拉森钢板桩在淤泥质深基坑支护中的应用

张新平

(福建省第一公路工程公司)

1 引言

随着我国交通建设的发展，基坑支护技术已经成为地基处理领域的一个难点和热点。尤其在河道中施工，往往其淤泥性质及开挖深度等各种不稳定因素给基坑施工带来众多困难，其支护方式的选择尤为重要。拉森钢板桩是一种可重复使用的环保材料，具有高强轻质、止水性能优越、耐久性强、施工效率高、作业占用场地小、施工工期短、重复性好等本身固有的独特性能在基坑支护工程方面具有广阔的市场前景。

2 工程概况

火烧桥箱涵位于浔美渠，横穿324国道，处于六叉路口正中，其北侧紧挨着华园北路和通源街，西侧靠近国道火烧桥，交通情况十分复杂。设计将原火烧桥拆除后重建箱涵，为3孔-净宽6m×净高3.8m，总宽20m。为合理进行施工期间交通组织，将箱涵施工顺序分为三段，现状火烧桥为中间段长41m，左右两侧段各长45m;箱涵流水面高程0.32m，箱涵基底高程-1.33，整个箱涵坐落于淤泥层中。

旧火烧现状原地面高程约为5.16～5.79m，排洪沟现有水位高程为2.9～3.3m，淤泥层较厚。箱涵所处位置地质情况自上而下为:5.13～0.67m为杂填土0.67～-4.5m为淤泥层，-4.5～6.13m为中砂，-6.13～-11.53m为碎块状强风化花岗岩。

3 深基坑施工总体方案

3.1 基坑支护方案的选定

箱涵处于交通交叉口中，交通情况十分复杂，且箱涵施工过程必须保证交通顺畅，以节段3为例，箱涵北侧2m有一条Φ500自来水管和10kV高压线，西侧为旧火烧桥，其下部及基础均为浆砌片块石，稳定性差，基坑开挖对周边环境影响较大。工程大面积开挖平均深度为6.5m，坑底均为淤泥，施工场地狭小，宜采用刚度较大的支护形式来控制位于。通过质量、安全、工期、成本、使用范围、实用性及材料设备的比选，现场施工中采用较为经济的拉森IV型钢板桩施工方案，作为支护与止水帷幕使用。

3.2 钢板桩支护方案设计

根据本箱涵所处地质条件、基坑边路堤堆载和地下水位情况，采用专业基坑支护计算软件进行设计验算。得出宜采用桩身长12m的支撑式拉森钢板桩支护，基坑开挖后埋入土深度大于3m，钢板桩腰梁采用2根32a普通工字钢，水平间距5m。中间支撑柱采用D325X6.5钢管，长度14m，间距3.5m。钢垫板及腰梁与中支撑接触处采用满焊焊接，腰梁与钢板桩接触处采用满焊焊接。横向支撑采用两层φ37.5×6.5的钢管支撑，间距5m。纵向支撑为在转角位置采用两层φ32.5×6.5的钢管支撑斜撑和在中线采用两层φ37.5×6.5的钢管支撑对称。

3.3 总体施工步骤

(1)平整场地，测量放线，施打拉森钢板桩围堰和支撑柱;(2)开挖至顶层支撑面以下1m，架设顶层围檩支撑;(3)开挖至第二层支撑以下0.5m;(4)架设第二层围檩支撑;(5)基坑开挖至垫层底标高，并完成基底换填处理;(6)浇筑底板混凝土及底板混凝土与钢板桩间浇筑支墩混凝土;(7)待传力带混凝土强度足够时完成第二道内支撑的施工转换，并拆除第二道支撑;(8)完成剩余箱涵结构后，进行基坑回填并拆除顶层支撑及拆除钢板桩围堰。

3.4 拉森钢板桩施工技术

本箱涵钢板桩围堰大小为23m×33m，打桩时要采取林火机动的措施来满足现场条件，保证板桩横向和竖向精度所采取的每项措施，都必须符合相关的安全标准。因此必须重点考虑设备通道、工人、起吊拼装的位置、打桩的安全性和精度等。其主要方法有两种:逐根打入和屏风式打入。

(1)钢板桩施打

钢板桩经吊车就位后，采用履带式挖掘机配DZ30液压振动锤打桩机施打。基于本项目主要为松软土层和硬塑淤泥层，桩长为12m，为实现打桩效率最大化，拟采用逐根式打桩法。

