淺談軟土深基坑鋼板樁支護(hù)設(shè)計(jì)與施工

陳強(qiáng)

摘 要：結(jié)合蘇州寶明高溫陶瓷工程基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件及施工條件，討論蘇州地區(qū)軟土深基坑支護(hù)體系采用鋼板樁設(shè)計(jì)與施工的可行性，從而達(dá)到施工周期短、造價(jià)少和基坑支護(hù)安全的目的。

關(guān)鍵詞：深基坑 鋼板樁 卸荷 監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（a）-0071-02

1 工程概況

蘇州寶明高溫陶瓷工程設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)置在1#廠房S—V列內(nèi)，其建設(shè)規(guī)模為兩條靜壓機(jī)基礎(chǔ)，國(guó)產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)構(gòu)筑物尺寸7700 mm×52700 mm；進(jìn)口設(shè)備基礎(chǔ)構(gòu)筑物尺寸17400 mm×11100 mm。國(guó)產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)分兩步臺(tái)階，基礎(chǔ)底標(biāo)高為-3.800 m、-5.000 m；頂標(biāo)高為-3.000 m、-4.200 m。進(jìn)口設(shè)備基礎(chǔ)分兩步臺(tái)階，基礎(chǔ)底標(biāo)高為-2.300 m、-4.665 m；頂標(biāo)高為-3.765 m、-1.500 m。基礎(chǔ)底板厚度均為800 mm，墻板為350 mm，砼強(qiáng)度等級(jí)為C25，抗?jié)B等級(jí)為P6。場(chǎng)地自然地面標(biāo)高約為-0.700 m。本施工區(qū)域內(nèi)樁基礎(chǔ)較多，施工平面緊張，專業(yè)間穿插交叉作業(yè)，且臨近雨季施工，需及早采取措施保證邊坡穩(wěn)定。

2 工程水文地質(zhì)

經(jīng)勘察查明，擬建場(chǎng)地勘探深度范圍內(nèi)的地基土為新生界第四系地層，屬長(zhǎng)江三角洲沖、湖積相。按其沉積環(huán)境、成因類型及其工程地質(zhì)特性自上而下分為4個(gè)工程地質(zhì)層。地下水穩(wěn)定水位埋深0.50～0.70 m，設(shè)計(jì)和施工時(shí)地下水水位取1.50 m。

1）素填土層，灰褐色，松散，很濕～飽和，高壓縮性。含植物根莖，以粘性土為主。上部存在少量碎石碎磚，分布不均勻。層厚0.60～1.30 m，層底標(biāo)高0.87～1.82 m。該層本場(chǎng)地內(nèi)均有分布。

2）粉質(zhì)粘土層，灰、灰黃色，軟塑，飽和，干強(qiáng)度中等，中等壓縮性，中等韌性，搖振反應(yīng)無，稍有光澤。該層本場(chǎng)地內(nèi)均有分布。

3）淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，灰色，流塑，飽和，干強(qiáng)度低，高壓縮性，低韌性，搖振反應(yīng)無，稍有光澤。有機(jī)質(zhì)含量較高。向下強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。層厚0.80～14.90 m，層底標(biāo)高-14.42～-0.51 m。該層本場(chǎng)地內(nèi)均有分布。

4）粉質(zhì)粘土層，灰色，可塑，飽和，干強(qiáng)度中等，中等壓縮性，中等韌性，搖振反應(yīng)無，稍有光澤。局部粉性較大，見灰色團(tuán)塊。該層未鉆穿，最大揭露厚度為10.30 m。該層本場(chǎng)地內(nèi)均有分布。

3 基坑設(shè)計(jì)

3.1 基坑降水

挖土范圍內(nèi)所遇土層多為粘土層，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，現(xiàn)場(chǎng)0.95 m為素填土。根據(jù)土質(zhì)與基坑形狀等實(shí)際情況，基坑采用明排水方式進(jìn)行基坑降排水，基坑底邊預(yù)留1000 mm工作面，四周做200 mm×300 mm集水溝排水，間隔50 m設(shè)置集水井，施工期間由潛水泵排水。

由于勘查報(bào)告未提供滲透系數(shù)，當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)基坑開挖前首先進(jìn)行抽水試驗(yàn)，確定滲透系數(shù)后再進(jìn)行相關(guān)計(jì)算確定。一般所選用水泵的排水量為基坑涌水量的1.5～2.0倍。

由于基坑涌水量的未確定，水泵的選擇在現(xiàn)場(chǎng)做完抽水試驗(yàn)，確定滲透系數(shù)后進(jìn)行。最終實(shí)施排水效果良好，基坑底部干燥，滿足要求。

