围外，稳定地点。

对基坑开挖边线依据设计要求及十字线进行确定，对十字线及角交处边线的桩点进行确定，从而使基坑开挖范围得到确定。

2.3.2 基坑开挖

由于本工程中水位较高，所以在基坑开挖前，需要先进行降水施工，做好抽水导流工作，在水位控制到设计基底下0.5m以后，即可组织人员、设备开始进行基坑开挖作业。

按照基础模板安装及排水需要，应该在基坑地面预留出集水井及四周排水位置，为防止周边水流进入基坑，需要在基坑周边适当位置处设置截水沟，并进行导流。

挖土和支撑的架设施工过程必须紧密配合，土方施工要求分层均匀高效，第一层开挖至第一道支撑处，进行支撑的安装，支撑安装完成后进行第二层的开挖，第二层挖至临时支撑处进行临时支撑的安装，安装完成后进行第三层开挖，在土方开挖中，应该在安全保证的基础上，迅速进行支撑，且要求支撑结构在最短的时间内需达到预紧力与整体刚度，快速创造工作面，对维护体系在受力后形变程度进行有效控制。施工中，保证及时施加支撑，严禁超挖现象发生，确保支护结构受力处于稳定状态。

长臂挖掘机是基坑开挖中应用的主要机械设备，开挖中，严禁挖掘机齿斗碰、挂钢板桩和内撑，挖掘不到位的采用人工配合开挖;基底避免超挖,使用机械开挖时,不得破坏基底土的结构,在设计高程以上20cm由人工开挖。

在开挖过程中,随时检查地质情况变化,开挖过程中，为了避免出现超挖情况，要随时进行检查与测量，避免出现超挖后回填方量导致工程量增加。

结合该工程所处地质环境及气候条件，基坑开挖施工宜选在少雨季节或枯水季节；在开挖过程中，要保证施工的连续性，不能间断，在开挖深度达到设计高程后，对基坑进行全面检查，待检查合格后，对于＞5m的深基坑应立即进行封底施工,封底时在钢板桩内侧支模，封层采用C20砼,为保证基底排水沟的深度，混凝土厚度控制在20cm以上，待混凝土强度达到75以上后，将临时钢柱支撑拆除，进行后续施工。

2.4 基坑排水施工工艺

基底明沟法排水，基底明沟排水示意见下图。

如果在开挖过程中，基坑出现渗水情况时，排水可采用明沟法进行；将集水槽及集水坑设置在坑底四周，使基坑渗水汇集后用水泵抽出。

沿基底四周基础范围以外抹流水槽，宽度30cm，纵坡为1%～5%;通常在下游位置设置集水坑，数量1个或多个，深度一般低于进水高度且大于0.7m，集水坑边长不小于0.6m，对排出的水用水槽或水管引流至远处。

3 变形观测

3.1 监测方法

于便道坡脚侧及钢板桩装订设置监测点，由专人定期对监测点高程及平面位置进行测量，如果发现沉降数据或边坡位移数据异常，则要立即按照预案措施进行处理，如果情况比较紧急，则应限行便道通行，在危险彻底排除后，通行才可恢复。

3.2 沉降点埋设

在松软地基上可挖20-50cm深的孔,竖直放入φ20mm的钢筋,钢筋和孔壁之间填充水泥砂浆,钢筋头露出地面1cm左右,并在钢筋顶面刻 “十”字作为测点。

4 结束语

对于地下管线及建筑物施工存在水位高，易渗透，埋深达五米，土质差周边又有建筑物，无条件采用大开挖放坡的情况下均可考虑钢板桩支护施工。大部分市政道路及桥梁工程施工存在上述情况，所以深基坑采用了钢板桩支护，效果非常好，归纳总结；钢板桩施工方便简单、施工安全性高、质量控制容易、施工快，现场整洁。另外，钢板桩可以重复使用，节省投资。

[1]罗新文.钢板桩在桥梁深基坑支护中的应用[J].土工基础，2015，29（6）：15.

[2]JGJ120—2012建筑基坑支护技术规程[S].

[3]田陵君,李平忠,罗燕.长江三峡河谷发育史.成都:西南交通大学出版社,1996(69～70).

[4]潘别同,黄润秋.工程地质数值法.北京:地质出版社,1994(191～197).