儲(chǔ)長付，羅傳華，趙安民

(安徽省地礦局321地質(zhì)隊(duì)，安徽銅陵 244033)

拉森鋼板樁在銅陵地區(qū)基坑支護(hù)中的運(yùn)用實(shí)踐

儲(chǔ)長付，羅傳華，趙安民

(安徽省地礦局321地質(zhì)隊(duì)，安徽銅陵 244033)

銅陵長江南岸污水處理廠廠外管網(wǎng)軟土深基坑支護(hù)工程采用了拉森鋼板樁支護(hù)工藝，取得了良好的效果。根據(jù)開挖土層的物理力學(xué)性質(zhì)特征及管道鋪設(shè)要求，對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)合工程施工實(shí)踐，提出了注意要點(diǎn)，為該工藝在銅陵地區(qū)的運(yùn)用積累了經(jīng)驗(yàn)。

拉森鋼板樁;圍檁;內(nèi)支撐;基坑支護(hù);方案設(shè)計(jì)

1 工程概況

銅陵市西湖污水處理廠廠外管網(wǎng)完善工程，西支污水干管設(shè)計(jì)為d2200預(yù)制鋼筋混凝土三級(jí)圓管，混凝土基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)拋石墊層厚度0.8～1.2 m，管內(nèi)底標(biāo)高K5+079處為1.61 m，K7+293.34處為0.50 m，整體坡度0.05%。擬建管道長2000余米，最大開挖深度8 m。因開挖土層為淤泥質(zhì)土，在基坑開挖時(shí)發(fā)生涌泥、坑底隆起現(xiàn)象，施工無法進(jìn)行，建設(shè)單位委托我方對(duì)該段進(jìn)行基坑支護(hù)。

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

2.1 地形、地貌及地下水

擬建場(chǎng)地位于銅陵新城開發(fā)區(qū)長江南岸，屬于長江1級(jí)階地，地貌類型為沿江沖積平原區(qū)，場(chǎng)地地勢(shì)較平坦，地面標(biāo)高在6.0～9.9 m之間，最大相對(duì)高差3.3 m左右。場(chǎng)地分布有沼澤地、水塘及排水溝渠。

地下水位埋深1.2～3.9 m，標(biāo)高4.52～6.21 m，為第四系孔隙潛水，主要接受大氣降水補(bǔ)給。

2.2 場(chǎng)地土層特征

(1)雜填土:成分為粉質(zhì)粘土混碎石土，層厚0.70～2.90 m，層底標(biāo)高6.46～8.95 m，濕～很濕，屬高壓縮性土。

(2)可～軟塑狀粉質(zhì)粘土:局部分布，層厚0.80～3.10 m，成灰褐色，很濕，可～軟塑狀，屬中等偏高壓縮性土。

(3)淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土:層厚3.50～19.80 m，呈灰色，飽和，流～軟塑狀，屬高壓縮性土。

(4)軟～可塑狀粉質(zhì)粘土:層厚0.50～3.90，呈灰～灰褐色，很濕，軟～可塑狀，屬中等偏高壓縮性土。

3 支護(hù)方案設(shè)計(jì)

拉森鋼板樁是將鋼板加工成特殊形狀(U形、Z形、W形)，采用專用的打樁機(jī)和振動(dòng)錘將鋼板樁振壓入地下，鋼板樁互相咬合構(gòu)成一道連續(xù)的鋼板墻，作為深基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)。拉森鋼板樁具有強(qiáng)度高、施工速度快、可重復(fù)使用、不受天氣條件影響等優(yōu)點(diǎn)，近年來在我國深基坑支護(hù)中得到較廣泛的應(yīng)用。

在軟土層中深基坑支護(hù)往往費(fèi)用高、工期長、對(duì)環(huán)境影響大。本管道基坑開挖土層為淤泥質(zhì)土，便于鋼板樁壓入。工期緊迫，場(chǎng)地具備樁機(jī)作業(yè)條件。經(jīng)綜合分析對(duì)比，采取拉森鋼板樁工藝進(jìn)行基坑支護(hù)。