3.2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

由于沒有場(chǎng)地限制，就近又有堆土場(chǎng)，從經(jīng)濟(jì)角度考慮整個(gè)基坑采用卸荷+鋼板樁支護(hù)的形式，本工程設(shè)備基礎(chǔ)主要有國(guó)產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)、進(jìn)口設(shè)備基礎(chǔ)。國(guó)產(chǎn)設(shè)備基礎(chǔ)基坑尺寸為53 m×9.7 m（考慮1000 mm的工作面），坑底標(biāo)高-5 m，局部-3.8 m，擬采用施工速度較快的4#拉森鋼板樁+一道水平鋼支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，卸荷1.2 m，坡度1：1，明排水。進(jìn)口設(shè)備基礎(chǔ)基坑尺寸為20.7 m×12.4 m，坑底標(biāo)高-2.3 m，局部-4.665 m，擬采用1∶1的坡度進(jìn)行放坡，明排水，局部采用施工速度較快的4#拉森鋼板樁+一道水平鋼支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式。土方開挖主要采用機(jī)械開挖，人工配合挖土、清底。開挖中堅(jiān)持“分層、分塊、均衡、對(duì)稱、先中間后兩邊”的原則，開挖過程中臨時(shí)邊坡放坡嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行。另在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備一些草袋、支撐，如基坑開挖后，基坑變形超過報(bào)警值，進(jìn)行加固處理。

3.3 基坑支護(hù)計(jì)算

基坑開挖深度為4.4 m，采用4#拉森鋼板樁+一道水平鋼支撐的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，樁長(zhǎng)為12 m，樁頂標(biāo)高為-1.9 m。以基坑1-1剖面為例，對(duì)鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算如下：計(jì)算時(shí)考慮地面超載20 kPa。

3.3.1 整體穩(wěn)定驗(yàn)算

滑動(dòng)圓心：（-0.15，-5.44）m，滑動(dòng)半徑：19.04 m，下滑力：735.6 kN/m，抗滑力：1235.0 kN/m

整體穩(wěn)定安全系數(shù)：1.679，要求安全系數(shù)：1.30滿足要求。

3.3.2 鋼板樁截面抗彎強(qiáng)度計(jì)算

依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003方法

在主平面內(nèi)受彎的實(shí)腹構(gòu)件（考慮腹板屈曲后強(qiáng)度者參見本規(guī)范第4.4.1條），其抗彎強(qiáng)度應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算：

Mx/（γxWnx）+My/（γyWny）≤f （4.1.1）

式中

Mx、My—同一截面處繞x軸和y軸的彎矩（對(duì)工字形截面：x軸為強(qiáng)軸，y軸為弱軸）；

Wnx、Wny—對(duì)x軸和y軸的凈截面模量；

γx、γy—截面塑性發(fā)展系數(shù)；對(duì)工字形截面，γx=1.05，γy=1.20；對(duì)箱形截面，γx=γy=1.05；對(duì)其他截面，可按表5.2.1采用；

f—鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

當(dāng)梁受壓翼緣的自由外伸寬度與其厚度之比大于13（235/fy）1/2而不超過15（235/fy）1/2時(shí)，應(yīng)取γx=1.0。fy為鋼材牌號(hào)所指屈服點(diǎn)。對(duì)需要計(jì)算疲勞的梁，宜取γx=γy=1.0。endprint

