明挖電纜隧道鋼板樁支護技術的工程應用

潘 磊 王 勇 郭 銳 譚文韜

（蘇州電力設計研究院有限公司， 江蘇 蘇州 215011）

0 引言

電纜具有占用空間小、可靠性高、超高壓及大容量等優(yōu)點，目前已成我國主要的電力傳輸媒介，尤其是城市及新鄉(xiāng)村，為滿足精細化規(guī)劃、美觀化容貌及土地資源節(jié)約化需求，電纜傳輸已成為必然選擇。傳統(tǒng)的直埋、排管、溝道、電纜溝等敷設方式已不堪負荷，而可敷設大量電纜、實現(xiàn)超高壓及大容量且維護簡便的電纜隧道成為送電線路工程采用的重要形式[1-2]。

考慮到城市用地緊張、周邊環(huán)境復雜，在適當支護條件下的明挖施工工藝由于工藝成熟、造價較低而得到普遍采用，其中，采用拉森鋼板樁支護更成為主流[3-5]。本文結合具體工程，具體論述了鋼板樁支護設計方案與施工要點，相關做法與經驗可為同類型工程提供參考。

1 工程概況

本工程明挖隧道采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆結構，橫斷面為單倉矩形。2回220kV電纜隧道凈尺寸為2.0m(寬)×2.2m(高)，壁厚300mm；4回220kV電纜隧道凈尺寸為2.5m(寬)×2.2m(高)，壁厚300mm；4回220kV+6回110kV電纜隧道凈尺寸為2.8m(寬)×2.9m(高)，壁厚300mm。隧道設計埋深范圍跨越粉質黏土層與粉土層，下臥淤泥質粉質黏土層。

2 鋼板樁支護設計方案

本工程基坑安全等級為二級，支護結構采用U型鋼板樁（PU400×125×13）+鋼支撐體系，樁長10m，采用靜壓打樁法。鋼板樁圍檁采用雙拼HM400×300×10×16型鋼，內撐采用D609×16鋼管，間距6m，鋼板樁及支撐結構采用Q235B鋼材。

采用理正深基坑支護結構設計軟件，對本工程鋼板樁支護結構進行系列工況下的應力及穩(wěn)定性驗算。對于鋼板樁截面強度，分析得最不利工況下的截面組合應力值為73.21MPa，小于鋼板樁材料抗拉強度設計值215MPa；對于抗傾覆穩(wěn)定性驗算，采用圍繞樁底轉動模式的驗算，最小抗傾覆安全系數(shù)為6.5，大于1.2，滿足《建筑基坑支護技術規(guī)程》的要求；對于抗隆起穩(wěn)定性驗算，支護結構底部抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)為2.7，大于1.6，滿足《建筑基坑支護技術規(guī)程》的要求；對于突涌穩(wěn)定性驗算，突涌穩(wěn)定安全系數(shù)計算值0.9，小于《建筑基坑支護技術規(guī)程》要求的1.1，因此，為保證基坑施工安全，減小下臥淤泥層的不利影響，基坑底部采用三重管高壓旋噴樁D600@450加固，加固深度為坑底下3m，水泥土無側限抗壓強度不小于0.8MPa。加固區(qū)水泥摻量不小于30%，水灰比1.0，處理后滲透系數(shù)不大于1×10-7cm/s。

3 鋼板樁支護施工要點

3.1 施工順序

本工程施工順序總體遵循從上至下的基本原則，其主要施工流程依此為：現(xiàn)場準備及場地平整→定位放線→定位樁施工→導向圍檁安裝→施打鋼板樁→拆除導向圍檁→圍檁及支撐施工→土方開挖至坑底→旋噴樁坑底土加固施工→隧道主體結構施工→鋼板樁拔除。

3.2 施工要點

3.2.1 鋼板樁進場檢驗

鋼板樁進場后應查驗出廠合格證，對鋼板樁進行外觀檢驗，注意鋼板樁是否有表觀缺陷，如銹蝕、卷曲、割孔或斷面缺損等，同時，應尺量鋼板樁的長度、厚度、寬度等幾何尺寸，另外，由于鋼板樁相互之間主要太多通過鎖扣連接，應重點檢查鎖扣的狀態(tài)，應及時清除鎖口內的填充雜物，保證鋼板樁相互之間緊密連接，實現(xiàn)擋土、截水功能。

