鋼板樁在砂土地層深基坑開挖支護(hù)中的應(yīng)用與分析

李海龍

（遼寧地質(zhì)工程勘察施工集團(tuán)有限責(zé)任公司，沈陽110032）

1 引言

基坑支護(hù)的方式十分多樣，在施工過程中選取安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用的支護(hù)方式尤為重要。基坑支護(hù)工程大多為臨時(shí)施工項(xiàng)目，鋼板樁支護(hù)在沿海地區(qū)軟弱地層應(yīng)用比較廣泛。根據(jù)基坑特點(diǎn)可結(jié)合錨索或內(nèi)支撐形成支護(hù)體系，基坑回填后可將其拔出回收，它適用于淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、粉土、細(xì)砂、中砂層。本文結(jié)合具體案例介紹鋼板樁支護(hù)方式在中粗砂地層的施工特點(diǎn)及其注意事項(xiàng)，通過支護(hù)效果分析其施工可行性和適用性，為類似工程施工提供參考和借鑒。

2 工程概況

本工程為已建廠房，廠房為鋼結(jié)構(gòu)，施工完成后擬安裝設(shè)備基礎(chǔ)，設(shè)備基礎(chǔ)規(guī)格為32m×12m，埋深為5.6m，設(shè)備基礎(chǔ)邊線距離廠房的獨(dú)立基礎(chǔ)較近，最近距離僅1.2m。為保證已建廠房的安全，需在設(shè)備基礎(chǔ)開挖過程中做好防護(hù)措施。場地工程地質(zhì)條件如下：自然地面以下0～2m為粉質(zhì)黏土，2～4m以下為中密狀態(tài)的細(xì)砂層，4m以下為中密至密實(shí)狀態(tài)的中粗砂層。地下水為潛水，水位埋深約為4m。

顯而易見，這是一個(gè)規(guī)模較小卻極為復(fù)雜的基坑支護(hù)工程。本工程重點(diǎn)及難點(diǎn)如下：（1）場地空間狹小，廠房已經(jīng)封頂，舉架約18m，支護(hù)邊線緊靠獨(dú)立基礎(chǔ)；（2）開挖范圍土層主要為粉細(xì)砂，容易產(chǎn)生流沙；（3）地下水位高，需要進(jìn)行降水處理；（4）變形控制極為嚴(yán)苛，需要確保已經(jīng)完成設(shè)施的安全，嚴(yán)禁引起過大變形；（5）工期緊張，設(shè)備基礎(chǔ)需要快速施工，安裝設(shè)備。

3 基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)與分析

針對這些技術(shù)難點(diǎn)采取應(yīng)對措施，場地狹小不能采用大的施工設(shè)備，粉細(xì)砂地層應(yīng)處理好流沙，防止樁間土流失。綜合比對，最終選定的支護(hù)方案為：鋼板樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)方式，基坑內(nèi)設(shè)置降水井。鋼板樁的樁長9m，設(shè)置1排水預(yù)應(yīng)力錨索，基坑內(nèi)設(shè)置6眼管井，如圖1所示。

圖1 支護(hù)結(jié)構(gòu)圖

4施工方案

整體施工流程：施工準(zhǔn)備—鋼板樁施工（降水井施工）—土方開挖—錨索施工—降水—土方開挖。

4.1 準(zhǔn)備工作

準(zhǔn)備工作包括：（1）由建設(shè)單位提供打樁的施工作業(yè)面，保證無地下管線及障礙物，場地平整壓實(shí)，保證樁機(jī)設(shè)備安全運(yùn)行；（2）根據(jù)現(xiàn)場軸線關(guān)系將基坑位置定位；（3）基坑監(jiān)測前期準(zhǔn)備：設(shè)置3處基準(zhǔn)點(diǎn)，并在基坑周圍的基礎(chǔ)上設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，進(jìn)行原始數(shù)據(jù)測量。

4.2 鋼板樁施工

振動(dòng)式沉樁工法施工鋼板樁，應(yīng)注意：（1）壓樁剛開始時(shí)速度不宜過快，不得超過3m/min。當(dāng)樁尖插入樁位土體0.5m后，觀測樁身、樁架是否垂直，樁機(jī)平臺(tái)是否水平，符合要求后啟動(dòng)壓樁油缸，將樁徐徐壓入。（2）壓樁過程中要密切注意觀察樁身是否發(fā)生位移、偏斜，若樁在初壓時(shí)發(fā)生位移、傾斜應(yīng)及時(shí)糾正。必要時(shí)應(yīng)將樁拔出，清理樁位下障礙后，再回填土重新沉樁。（3）沉樁過程中應(yīng)控制沉樁速率，以減小土體孔隙水壓力的增長速率。（4）垂直度偏差不大于1%；水平偏差不大于5mm。