3.1 設(shè)計(jì)邊界條件

基坑及板樁參數(shù)(參見圖1):基坑側(cè)壁重要性系數(shù)γ=0.9，基坑深度H=7.5 m，鋼板樁嵌固深度5.5 m，每延米板樁截面面積A=198 cm2，每延米板樁壁慣性矩I=23200 cm4，每延米板樁抗彎模量W =1600 cm3，支錨剛度729 MN/m，墻頂標(biāo)高－1 m。

土層參數(shù)見表1。

圖1 支護(hù)計(jì)算斷面圖(單位:m)

表1 基坑土層參數(shù)表

3.2 計(jì)算及結(jié)果

內(nèi)力計(jì)算采用增量法，基坑等級(jí)為三級(jí)。

采用Bishop法計(jì)算，整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks= 1.16，抗傾覆安全系數(shù)Ko=1.962＞1.200，滿足規(guī)范要求。

采用Terzaghi(太沙基)公式計(jì)算，Ks=1.575＞1.15，δ=63 mm，滿足規(guī)范要求。

抗管涌穩(wěn)定安全系數(shù)K=2.319＞1.5，滿足規(guī)范要求。

內(nèi)力位移及地面沉降計(jì)算結(jié)果見圖2、圖3。3.3 鋼板樁、圍檁、內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

3.3.1 拉森鋼板樁

σ=M/(0.7w)=173.47/(0.7×1.6)=154.9 N/mm2＜200 N/mm2，滿足要求。

圖2 內(nèi)力位移包絡(luò)圖

3.3.2 圍檁

(1)計(jì)算參數(shù)(樁用H型鋼HP400×400(5)，Q235)

毛截面面積A=296.20 cm2;截面慣性矩Ix= 93000.00 cm4;回轉(zhuǎn)半徑ix=17.70 cm，iy=10.20 cm;截面模量Wx=4490.00 cm3，Wy=1530.00 cm3;截面模量折減系數(shù)0.95;凈截面模量Wnx=4265.50 cm3，Wny=1453.50 cm3;截面塑性發(fā)展系數(shù) γx= 1.05，γy=1.20;計(jì)算長度l0x=5.00 m;抗震調(diào)整系數(shù)γRE=1。

(2)強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算

計(jì)算截面處的內(nèi)力設(shè)計(jì)值:Mx=575.00 kN· m，My=0.00 kN·m，N=1380.00 kN。

構(gòu)件截面的最大厚度為28.00 mm，f=205.00 N/mm2。

根據(jù)公式:N/An+Mx(γxWnx)+My(γyWny) =177.43 N/mm2＜1.00f/γRE=(1.00×205.00)/1.00 =205.00 N/mm2，強(qiáng)度滿足。

根 據(jù) 公 式: 穩(wěn) 定 應(yīng) 力 N/(φxA) + βmxMx〔γxWx(1－0.8N/Nex)〕+ηβtyMy(φbyWy) =173.30 N/mm2＜1.00f/γRE=(1.00×205.00)/1.00 =205.00 N/mm2，整體穩(wěn)定。

圖3 地表沉降曲線圖

穩(wěn)定應(yīng)力 N/(φyA) + ηβtxMx(φbxWx) + βmyMy〔γyWy(1－0.8N/Ney)〕=174.70 N/mm2＜1.00f/γRE= (1.00 ×205.00)/1.00 = 205.00 N/mm2，整體穩(wěn)定。

3.3.3 內(nèi)支撐

(1)計(jì)算參數(shù)

毛截面面積A=111.06 cm2;凈截面系數(shù)0.90;凈截面面積 An=99.95 cm2;鋼材強(qiáng)度折減系數(shù)1.00;容許長細(xì)比［γ］=150.00。兩主軸平面內(nèi)約束狀態(tài)及參數(shù)見表2。

