鋼板樁支護(hù)在臨近既有線深基坑支護(hù)中的應(yīng)用

張繼林

（中鐵三局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太 原 0 30006）

1 工程概況及地質(zhì)情況

1.1 工程概況

新建滬寧城際鐵路鎮(zhèn)江站無(wú)柱雨棚位于現(xiàn)有鎮(zhèn)江站南側(cè)，起止里程為DK65+25~DK65+475，相對(duì)既有京滬線里程區(qū)間約為K1214+415~K1214+865。雨棚樁基礎(chǔ)為鋼筋混凝土灌注樁及獨(dú)立承臺(tái)基礎(chǔ)，承臺(tái)尺寸為4 000×6 400，承臺(tái)基礎(chǔ)26個(gè)，6樁承臺(tái)。

本工程無(wú)柱雨棚PB軸（臨近既有線側(cè)）樁基及承臺(tái)基礎(chǔ)施工于2009年10月25日開始，于2009年11月30日結(jié)束，工期為45天。

1.2 地質(zhì)情況

本工程原地面以下地質(zhì)情況如下（自上而下）：

（1）素填土：結(jié)構(gòu)松散，場(chǎng)地內(nèi)表層均有分布，厚約0.8m～4.0m。

（2）1粉質(zhì)黏土：可塑～硬塑，該層局部缺失，厚約2.0 m～7.7m。

（2）2粉質(zhì)黏土：可塑～軟塑，該層局部缺失，揭露厚度2.3 m～10.9 m。

（3）2粉質(zhì)黏土：可塑～軟塑，該層局部有分布，揭露厚度1.5 m～5.7 m。

（3）3粉質(zhì)黏土：硬塑，全場(chǎng)地均有分布，揭露厚度9m～21.9m。

（4）粉質(zhì)黏土：硬塑，局部地段有分布，揭露厚度2.5 m～3.5 m。

（5）1全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，巖石風(fēng)化劇烈，巖芯呈土狀，揭露厚度0.7 m～4.3 m。

（5）2強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，巖石風(fēng)化劇烈，錘擊易碎，揭露厚度2 m～5.8 m。

2 既有線側(cè)相對(duì)關(guān)系

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量定位結(jié)果，雨棚PB軸與既有線（4）道的中心距離為11.35 m，與臨時(shí)過(guò)渡接觸網(wǎng)立柱中心線距離為8.15 m。承臺(tái)最外側(cè)邊緣與既有線（4）道中心線距離為8.15 m，與臨時(shí)接觸網(wǎng)支柱中心線距離4.95 m。雨棚鋼管柱與臨時(shí)過(guò)渡接觸網(wǎng)支柱距離均為8.15 m，距既有（4）道中心線為11.35 m。見圖1、圖2。

3 鋼板樁施工注意事項(xiàng)

3.1 槽鋼鋼板樁選型

根據(jù)鎮(zhèn)江站無(wú)柱雨棚地質(zhì)勘查報(bào)告及線下施工單位路基開挖情況，地下水位較低，承臺(tái)基坑支護(hù)采用槽鋼鋼板樁，槽鋼采用40 b型，樁長(zhǎng)12 m，深入基坑底部不小于8 m。采用Z550型液壓沉樁機(jī)。

圖1 承臺(tái)基礎(chǔ)與既有線位置關(guān)系圖

圖2 既有線施工最不利剖面圖

3.2 槽鋼外觀檢驗(yàn)

施工前，對(duì)槽鋼外觀進(jìn)行檢驗(yàn)，不符合形狀要求的要進(jìn)行矯正，以減少打樁過(guò)程中的困難。外觀檢驗(yàn)包括表面缺陷、長(zhǎng)度、寬度、厚度、端頭矩形比、平直度等內(nèi)容。

3.3 槽鋼鋼板樁吊運(yùn)

裝卸槽鋼宜采用兩點(diǎn)吊。吊運(yùn)時(shí)，每次起吊的鋼板樁根數(shù)不宜過(guò)多，并應(yīng)注意保護(hù)鎖口免受損傷。吊運(yùn)方式有多捆起吊和單捆起吊、鋼筋捆扎、專人指揮。

3.4 槽鋼堆放

槽鋼堆放的地點(diǎn)，要選擇在不會(huì)因壓重而發(fā)生較大沉陷變形的平坦而堅(jiān)固的場(chǎng)地上，并便于運(yùn)往打樁施工現(xiàn)場(chǎng)。

3.5 操作方法

（1）在基坑邊上定出軸線，留出以后施工需要的工作面，確定槽鋼鋼板樁施工位置。

（2）定位樁打入后，在定位裝上安裝導(dǎo)架，導(dǎo)框采用在現(xiàn)場(chǎng)分段制作，現(xiàn)場(chǎng)組裝的方式。

（3）槽鋼鋼板樁施打。采用單獨(dú)打入法，即吊升第一支槽鋼，準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)樁位，振動(dòng)打入土中，達(dá)到預(yù)定深度。吊第二支槽鋼，卡好企口，振動(dòng)打入土中，如此重復(fù)操作直至基坑鋼板樁完成。

（4）鋼板樁拔出。工程完畢后，再進(jìn)行鋼板樁的拔除。采用振動(dòng)錘等來(lái)進(jìn)行鋼板樁的拔除，即利用振動(dòng)錘產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動(dòng)擾動(dòng)土質(zhì)，破壞鋼板樁周圍土的粘聚力以克服拔樁阻力，依靠附加起吊的作用將其拔除。鋼板樁拔除后留下的樁孔必須及時(shí)做回填處理，回填一般用擠密法或填入法，所用材料為中砂，按照“拔一填一”的原則進(jìn)行。

3.6 注意事項(xiàng)