在鋼板樁施工完成之后開始土方開挖，基坑周邊必須分層、分段開挖，分段長度10m，允許跳挖，每次開挖多段，各段之間間隔10m以上，以便減少基坑側(cè)壁變形。

4.3 錨索施工

采用預(yù)應(yīng)力錨索，鉆孔直徑≥150mm，采用低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，錨索自由段用塑料管包裹，兩端用鐵線將其扎牢，避免漿液滲入，錨索安放到位后應(yīng)拉緊，使錨索在鉆孔中居中，注漿液采用純水泥漿。腰梁為熱軋普通槽鋼，腰梁兩腹板凈距與錨孔位置一致，槽鋼背靠背放置，槽鋼在支點(diǎn)及跨中設(shè)置加勁肋板及連接綴板，腰梁每連至少兩跨。注漿體強(qiáng)度達(dá)到15MPa時(shí)方可進(jìn)行張拉，循環(huán)二次，錨索按軸向拉力設(shè)計(jì)值的110%倍進(jìn)行張拉，按軸向拉力設(shè)計(jì)值的70%鎖定。

4.4 基坑監(jiān)測

基坑監(jiān)測主要內(nèi)容是：基坑周圍建筑物位移與沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)樁頂位移與沉降、錨索軸力監(jiān)測。監(jiān)測方法：在基坑開挖前在原有建筑基礎(chǔ)布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，基坑開挖過程中采用全站儀進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，錨索內(nèi)力采用安裝在結(jié)構(gòu)內(nèi)部或表面的應(yīng)變計(jì)或應(yīng)力計(jì)進(jìn)行量測。應(yīng)力計(jì)或應(yīng)變計(jì)的量程宜為設(shè)計(jì)值的2倍，精度不宜低于0.8%F·S，分辨率不宜低于0.2%F·S，開挖前連續(xù)2d獲得的穩(wěn)定測試數(shù)據(jù)的平均值作為初始值。

5 支護(hù)效果及分析

本工程經(jīng)過20d基坑支護(hù)全部完成，降水后水位達(dá)到基底下0.5m，滿足土建施工條件，又經(jīng)過1個(gè)月設(shè)備基礎(chǔ)澆筑完成，施工回填后將鋼板樁拔出回收，至此基坑支護(hù)工作完成。

鋼板樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)方式有效解決了本工程的各個(gè)難點(diǎn)，整個(gè)施工過程周邊建筑沉降量、傾斜等變形值均小于規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，錨索軸力在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)。最初本工程擬采用鉆孔樁+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，對比該方案采用鋼板樁+錨索支護(hù)方式較支護(hù)樁+內(nèi)支撐的支護(hù)方式節(jié)約造價(jià)約20%，縮短整體施工工期約15d。

此前鋼板樁主要用于沿海地區(qū)，該區(qū)域土質(zhì)較軟承載力較低易于鋼板樁的施工，本場地主要地層為粉細(xì)砂層及中密的粗砂層，地基承載力特征值達(dá)到200～260kPa，施工過程發(fā)現(xiàn)鋼板樁的壓入速度確實(shí)較慢，為此技術(shù)人員采取了預(yù)挖溝槽并注入水的方式，砂層遇到水后土體的內(nèi)摩擦角會(huì)有所降低，該方法提高了鋼板樁的壓入速度。通過本工程證實(shí)了鋼板樁在密實(shí)中粗砂地層的適用性，直接拓寬了鋼板樁的應(yīng)用范圍。

6 結(jié)語

基坑支護(hù)是一項(xiàng)臨時(shí)性的施工措施，又是一項(xiàng)十分關(guān)鍵的工序，應(yīng)結(jié)合場地環(huán)境及地質(zhì)條件選用安全、經(jīng)濟(jì)的支護(hù)方式。鋼板樁本身剛度大可滿足深基坑對支護(hù)強(qiáng)度的要求，咬合施工有效地解決了傳統(tǒng)排樁樁間土流失的難題，且具有止水帷幕效果。鋼板樁施工效率高且可回收，經(jīng)濟(jì)效果顯著。同時(shí)通過研究發(fā)現(xiàn)鋼板樁在中密至密實(shí)砂土地層具有適用性和可行性。