(2)計(jì)算結(jié)果

受力狀態(tài):軸心受壓;荷載參數(shù)N=1500×1.2 =1800.00 kN;構(gòu)件截面的最大厚度為9.00 mm，f =215.00 N/mm2;σ=N/An=180.08 N/mm2＜f，強(qiáng)度滿足;N/(φA)=181.77 N/mm2＜f，整體穩(wěn)定滿足。

3.3.4 設(shè)計(jì)方案

地面已挖去1 m左右，未來基坑開挖深度為6.5～7.0 m，拉森Ⅲ新型鋼板樁400 mm×12 m，圍檁400×400H(5)型鋼，402×9鋼管內(nèi)支撐2道，水平間距5 m，豎向間距2.5～3.0 m。共3個(gè)工況:開挖1 m，第一道內(nèi)支撐;開挖2.9～3.5 m，第二道內(nèi)支撐，支撐施工前超挖深度≯0.5 m;開挖至污水管基底標(biāo)高，余下采用人工開挖。采取分段支護(hù)方式，分段長度100 m左右。污水管敷設(shè)好分層回填、拆除內(nèi)支撐完畢后，拔出鋼板樁進(jìn)行循環(huán)支護(hù)，坑內(nèi)回填坡度1∶3，作為施工人員作業(yè)和應(yīng)急逃生通道。開挖機(jī)械宜采用長臂挖土機(jī)。

4 施工工藝流程及施工技術(shù)措施

4.1 施工工藝流程

開溝槽→鋼板樁矯正→打拉森樁→開挖1 m→第一道圍檁→第一道支撐→二次挖土3.5 m→第二道圍檁→第二道支撐→挖土至管底設(shè)計(jì)標(biāo)高→安裝排污管→填土→拆除第二道圍檁支撐→二次填土→拆除第一道圍檁支撐→填土至頂部設(shè)計(jì)標(biāo)高→拔鋼板樁。

4.2 施工技術(shù)措施

4.2.1 鋼板樁施工

(1)鋼板樁進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，對(duì)所有的板樁均要檢查整理，確保板樁完整平直。具體方法是用一小平車，在車上放置一塊長1.5～2.0 m的標(biāo)準(zhǔn)板樁或者其它平整的鋼板，從頭至尾檢查一遍，有缺陷的板樁要更換或修整。

(2)打樁之前放出基坑外墻準(zhǔn)確的灰線，作為打拉森樁的方向線。在方向線以外挖一大小合適的溝槽，作為打鋼板樁的導(dǎo)向。拉森樁的樁頂標(biāo)高稍高于施工便道頂部標(biāo)高。

(3)拉森鋼板樁施工分段進(jìn)行，采用“屏風(fēng)式”打入法。就是將10～20根板樁插入土中一定深度，并使兩端1～2根樁先打到要求深度再將中間部分的板樁順次打入。

(4)打鋼板樁時(shí)，選用吊車將鋼板樁吊至插樁點(diǎn)處進(jìn)行插樁，插樁時(shí)鎖口要對(duì)準(zhǔn)，每插一塊即套上樁帽，并輕輕地加以錘擊。在打樁過程中，要隨時(shí)監(jiān)測(cè)鋼板垂直度。在錘擊板樁時(shí)，對(duì)準(zhǔn)樁帽錘擊，防止偏心錘擊導(dǎo)致板樁偏出以至于向行進(jìn)方向傾斜。糾斜用鋼絲繩拉住樁身，邊拉邊打，逐步糾正;對(duì)先打的板樁適度預(yù)留偏差。

(5)每根鋼板樁分2次打入，第一次由12 m高打至6 m，第二次打至設(shè)計(jì)標(biāo)高。第一、第二塊鋼板樁的打入位置和方向務(wù)必要確保精度，它可以起樣板導(dǎo)向的作用，為兩頭樣板中間的鋼板打入做鋪墊，每打入2 m測(cè)量一次。

