拉森鋼板樁在河畔軟土地區(qū)管線遷改中的應用

王立玲 (中國中鐵四局集團有限公司，安徽 合肥 230023)

1 工程概況

杭州地鐵SG6-15標火車東站C區(qū)位于東寧路與鴻泰路交叉口，沿東寧路南北向布置，為地下五層框架結構，基坑所處地層主要為人工填土層、砂質粉土、粉質黏土、圓礫、全～中風化凝灰?guī)r等，地下水位平均標高3.47m，地層情況較復雜，基坑周邊土體承載力差，基坑東側與官河最小凈距4.73m,。

受施工場地條件制約，既有燃氣、給水、通信改遷管線各一條沿河道方向遷改，火車東站C區(qū)地下連續(xù)墻施工難免會對處于河畔軟弱地層的管線產(chǎn)生影響。鑒于拉森鋼板樁具有其強度高，防水性能好等優(yōu)點[1]，采用拉森鋼板樁對河畔市政管線進行保護，位置關系如圖1所示。

2 方案設計與驗算

2.1 圍堰體系結構

根據(jù)官河河道實際情況，擬定采用IV型拉森鋼板樁支護圍堰，IV型拉森鋼板樁寬 400mm，高 170mm，厚度15.5mm，截面參數(shù)如下表所示。拉森鋼板樁打入河底實土長度5m，頂端高出常水位1.8m，并且在距兩排拉森鋼板樁頂端用Φ25mm鋼筋焊接連接為整體。考慮到圍堰未開挖一側有滿載的12方混凝土攪拌車行駛，根據(jù)施工機械資料，將混凝土攪拌車視為外側距圍堰3m，寬度2.5m，大小為19.04kN的均布荷載。

2.2 抗傾覆驗算

如圖2計算簡圖所示，對拉森鋼板樁底取矩，被動土壓產(chǎn)生的力矩應大于主動土壓力產(chǎn)生的力矩，并保證一定的安全系數(shù)，經(jīng)計算安全系數(shù)K為：

圖2 懸臂鋼板樁計算簡圖

本工程拉森鋼板樁抗傾覆符合安全等級二級標準。

2.3 鋼板樁抗彎強度驗算

取鋼板樁剪力為零點，該點為拉森鋼板樁彎矩最大點，對該深度取矩，經(jīng)計算可知拉森鋼板樁最大應力小于抗彎強度設計值，公式如下：

本工程拉森鋼板樁強度符合要求。

3 施工方案

3.1 準備工作

首先將施工區(qū)域控制點標明，管線位置經(jīng)過復核無誤后加以有效保護，保證鋼板樁施工不會對管線產(chǎn)生影響。拉森鋼板樁進場前需要外觀檢查驗收，發(fā)現(xiàn)缺陷隨時調(diào)整。樁打入前將樁尖處的凹槽底口封閉，避免泥土擠入，鎖口涂以黃油，對鎖口變形、銹蝕嚴重的鋼板樁，整修矯正，轉角處采用90度的轉角樁。

3.2 施工要點

打樁機利用場內(nèi)硬化路面作為作業(yè)平臺，拉森鋼板樁由中心向兩邊插打，相繼完成河道上游及下游側鋼板樁。最初的一、二塊拉森鋼板樁的打設位置和方向確保精度，以起到樣板的作用。鋼板樁樁頂標高允許偏差為±100mm，軸線允許偏差為±100mm，垂直度允許偏差為1%[3]，每完成10根測量校正1次，確保鋼板樁在同一直線上。施工斷面圖如圖3所示。

拉森鋼板樁施工時打樁機停在離打樁點就近的硬化平臺上，沿側向施工。當拉森鋼板樁離地面30cm時即可停止上升，調(diào)整打樁機使樁移至夾口中，開動液壓機夾緊樁。上升錘與樁至打樁地點進行插打施工。施工中利用錘慣性自重及振動力下插鋼板樁，控制打樁錘下降的速度，盡可能保持樁身垂直，以便鎖口能順利咬合，提高止水能力。鋼板樁至設計高度前20cm至40cm時，停止振動，利用振動錘慣性打樁至設計高度。插打結束檢查合格后松開液壓夾口，進行下一循環(huán)，以此類推至打完所有樁。

IV型拉森鋼板樁技術參數(shù)表[2]

圖3 拉森鋼板樁施工斷面圖

圖4 拉森鋼板樁位移監(jiān)測點布設位置圖

圖5 拉森鋼板樁水平位移監(jiān)測數(shù)值

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.1 拉森鋼板樁水平位移分析

臨河拉森鋼板樁圍堰工程完成后，如圖4所示沿鋼板樁布設方向均勻設置5個側向位移監(jiān)測點，分別為HT1～HT5，火車東站C區(qū)基坑施工期間對鋼板樁位移監(jiān)測數(shù)值進行統(tǒng)計，拉森鋼板樁水平位移（mm）隨時間變化如圖5所示。

由圖5可知：

①由實際情況可知，拉森鋼板樁施工完成前80天火車東站C區(qū)進行地下連續(xù)墻施工準備階段，鋼板樁位移變化較緩慢，累計最大位移發(fā)生在HT3處約為3mm；

圖6 市政遷改管線沉降監(jiān)測點布設位置圖

圖7 燃氣管線沉降觀測折線圖

圖8 給水管線沉降觀測折線圖

圖9 通訊管線沉降觀測折線圖

②圖中橫軸80～100d期間，火車東站C區(qū)靠近鋼板樁處地下連續(xù)墻施作，拉森鋼板樁水平位移出現(xiàn)較大變化，距離堆載場地最近的HT2監(jiān)測點水平位移值最大，為18mm，根據(jù)相關規(guī)范可知此處拉森鋼板樁最大水平位移滿足相關要求；

③隨著拉森鋼板樁位移變化的進行，樁間鎖扣咬合愈加緊密，整體圍堰強度有效上升[4]，HT1、HT2、HT3 鋼板樁水平位移緩慢變大后逐漸收斂達到穩(wěn)定，累計最大位移為HT2點處約20mm，滿足規(guī)范要求。

4.2 管線沉降分析

如圖6所示，沿遷改管線布設方向每20m一處布設沉降監(jiān)測點，通信綜合管線、燃氣管線、給水管線沉降觀測點編號分別為 GXCXX、GXCJS、GXCRQ，取火車東站C區(qū)鄰近管線地下連續(xù)墻施工區(qū)間100d內(nèi)沉降數(shù)據(jù)，燃氣、給水、通訊管線沉降監(jiān)測數(shù)值匯總繪制曲線圖如圖6～圖9所示。

根據(jù)上圖可知：

①在拉森鋼板樁圍堰保護下燃氣、給水、通訊管線沉降變化趨勢基本相同，火車東站C區(qū)地下連續(xù)墻施工期間沉降較大，之后變化速率逐漸變小并趨于穩(wěn)定；

②受到火車東站C區(qū)超深地下連續(xù)墻施工影響，燃氣、給水、通訊管線累計最大沉降為GXCXX03點處約10mm，未達到報警值；

③雖然拉森鋼板樁水平位移突變較大，但改遷市政管線沉降保持在可控范圍內(nèi)，說明拉森鋼板樁支護圍堰能有效保證管線安全。

5 結論

杭州地鐵SG6-15標火車東站官河畔拉森鋼板樁圍堰遷改管線保護施工技術，通過理論計算和實際監(jiān)測數(shù)據(jù)相結合，保證了基坑施工過程中改遷市政管線安全，取得了良好的經(jīng)濟社會效益。