①施打前一定要熟悉地下管线及构筑物的情况，并先由测量人员认真准确定出钢板桩围堰的轴线，并设置一定的导向桩。②打桩前，先对钢板桩逐一检查，剔除连接锁口处锈蚀、变形严重的钢板桩，然后由打桩机吊桩，人工扶正就位。③桩就位后，先采用冷打方式轻轻锤击数下，再单桩逐根正常施打，保证桩顶高程平直，达到设计标高。④打桩过程中桩底有土压力，桩锁口之间缝隙较大，上端容易产生倾斜，需注意监测倾斜度不超过1％，当超过时应予以纠偏。

(2)内支撑安装与拆除

在基坑土方开挖至第一层支撑以下1m时，做到基坑角部不预留任何松土堆，严格按设计要求进行围檩及支撑的安装。内支撑包括围檩、对撑、角撑、隅撑、支撑柱等，内支撑自上而下设置，分两层支撑。一边开挖，一边安装。安装时按照设计要求，测量标高及支撑轴线挂线以检验支撑位置，确保无缝钢管与围檩垂直，并及时安装隅撑。在底板和钢板桩之间设置传力带，在底板混凝土与传力带混凝土达到80％强度时进行基坑分阶段回填，并对称间隔拆除底层支撑与围檩，避免瞬间应力释放过大而导致局部变形开裂。

(3)钢板桩拔除

基坑回填后拔除钢板桩，拔桩前应充分考虑拔桩方法和拔桩时间，拔桩起点应离开角桩5根以上，先用拔桩机锁住桩顶，振动1～2min，使钢板桩周围土液化，减少对桩的摩阻力，慢慢向上振拔。

3.5 基坑监测

为控制围护结构，周边建筑物(桥梁)与地下管线(自来水)的变位、沉降和预报施工中出现的异常情况，并正确指导施工，在施工中建立严格的监测系统，主要有以下几点:

(1)在维护结构转角处设置水平、沉降观测点。

(2)在对撑、角撑受力最大点设置应变观测点。

(3)基坑外地表沉降、裂隙，基坑坑底回弹量。

(4)周围建筑物和地下管线的水平位移、沉降差及倾斜。

(5)地面及坑内地下水位监测。

4 钢板桩支护在施工中的几点建议

拉森钢板桩作为本箱涵基坑的主要维护结构，其结果证明是正确和安全的，并未对相邻桥梁和主干道造成明显影响。基于本箱涵的成功经验，提出以下几点建议，以供类似工程参考。

(1)施工钢板桩时，必须确保其垂直度和桩位在允许误差范围内，建议施工刚性导向围檩，可有效消除板桩的横向倾斜。

(2)净空受限时，可沿预定的桩线挖一条沟，以增加净空高度，另在地面上将钢板桩组装成排桩，用临时横支撑固定，其长度要小于净空高度。开始沉桩时可在临时支撑上锤击，待净空够时再将桩锤移到正常位置。

(3)基坑内设置集水坑时，由于围堰转角附近的水力坡度最大，集水坑应尽量远离墙体及转角。

(4)基坑应分层开挖，开挖速度不宜过快或小面积开挖过深以及不及时施加支撑，防止维护结构受力急剧增大，易引起钢板桩的变形与失衡，引发安全事故。

(5)建议在施工中采用主动支撑的方式，做到先撑后挖，以减少维护结构开挖后无支撑的暴露时间。施工中各层开挖到支撑架设控制在16h，基底回填及封底混凝土施工应控制在24小时进行。

(6)拔除钢板桩时，应尽量减小速率，可使拔桩产生的空洞密实。

5 结语

本箱涵改建项目属于城市建设道路，因其作业面狭窄，易临近建筑物或街道，施工现场很难封闭交通，工期紧，再加上水、电、气、通信、排污管道等影响，结合所处地质的实际情况，综合各种约束因素来考虑其适用性，充分利用已有技术条件，从选择钢板桩作为箱涵维护结构的实际应用效果来看，相比土钉墙、钻孔桩、沉井、钢管桩等各种支护方式，具有对周围环境扰动小，工艺简便，材料周转率高，工期较短，工程造价低的特点，在整个工程中节约了造价和时间成本，安全可靠地完成箱涵建设任务，取得了良好的应用效果和经济效益，为市政工程淤泥质深基坑围护提供了很好的经验，为统一钢板桩的施工技术规范和技术提供了一点实践。

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