鋼板樁施打及拔除過程中，鎖扣部位的間隙較小，摩擦力較大，因此，為減鎖扣內的摩擦力及防止鎖扣變形、扭曲，可在鎖扣內進行黃油涂抹處理。

3.2.2 鋼板樁運輸及存放

鋼板樁運輸應符合以下規(guī)定：（1）應按照沉樁順序和施工現(xiàn)場的裝運圖進行鋼板樁運輸；（2）應根據(jù)運輸工具、運輸條件和運輸距離，采取相應的系綁、加撐等固定措施；（3）使用拖車運輸時，車身長度應滿足鋼板樁支撐點的間距要求，必要時應使用托架支撐。

鋼板樁吊裝應符合以下規(guī)定：（1）應使用鋼板樁專用吊具，成捆起吊的鋼板樁應采用鋼索捆扎；（2）鋼板樁水平吊運時，吊點應按照設計要求確定，設計無要求時，宜采用4點起吊；（3）吊裝時，應注意保護鎖口免受損傷，起吊焊接接長的鋼板樁時應使翼緣朝上吊裝；（4）在吊裝過程中，人員不應停留在已吊起的鋼板樁下方；（5）不應起吊連掛有其他物體的鋼板樁；（6）吊升過程應平穩(wěn)，應避免振動和擺動，鋼板樁應加設溜繩；（7）因故停止作業(yè)時，應采取安全可靠的防護措施，保護鋼板樁與吊車安全，嚴禁鋼板樁長時間懸掛空中；(8)在露天作業(yè)時，遇有6級及以上大風、大霧、雨雪等不良天氣，應停止作業(yè)。

鋼板樁堆放應符合以下規(guī)定：（1）堆放場地應平整、堅實、排水通暢，便于吊裝和運輸；（2）堆放場地地基承載力應滿足堆垛荷載要求，在岸坡頂部堆放時還應滿足岸坡穩(wěn)定性要求；（3）鋼板樁堆放的順序、位置和方向等應考慮后續(xù)施工作業(yè)要求，應按型號、規(guī)格、長度分區(qū)，并設置標示牌；（4）鋼板樁應分層堆放，每層一般不超過5根，各層之間按3～4m左右間距設置墊木，上、下層墊木確保在同一垂直線上；（5）鋼板樁堆垛總高度不宜超過2m，相鄰鋼板樁堆垛之間的凈距宜大于300mm；（6）鋼板樁的兩側應采用木塞卡實，保證端頭不發(fā)生影響插打的變形，端面應有防止生銹的措施。

3.2.3 首根定位樁施工

鋼板樁之間通過鎖扣連接，后打的樁的位置及垂直度將直接由先打的樁決定，為保證鋼板樁整體的位置及垂直度，需嚴格施工定位樁，工程中一般選擇節(jié)點樁作為定位樁，施工時設置導架，在導架上焊接20mm鋼板進行軸線方向限位。

3.2.4 鋼板樁插打

鋼板樁沉樁應架設導向架，并應符合下列規(guī)定：（1）導向架與鋼板樁軸線平行設置，導樁和導梁可采用H型鋼，應具有足夠的強度和剛度，截面高度一般為250mm～350mm；（2）宜采用雙側式導向架；當土層松軟、樁較短時，可采用單側式導向架；（3）施工過程中隨時關注并及時調整導樁、導梁的平面位置及垂直狀態(tài)，采用經緯儀、水平儀等設備加強觀測；（4）為方便插入鋼板樁，導梁頂標高一般比鋼板樁設計標高低，標高差值宜以300mm～500mm控制；（5）為便于鋼板樁插入并實現(xiàn)順利插打，導梁與鋼板樁之間宜有一定寬度間隙，間隙寬度一般控制在10mm～30mm。

鋼板樁施工要正確選擇打樁方法、打樁機械和流水段劃分，以便使打設后的板樁墻有足夠的剛度和良好的防水作用，且板樁墻面平直，以滿足基坑內主體結構施工的要求。宜沿板樁墻軸線方向對稱向兩側推進施工，形成整體樁墻，然后在一側連續(xù)沉樁；也可從板樁墻的一角開始，逐塊打設，直到工程結束。

施工過程中保持鋼板樁的垂直度是關鍵，因此，應設置專門的樁身垂直度觀測裝置，實現(xiàn)對樁身垂直度的實時觀測與反饋，采樣頻率一般控制在鋼板樁每入土1m測量一次，對于不同土質的土層頻率可依據(jù)情況適當調整。當垂直度偏差較大（一般超過2%）時，應及時采取措施進行糾偏，切忌強行拉齊，建議將偏斜的鋼板樁拔出、調正后重新插打。