(6)拔樁時(shí)，先用振動(dòng)錘將板樁鎖口振活以減少土的阻力，然后邊振邊拔。對(duì)較難拔出的板樁先用柴油錘將樁振打下100～300 mm，再與振動(dòng)錘交替振打、振拔;與板樁打設(shè)順序相反的次序拔樁;當(dāng)板樁受壓一側(cè)的土較密實(shí)，在其附近并列打入另一根板樁，可使原來的板樁順利拔出。

4.2.2 鋼支撐施工

(1)施工順序:測(cè)量放線→標(biāo)出支撐水平標(biāo)高→安裝圍檁→按實(shí)際尺寸拼裝鋼支撐和型鋼角撐→焊接鋼支撐結(jié)點(diǎn)。

(2)基坑內(nèi)支撐的施工按“由上而下，先撐后挖”的原則進(jìn)行。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況放支撐布置的軸線，并打入紅色樣樁標(biāo)識(shí)。

(3)按標(biāo)識(shí)挖支撐槽溝，第一次挖1.0 m深，安裝第一道支撐(H型鋼雙拼圍檁、內(nèi)支撐型鋼及角鋼)，第二次再挖2.9～3.5 m深(隨基坑深度調(diào)整)，安裝第二道支撐，兩道內(nèi)支撐的安裝要按照“圍檁→鋼支撐→型鋼角撐→焊接鋼支撐”的順序進(jìn)行。

(4)根據(jù)每道內(nèi)支撐的標(biāo)高進(jìn)行作業(yè)，內(nèi)支撐形成后方可進(jìn)行下部土方開挖，嚴(yán)格控制每次的開挖深度。

(5)安裝焊接H型鋼雙拼圍檁、內(nèi)支撐型鋼及角鋼之后，要檢查鋼管軸線位置的水平標(biāo)高，兩端的水平標(biāo)高要保持一致。若發(fā)現(xiàn)鋼管的軸線不在設(shè)計(jì)標(biāo)高處或者其軸線不在水平面上，應(yīng)及時(shí)調(diào)整。

5 實(shí)施效果及體會(huì)

5.1 支護(hù)效果

經(jīng)過近3個(gè)月的緊張施工，完成了該段管道鋪設(shè)工程。但在開挖基坑及鋪管過程中局部發(fā)生涌泥、涌沙、滲水現(xiàn)象，因施工超挖及挖機(jī)碰撞損壞內(nèi)支撐原因，導(dǎo)致部分地段鋼板及圍檁變形過大(圖4)，造成支護(hù)返工或補(bǔ)強(qiáng)。實(shí)踐證明，本支護(hù)方案設(shè)計(jì)合理，達(dá)到預(yù)期目的，支護(hù)工程取得圓滿成功(基坑鋪管情況及支撐結(jié)構(gòu)見圖5、圖6)。

圖4 鋼板樁變形

圖5 鋪管基坑實(shí)景

圖6 支撐內(nèi)部結(jié)構(gòu)

5.2 幾點(diǎn)體會(huì)

(1)支護(hù)實(shí)施前，可先將施工地段挖去部分土層，降低地面標(biāo)高，減小基坑支護(hù)深度。在基坑開挖支護(hù)過程中嚴(yán)格控制序次開挖深度，嚴(yán)禁超挖。超挖易導(dǎo)致鋼板變形過大，內(nèi)支撐無法安裝。

(2)基坑開挖及鋪管過程中，注意避免碰撞支撐結(jié)構(gòu)。在本工程施工過程中，挖機(jī)損壞內(nèi)支撐導(dǎo)致鋼板嚴(yán)重變形，造成支護(hù)返工。

