李為儒 LI Wei-ru

（中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司，青島 266109）

0 引言

目前越來(lái)越多的城市開(kāi)展了綜合管廊項(xiàng)目的施工，城市綜合管廊匯集了城市主要管道的敷設(shè)（如燃?xì)夤艿?、熱力管道、電力管道、給水管道等），不但避免了以往管道敷設(shè)對(duì)城市交通及周邊環(huán)境的影響，提高了城市的市容市貌，而且也使得管道的維修和更換更為方便快捷。但由于城市管道多穿越主城區(qū)，周邊管線及建筑物繁多，使得基坑開(kāi)挖后的支護(hù)非常重要?；又ёo(hù)受力也比較復(fù)雜，不但要承受支擋的土壓力，還有周邊交通車(chē)輛所產(chǎn)生的側(cè)壓力等。在長(zhǎng)春市地鐵2號(hào)線一期工程西湖車(chē)輛段與綜合基地室外地下管廊基坑施工中，由于該管廊緊鄰既有建筑物且基坑較深，加之施工區(qū)域地下水位埋藏較淺，使得基坑開(kāi)挖后土體極易坍塌從而威脅周邊建筑物的安全。為此項(xiàng)目部通過(guò)對(duì)施工區(qū)域地質(zhì)狀況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，決定采用拉森鋼板樁進(jìn)行基坑支護(hù)。相比于其他支護(hù)類(lèi)型，拉森鋼板樁不但自身剛度較大可以滿足深基坑支護(hù)需求，保證了基坑內(nèi)的作業(yè)安全，而且鋼板樁支護(hù)成型后止水效果也很好，有效減少了基坑周邊地下水的匯集，減緩了地下水位在土體顆粒之間的徑流，防止土體顆粒之間內(nèi)摩擦角減小而使得地面產(chǎn)生較大沉降。同時(shí)拉森鋼板樁打拔快速且可重復(fù)利用，減小了流水施工搭接間隙，加快了施工進(jìn)度，降低了施工措施費(fèi)用。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，拉森鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)在城市管廊既有建筑物旁深基坑施工中取得很好的效果。

1 工程概況

長(zhǎng)春地鐵2號(hào)線工程屬于長(zhǎng)春地鐵公司和中鐵建股份公司合作的BT項(xiàng)目，我標(biāo)段為第九標(biāo)段——西湖車(chē)輛段與綜合基地，包括運(yùn)用庫(kù)、咽喉區(qū)、聯(lián)合檢修庫(kù)等12個(gè)單體建筑物。車(chē)輛段內(nèi)大型建筑采用鋼筋混凝土框架及排架結(jié)構(gòu)，小型建筑采用砌體結(jié)構(gòu)，局部采用鋼結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。車(chē)輛段內(nèi)綜合管廊主要為鋪設(shè)電力、通訊和給排水管線而設(shè)置，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下管溝沿道路布置。

管溝高度為2.5m,管溝寬度為3.6～5.85m，頂部覆土厚度為1.8m。結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu)。管溝截面形式如圖1所示。

圖1 管廊結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)場(chǎng)地地層及開(kāi)挖經(jīng)驗(yàn)，由于第①層填土成分復(fù)雜，較為松散；粉質(zhì)粘土②2、②21層呈可塑偏軟、局部軟塑狀態(tài)，受震動(dòng)易變形；粉質(zhì)粘土②1層失水再遇水時(shí)易崩解，基坑開(kāi)挖深度大于4.00m應(yīng)進(jìn)行基坑支護(hù)。

2 圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

站場(chǎng)內(nèi)管廊開(kāi)挖深度在5.6m左右，開(kāi)挖最深處為6.9m，由于管廊開(kāi)挖較深且距建筑物較近，大放坡開(kāi)挖會(huì)危害到建筑物的結(jié)構(gòu)安全，因此在施工中采取垂直開(kāi)挖鋼板樁支護(hù)措施以保證建筑物的結(jié)構(gòu)安全。

本工程采用拉森鋼板樁，內(nèi)支撐作為基坑復(fù)合支護(hù)體系。基坑采用600mm×210mm×9m拉森鋼板樁內(nèi)支撐支護(hù)，自然地面打入鋼板樁。距樁頂1.80m做圍檁，采用300×300H型鋼，內(nèi)支撐采用?426鋼管，間距4.00m。集水坑深度6.90m深基坑位置在據(jù)樁頂下4.5m位置設(shè)置第二道支撐，圍檁采用300×300H型鋼，支撐采用?426鋼管，下挖至設(shè)計(jì)深度。詳見(jiàn)圖2。