由于土的固結效應，鋼板樁插打時應盡量持續(xù)，不宜停頓。插打過程中發(fā)現(xiàn)打樁力提高、入土量陡增等異常情況時，應即刻停止打樁，并分析原因，采取必要的措施后，方可回復插打。

3.2.5 鋼板樁合攏

鋼板樁合攏質量決定了圍堰結構的整體性與密閉性，直接影響結構安全與截水效果，因此，是鋼板樁插打過程的關鍵收尾環(huán)節(jié)。而由于閉合樁插打時，其兩側鎖扣均需與相接的鋼板樁鎖扣嵌套，其對位要求嚴格且阻力明顯增大，從而直接增大了插打難度。

閉合樁宜選擇相對容易沉樁的部位，一般設置在圍堰短邊，并距離角樁大約4～5個樁位。為實現(xiàn)順利合攏，鋼板樁施工圖放樣時應盡可能地精確計算出鋼板的數(shù)量，施工時嚴格按圖施工，以最終保證合攏時已施打的鋼板樁之間的空隙正好是閉合樁的空間且兩側鋼板樁的鎖扣平行。由于現(xiàn)場環(huán)境復雜而無法完全控制導致兩側鎖扣不平行，可采用倒鏈對拉或千斤頂頂壓進行調整，也可采取異型鋼板樁合攏的施工工藝。

3.2.6 傾斜樁處理

由于鋼板樁無法嚴格平直打入，兩側鎖扣部位的摩擦力也不盡相同，位置及垂直度的累積差異可能導致鋼板樁向前傾斜。為盡量減小這一影響，可在施打鋼板樁時提前向后傾斜，斜度控制在1%～5%，但這易導致鋼板樁趴倒，建議采用手工葫蘆向后拉緊鋼板樁予以配合。一旦鋼板樁向前傾斜，應制作上小下大的糾偏樁進行插打糾偏后方可正常后續(xù)施工。

3.2.7 扭轉樁處理

扭轉樁處理可采取以下措施：（1）沿打樁行進方向用卡板鎖住板樁的前鎖口；（2）當鋼板樁墻產生扭轉或蛇形彎曲時，應在鋼板樁和導梁之間設置足夠的卡板；（3）在鋼板樁與圍橡之間的兩邊空隙內，設滑輪支架，制止板樁下沉中的轉動；（4）在兩塊板樁鎖口連接的兩側，采用墊鐵或木樣塞實。

3.2.8 沉樁注意事項

應加強對沉樁施工現(xiàn)場的障礙物清理，若有需要應進一步加強探測，否則影響順利打樁，嚴重地甚至導致沉樁失敗。導樁、導架是沉樁的基礎及前提，必須要有足夠的強度和剛度，施工時必須確保質量。

沉樁時，在鋼板樁入土的瞬間必須保證鋼板樁垂直，如發(fā)現(xiàn)鋼板樁發(fā)生較大的傾斜和扇形變形時應及時調整，否則沉下去后較難調直，只能拔出重打。

如發(fā)生沉樁困難，切忌繼續(xù)強行沉樁，應停止沉樁并通過觀察樁身位置、垂直度、鎖扣狀態(tài)等綜合分析原因，并確定處理措施后方可繼續(xù)沉樁。另外，沉樁過重鎖扣相互摩擦生熱，溫度上升可能會破壞鎖扣，尤其是沉樁困難時更甚，可在施工過程中注意鎖扣部位溫度變化，及時澆水降溫。

鋼板樁合攏時的閉合樁施工，必須盡量調整兩側鋼板樁的垂直度，保證其在同一軸線上，它們之間的尺寸應盡量接近鋼板樁的寬度，以利于閉合樁的沉樁。

鋼板樁沉樁過程中，相鄰沉好的鋼板樁可能會發(fā)生溜樁，必須在相鄰樁上焊接加長鋼筋，以防溜樁，如發(fā)生立即停止沉樁。

4 結束語

基坑支護對于明挖電纜隧道施工是確保施工質量與安全的重要環(huán)節(jié)，拉森鋼板樁支護技術具有結構可靠、防水性能優(yōu)良、施工簡單快速、造價低等綜合優(yōu)勢，成為明挖電纜隧道施工常用的支護形式之一。通過本文工程實例，詳細論述了采用該支護技術的方案設計與施工要點，可為同類型工程提供直接參考。