1）計(jì)算參數(shù)：樁身最大計(jì)算彎矩：27.5 kN

2）計(jì)算結(jié)果

樁身受彎設(shè)計(jì)值為：34.4 kN，計(jì)算最大應(yīng)力：110.5 MPa，抗彎強(qiáng)度：210.0 MPa滿足要求。

4 基坑施工

4.1 鋼板樁施工

1）必須預(yù)先摸清地下管線和其它障礙，并做好有效標(biāo)志后才能施工。2）按定位尺寸挖好槽溝，安裝好導(dǎo)向控制架，才能開始打樁。3）打樁機(jī)械選用1臺(tái)挖機(jī)和1臺(tái)機(jī)械手進(jìn)場(chǎng)施工。4）鋼板樁施工工藝流程：挖土機(jī)開槽至標(biāo)高——鋼板樁清泥除銹——安裝導(dǎo)軌及限位——鋼板樁涂黃油——鋼板樁就位——打入鋼板樁。5）須進(jìn)行小咬口連接。6）鋼板樁采用Ⅳ型拉森鋼板樁，鋼板樁的機(jī)械性能和尺寸應(yīng)符合要求。鋼板樁堆存、搬運(yùn)、起吊時(shí)應(yīng)防止由于自重而引起的變形與損壞。7）在打鋼板樁的過程中，應(yīng)隨即檢查其平面位置是否正確，樁身是否垂直，如發(fā)現(xiàn)傾斜（不論是前后傾斜或左右傾斜）應(yīng)立即糾正或拔起重打。8）打樁順序根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，按單邊旋轉(zhuǎn)的樁位順序進(jìn)行施工。9）鋼板樁的施工精度，垂直度偏差H/100以內(nèi)。10）基坑應(yīng)先支撐后開挖，鋼板樁施工完成，開挖設(shè)置圍檁與支撐系統(tǒng)。11）鋼圍檁應(yīng)安裝在同一水平線上。鋼圍檁與鋼板樁之間的間隙采用C20砼填筑，使每塊鋼板樁都能與鋼圍檁有良好的接觸。12）經(jīng)過計(jì)算拉森鋼板樁支護(hù)，支撐體系采用@609*16水平內(nèi)支撐，沿軸線方向間距5米設(shè)一道支撐，位置距鋼板樁頂以下1米。內(nèi)支撐與鋼板樁之間連接處設(shè)置2H400x400型鋼圍檁，支撐一端采用活節(jié)另一端焊接固定。支撐利用活節(jié)調(diào)整預(yù)壓力。13）土方開挖至基底應(yīng)盡快施工墊層與底板，并同時(shí)設(shè)置底板與鋼板樁之間的支承層（澆筑混凝土）緊抵鋼板樁，不留任何間隙。14）水平施工縫留設(shè)位置為-3.1 m，設(shè)置側(cè)壁與鋼板樁之間的支承層（澆筑混凝土）緊抵鋼板樁，不留任何間隙。待支承層及側(cè)壁、底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，進(jìn)行換撐后方可拆除支撐系統(tǒng)。

4.2 基坑土方施工

土方開挖采用先撐后挖，分層開挖的原則。基坑深度范圍基底土質(zhì)一般為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，采用一次性開挖到底，局部進(jìn)行接力開挖。第一級(jí)挖土深度為1.5 m左右，選用1.0 m3的反鏟挖掘機(jī)，第二級(jí)挖土深度為2.5 m左右，選用0.8 m3的反鏟挖掘機(jī)，坡比為1∶1。基坑底邊預(yù)留1000 mm工作面，四周做集水溝排水，施工期間由潛水泵排水。土方機(jī)械開挖必須留設(shè)200～300 mm的土層，杜絕超挖，然后用人工清到設(shè)計(jì)標(biāo)高。對(duì)于超挖部分及松軟地基應(yīng)及時(shí)處理，處理方法是用碎石充填，并作好隱蔽記錄。土方開挖施工中不得碰撞已經(jīng)搭設(shè)好的鋼板樁支撐，保證支撐受力穩(wěn)定。

4.3 施工監(jiān)測(cè)

由于施工場(chǎng)地開闊，基坑周圍除已施工的基樁和柱基外，無其它建（構(gòu)）筑物和地下管線，本基坑的監(jiān)測(cè)內(nèi)容為邊坡土體水平位移（測(cè)斜）；邊坡頂水平位移；邊坡頂垂直位移（沉降）；圍護(hù)體（鋼板樁）頂水平位移；圍護(hù)體（鋼板樁）頂垂直位移（沉降）；地下水位；坑底隆起；支撐軸力測(cè)試；柱基沉降；柱基水平位移。

從監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，本基坑的支護(hù)體系是安全可靠的。各項(xiàng)數(shù)據(jù)均未到達(dá)報(bào)警值。（監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)略）

5 體會(huì)與建議

本基坑采用4#拉森鋼板樁+一道水平鋼支撐的支護(hù)體系，外加卸荷及明排水，實(shí)踐證明是可行的。相對(duì)其它支護(hù)形式，鋼板樁可回收，具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本基坑采用的支護(hù)方法較攪拌樁、灌注樁、SMW工法，較大地減少了造價(jià)，縮短了施工工期。支護(hù)體系設(shè)計(jì)中，除了對(duì)土壓力、樁身應(yīng)力變形仔細(xì)計(jì)算外，還要對(duì)抗傾覆、抗滑移、整體穩(wěn)定性、基底隆起、抗管涌進(jìn)行驗(yàn)算，確保基坑設(shè)計(jì)安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程.JGJ120-99[S].

[2] 基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程.DBJ08-61-97[S].

[3] 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范.DGJ08-11-1999[S].

[4] 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范.GB50017-2003[S].endprint