圖2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

3 鋼板樁支護(hù)結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

3.1 土層參數(shù)詳見(jiàn)表1

表1 土層參數(shù)表

3.2 受力計(jì)算

采用彈性法建立土壓力模型[1]，以開(kāi)挖至最深處為最不利工況進(jìn)行計(jì)算，如圖3所示。

圖3 最不利工況下支護(hù)受力圖

3.2.1 鋼板樁抗彎受力計(jì)算

鋼板樁外側(cè)基坑抗彎受力計(jì)算（不考慮軸力）σwai=Mw/Wx

式中：

σwai——基坑外最大受力彎矩應(yīng)力（MPa）；

σnei——基坑內(nèi)最大受力彎矩應(yīng)力（MPa）；

Mw——基坑外最大設(shè)計(jì)彎矩值（kN·m）；

Mn——基坑內(nèi)最大設(shè)計(jì)彎矩值（kN·m）；

Wx——X軸方向鋼材截面慣性模量（m3）；

f——鋼材理論抗彎強(qiáng)度值（MPa）。

3.2.2 鋼板樁整體抗傾覆計(jì)算

抗傾覆安全系數(shù)：

Mp——被動(dòng)土壓力及周邊水平力合力對(duì)鋼板樁底部產(chǎn)生彎矩，對(duì)內(nèi)支撐處應(yīng)力由內(nèi)支撐所產(chǎn)生的抗壓力來(lái)確定。

Ma——周邊土壓力對(duì)鋼板樁底部的彎矩力。

Ks=7.185>=1.200，滿足規(guī)范要求。

3.2.3 抗隆起驗(yàn)算

①由支護(hù)樁底部為起點(diǎn)，按照土層結(jié)構(gòu)分層進(jìn)行抗隆起計(jì)算，結(jié)果如下：

鋼板樁底部，抗隆起安全性驗(yàn)算：

Ks=2.819≥1.600，抗隆起安全性滿足。

深度113.500處，驗(yàn)算抗隆起：

Ks=3.616≥1.600，抗隆起安全性滿足。

②以最底層支撐點(diǎn)為受力轉(zhuǎn)動(dòng)軸中心為模型計(jì)算基坑底部抗隆起，結(jié)果如下：

Ks=1.934≥1.900，坑底抗隆起穩(wěn)定性滿足。

4 鋼板樁支護(hù)主要施工工藝

4.1 鋼管樁圍堰施工工藝流程

鋼板樁支護(hù)雖然在基坑開(kāi)挖之前就已經(jīng)完成，但由于鋼板樁支護(hù)涉及到管廊施工的全過(guò)程，因此鋼板樁必須在管廊地下結(jié)構(gòu)施工完成且回填后方可拔出。所以鋼板樁施工過(guò)程不但要考慮打設(shè)的施工，還需考慮對(duì)地下結(jié)構(gòu)過(guò)程施工的影響及對(duì)基坑回填的影響。主要工序?yàn)椋簻y(cè)量放線→土方開(kāi)挖至打鋼板樁位置→打鋼板樁→打外拉→土方開(kāi)挖至坑底→管廊施作→回填土方→拔出鋼板樁。

4.2 鋼板樁打設(shè)

鋼板樁打入時(shí)必須先在地面畫(huà)出位置，從一角開(kāi)始逐根施工然后形成完成支護(hù)體系。該方法施工簡(jiǎn)便，線性容易控制，鋼板樁之間連接性可靠，機(jī)械設(shè)備移動(dòng)次數(shù)少，工作效率較高，施工速度較快。但由于該施工方法容易使得鋼板樁平直度誤差積累，使得成型后的支護(hù)面平直度難以控制。①采用鋼板樁專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)備吊起至指定位置，鋼板樁入土前鎖口需插入臨近鋼板樁鎖口，插入后在鋼板樁頂部安放頂帽，先慢后快，先輕后重的進(jìn)行搭設(shè)作業(yè)。②在鋼板搭設(shè)過(guò)程中，需在鋼板樁不同方向?qū)ζ浯怪倍冗M(jìn)行控制，一起可采用全站儀或經(jīng)緯儀。③在打樁過(guò)程中在鋼板樁布設(shè)方向可設(shè)置型鋼制作的卡板，以便防止鋼板樁中心位置產(chǎn)生平移，還可保證支護(hù)面的平直度滿足要求。④在打設(shè)首根及連接的鋼板樁時(shí)，必須確保其位置準(zhǔn)確，方向與尾部齊平以確保整個(gè)支護(hù)的精度符合要求，首根鋼板樁固定后以此為基準(zhǔn)和導(dǎo)向，在搭設(shè)時(shí)每隔3m需測(cè)量一次其位置及垂直度。