(3)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與預(yù)警工作，信息化施工，當(dāng)超過預(yù)警值時(shí)須對(duì)支護(hù)加設(shè)內(nèi)支撐，必要時(shí)須立即進(jìn)行回填，重新打入鋼板樁。

(4)在冒水、涌泥沙部位可采取注漿處理，在變形過大的部位采取雙排鋼板樁、增加內(nèi)支撐。

(5)為保證鋼板樁的垂直度，用兩臺(tái)經(jīng)緯儀在兩個(gè)方向加以控制。打樁前、后要觀察板樁的整體垂直度，傾斜嚴(yán)重的板樁要及時(shí)調(diào)整。

(6)使用完整平直的鋼板，在運(yùn)輸、卸樁和堆放的過程中要盡量不使其彎曲變形，否則導(dǎo)致鋼板咬合不嚴(yán)，易發(fā)生滲水、涌泥涌沙。

(7)打樁過程中，當(dāng)遇到了不明障礙物、孤石或者板樁傾斜嚴(yán)重時(shí)，板樁阻力增加，會(huì)把相鄰板樁帶入，根據(jù)具體情況按下列措施處理:①把相鄰板樁焊牢在圍檁上;②增多型鋼連在一起的板樁數(shù);③在連接瑣口上涂以黃油等油脂，減少阻力;④防止土沙進(jìn)入連鎖接口。

(8)圍檁及內(nèi)支撐的設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)適度加大，尤其是在在水中臨時(shí)回填、圍堰地段。

(9)回填基坑周邊附加荷載嚴(yán)禁超過設(shè)計(jì)值。

(10)填土密實(shí)度不滿足設(shè)計(jì)要求和未填至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，不得拆除內(nèi)支撐。

6 結(jié)語

拉森鋼板樁可多次重復(fù)使用，能夠降低對(duì)空間要求，有效地保護(hù)了土地資源，施工簡單，不僅綠色環(huán)保，而且施工速度快，工期縮短，施工費(fèi)用低。隨著運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)的積累和工藝的不斷完善，該工藝在碼頭、堤防護(hù)岸、擋土墻、防波堤、臨時(shí)擴(kuò)岸、建橋圍堰、建筑及大型管道鋪設(shè)臨時(shí)基坑支護(hù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］JGJ 120－99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JGJ 79－2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］GB 50017－2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］黃強(qiáng).深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)用內(nèi)力計(jì)算手冊(cè)［M］.北京:中國建材工業(yè)出版社，1998.

［5］基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

Application Practice of Foundation Pit Support with Larsen Steel Sheet Pile in Tongling Area

CHU Chang-fu，LUO Chuan-hua，ZHAO An-min(321 Geological Team，Bureau of Geology and Mineral Exploration of Anhui Province，Tongling Anhui 244033，China)

Larsen steel sheet pile supporting technology was used for a deep foundation pit support of a pipeline network construction in soft soil of Tongling with good effect.Based on the physical-mechanical properties of excavated soil and the pipeline laying requirement，calculation was made on the supporting structures.According to the construction practice，attentions in construction were put forward.

Larsen steel sheet pile;around purlin;inner bracing;foundation pit support;scheme design

TU473.2

A

1672－7428(2012)04－0051－05

2011－12－20;

2012－02－10

儲(chǔ)長付(1965－)，男(漢族)，安徽霍邱人，安徽省地礦局321地質(zhì)隊(duì)工程師，水文工程地質(zhì)專業(yè)，從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)與施工管理工作，安徽省銅陵市獅子山，chuchangfu2008@yeah.net;羅傳華(1965－)，男(漢族)，安徽宿松人，安徽省地礦局321地質(zhì)隊(duì)高級(jí)工程師、注冊(cè)巖土工程師，物探專業(yè)，從事巖土工程設(shè)計(jì)與研究工作;趙安民(1970－)，男(漢族)，安徽池州人，安徽省地礦局321地質(zhì)隊(duì)工程師，探礦工程專業(yè)，從事巖土工程施工管理工作。