（1）支護(hù)鋼板樁的平面布置形狀應(yīng)盡量平直整齊，避免不規(guī)則的轉(zhuǎn)角，以便標(biāo)準(zhǔn)鋼板樁的利用和支撐設(shè)置。

（2）整個(gè)基礎(chǔ)施工期間，在挖土、吊運(yùn)、扎鋼筋、澆筑混凝土等施工作業(yè)中，嚴(yán)禁碰撞支撐，禁止任意拆除支撐，禁止在支撐上任意切割、電焊，也不應(yīng)在支撐上擱置重物。

（3）施打前一定要熟悉地下管線、構(gòu)筑物的情況，認(rèn)真放出準(zhǔn)確的支護(hù)樁中線。

（4）打樁前，對(duì)槽鋼逐根檢查，不合格者待修整后才可使用。

（5）在插打過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量監(jiān)控每塊鋼板樁的斜度不超過(guò)2%，當(dāng)偏斜過(guò)大不能用拉齊方法調(diào)正時(shí)，拔起重打。

3.7 鋼筋混凝土承臺(tái)開挖

經(jīng)測(cè)設(shè)，站臺(tái)面平均高程為16.24 m，地平面高程在15.0 m左右，無(wú)柱雨棚±0.000的絕對(duì)高程為14.84 m，承臺(tái)底標(biāo)高為10.64 m，開挖深度約為4.3 m，承臺(tái)最外側(cè)距既有線（4）道中心距離為8.15 m，對(duì)軌道線路穩(wěn)定可能會(huì)存在影響。為避免事故發(fā)生，在承臺(tái)周邊設(shè)置槽鋼鋼板樁進(jìn)行基坑圍護(hù)（槽鋼采用40 b型），打入基坑底部8 m，內(nèi)設(shè)二道圍檁，承臺(tái)施工完成后，在取得工務(wù)部門同意后，將槽鋼拔出，邊拔邊用細(xì)砂將孔注滿。見圖3、圖4。

4 基坑支護(hù)受力計(jì)算

4.1 支護(hù)方案的選擇

本工程采用連續(xù)擋墻式支護(hù)，支護(hù)材料采用40b型槽鋼。結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖5。

4.2 計(jì)算基本信息

（1）基本信息見表1。

圖3 鋼板樁圍護(hù)尺寸意圖

圖4 鋼板樁施工斷面示意圖

圖5 鋼板樁支護(hù)方案示意圖

表1 基本信息

（2）超載信息見表2。

表2 超載信息

3）土層信息見表3。

表3 土層信息

（4）土層參數(shù)見表4。

表4 土層參數(shù)

4.3 土壓力模型及系數(shù)調(diào)整

圖6

表5 土層參數(shù)

4.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

圖7 各工況

圖8 內(nèi)力位移包絡(luò)圖

圖9 地表沉降圖

4.5 整體穩(wěn)定驗(yàn)算

圖10 整體穩(wěn)定驗(yàn)算簡(jiǎn)圖

計(jì)算方法：瑞典條分法

應(yīng)力狀態(tài)：總應(yīng)力法

條分法中的土條寬度:0.40 m

滑裂面數(shù)據(jù)

整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.906

圓弧半徑（m）R=8.588

圓心坐標(biāo)X（m）X=-1.031

圓心坐標(biāo)Y（m）Y=2.868

4.6 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

抗傾覆安全系數(shù):

Mp：被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的彎矩, 對(duì)于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定;對(duì)于錨桿或錨索，支點(diǎn)力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值。

Ma：主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的彎矩;

Ks=5.068>=1.200，滿足規(guī)范要求。4.7 抗隆起驗(yàn)算

圖11 抗隆起驗(yàn)算簡(jiǎn)圖

Prandtl（普朗德爾）公式（Ks>=1.1～1.2），注：安全系數(shù)取自《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》YB 9258-97（冶金部）:

Ks=3.672>=1.1，滿足規(guī)范要求。

Terzaghi（太沙基）公式（Ks>=1.15～1.25），注：安全系數(shù)取自《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》YB 9258-97（冶金部）:

Ks=4.266>=1.15，滿足規(guī)范要求。4.8 隆起量的計(jì)算

注意：按以下公式計(jì)算的隆起量，如果為負(fù)值，按0處理!

式中：δ：基坑底面向上位移/mm;

n：從基坑頂面到基坑底面處的土層層數(shù);

ri：第 i層土的重度，kN/m3；

地下水位以上取土的天然重度，kN/m3；地下水位以下取土的飽和重度，kN/m3;

hi：第i層土的厚度/m;

q：基坑頂面的地面超載/kPa;

D：樁(墻)的嵌入長(zhǎng)度 /m;

H：基坑的開挖深度/m;

c：樁(墻)底面處土層的粘聚力/kPa;

φ：樁(墻)底面處土層的內(nèi)摩擦角（度）；

r：樁(墻)頂面到底處各土層的加權(quán)平均重度，kN/m3；

5 施工基坑監(jiān)測(cè)

做好路基沉降觀測(cè)工作，本工程在既有線路肩處共設(shè)置50個(gè)路基觀測(cè)樁，每隔2 h觀測(cè)一次，報(bào)警值為2 mm，施工結(jié)束后每周觀察一次，若發(fā)現(xiàn)水平位移和垂直位移應(yīng)采取相應(yīng)措施，施工結(jié)束后趨于穩(wěn)定。

6 結(jié)束語(yǔ)

采用鋼板樁支護(hù)，不但有效保證了基坑開挖對(duì)既有線的行車安全，盡可能的減小位移和沉降，而且施工速度明顯加快，同時(shí)具有造價(jià)低、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用前景非常廣泛。