4.3 基坑開(kāi)挖

基坑開(kāi)挖前需嚴(yán)密規(guī)劃，對(duì)開(kāi)挖區(qū)域及周邊環(huán)境的安全需嚴(yán)格檢查。開(kāi)挖應(yīng)分層分段進(jìn)行，開(kāi)挖過(guò)程中需整體平衡，不得使支護(hù)產(chǎn)生較大不平衡力。嚴(yán)禁一次性開(kāi)挖到底部，必須開(kāi)挖一段支護(hù)一段，支護(hù)一段完成一段，必須嚴(yán)格遵守“先支后挖，先中后邊”的原則[4]，對(duì)機(jī)械設(shè)備合理搭配，減小流水作業(yè)間隙，提高施工質(zhì)量，保證施工作業(yè)安全。土方開(kāi)挖高程順序：機(jī)械挖土分三大步進(jìn)行，第一步挖土采用坑外開(kāi)挖，挖土機(jī)不得距離支護(hù)結(jié)構(gòu)過(guò)近使得水平側(cè)壓力增大，先整體挖至-2.00m左右，第二步采用坑內(nèi)開(kāi)挖方法，開(kāi)挖-2.00m以下土體，在坑道內(nèi)將挖出的土方填筑一個(gè)臨時(shí)通道以便將土運(yùn)出基坑，第三步開(kāi)挖只能挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高以上20cm左右，未達(dá)到深度部分，用人工開(kāi)挖。

4.4 支撐安裝

支護(hù)內(nèi)部支撐系統(tǒng)其所有受力節(jié)點(diǎn)應(yīng)采用平面連接方式焊接加固。在受力節(jié)點(diǎn)陰角位置需增加陰角鋼板以增加陰角處的抗壓力。支撐桿件相接處必須滿焊，焊縫高度≥8mm。橫向支撐桿件與圍檁支撐處，圍檁所采用的H型鋼需進(jìn)行腹板加強(qiáng)，防止該位置應(yīng)力過(guò)大造成圍檁變形。圍檁與橫向受力桿件安裝時(shí)必須密貼無(wú)縫隙，安裝后對(duì)橫向水平桿件施加一定的預(yù)應(yīng)力。

5 安全質(zhì)量保障措施

①土方開(kāi)挖過(guò)程中，根據(jù)施工監(jiān)測(cè)專(zhuān)項(xiàng)方案加強(qiáng)觀察和監(jiān)控量測(cè)工作，以便發(fā)現(xiàn)施工安全隱患，并通過(guò)監(jiān)測(cè)反饋及時(shí)調(diào)整開(kāi)挖程序[2]《建筑基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（GB50497-2009）。②在開(kāi)挖最后一段坡道時(shí)會(huì)出現(xiàn)多臺(tái)挖掘機(jī)在同一作業(yè)面開(kāi)挖，此時(shí)挖掘機(jī)間距應(yīng)大于10m，上下臺(tái)階挖掘機(jī)前后應(yīng)相距5m以上，挖掘機(jī)離下部邊坡應(yīng)有一定的安全距離，以防止造成翻車(chē)事故。③在基坑四周必須搭設(shè)安全圍欄并掛安全網(wǎng)，以防止人員及物體墜落，夜間設(shè)置警示照明，設(shè)24小時(shí)巡視。不得向基坑內(nèi)拋棄物體，防止傷人。④對(duì)臨近既有建筑物沉降設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距一般為10～15m[3]。離基坑較近的建筑物和建筑物近基坑側(cè)在中部適當(dāng)加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)。采用電子水準(zhǔn)儀對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量觀察，可采用相對(duì)標(biāo)高建立局部測(cè)量控制網(wǎng)。

6 結(jié)束語(yǔ)

相比于其他支護(hù)類(lèi)型，拉森鋼板樁不但自身剛度較大可以滿足深基坑支護(hù)需求，保證了基坑內(nèi)的作業(yè)安全，而且鋼板樁支護(hù)成型后止水效果也很好，有效減少了基坑周邊地下水的匯集，減緩了地下水位在土體顆粒之間的徑流，防止土體顆粒之間內(nèi)摩擦角減小而使得地面建筑物產(chǎn)生較大沉降。同時(shí)拉森鋼板樁打拔快速且可重復(fù)利用，減小了流水施工搭接間隙，加快了施工進(jìn)度，降低了施工措施費(fèi)用。鋼板樁支護(hù)在既有建筑物旁深基坑支護(hù)中取得很好的效果，也為后續(xù)類(lèi)似施工提供了借鑒和參考。