钢板桩支护在临近既有线深基坑支护中的应用

张继林

（中铁三局集团建筑安装工程有限公司，山西 太 原 0 30006）

1 工程概况及地质情况

1.1 工程概况

新建沪宁城际铁路镇江站无柱雨棚位于现有镇江站南侧，起止里程为DK65+25~DK65+475，相对既有京沪线里程区间约为K1214+415~K1214+865。雨棚桩基础为钢筋混凝土灌注桩及独立承台基础，承台尺寸为4 000×6 400，承台基础26个，6桩承台。

本工程无柱雨棚PB轴（临近既有线侧）桩基及承台基础施工于2009年10月25日开始，于2009年11月30日结束，工期为45天。

1.2 地质情况

本工程原地面以下地质情况如下（自上而下）：

（1）素填土：结构松散，场地内表层均有分布，厚约0.8m～4.0m。

（2）1粉质黏土：可塑～硬塑，该层局部缺失，厚约2.0 m～7.7m。

（2）2粉质黏土：可塑～软塑，该层局部缺失，揭露厚度2.3 m～10.9 m。

（3）2粉质黏土：可塑～软塑，该层局部有分布，揭露厚度1.5 m～5.7 m。

（3）3粉质黏土：硬塑，全场地均有分布，揭露厚度9m～21.9m。

（4）粉质黏土：硬塑，局部地段有分布，揭露厚度2.5 m～3.5 m。

（5）1全风化粉砂质泥岩，岩石风化剧烈，岩芯呈土状，揭露厚度0.7 m～4.3 m。

（5）2强风化粉砂质泥岩，岩石风化剧烈，锤击易碎，揭露厚度2 m～5.8 m。

2 既有线侧相对关系

根据现场测量定位结果，雨棚PB轴与既有线（4）道的中心距离为11.35 m，与临时过渡接触网立柱中心线距离为8.15 m。承台最外侧边缘与既有线（4）道中心线距离为8.15 m，与临时接触网支柱中心线距离4.95 m。雨棚钢管柱与临时过渡接触网支柱距离均为8.15 m，距既有（4）道中心线为11.35 m。见图1、图2。

3 钢板桩施工注意事项

3.1 槽钢钢板桩选型

根据镇江站无柱雨棚地质勘查报告及线下施工单位路基开挖情况，地下水位较低，承台基坑支护采用槽钢钢板桩，槽钢采用40 b型，桩长12 m，深入基坑底部不小于8 m。采用Z550型液压沉桩机。

图1 承台基础与既有线位置关系图

图2 既有线施工最不利剖面图

3.2 槽钢外观检验

施工前，对槽钢外观进行检验，不符合形状要求的要进行矫正，以减少打桩过程中的困难。外观检验包括表面缺陷、长度、宽度、厚度、端头矩形比、平直度等内容。

3.3 槽钢钢板桩吊运

装卸槽钢宜采用两点吊。吊运时，每次起吊的钢板桩根数不宜过多，并应注意保护锁口免受损伤。吊运方式有多捆起吊和单捆起吊、钢筋捆扎、专人指挥。

3.4 槽钢堆放

槽钢堆放的地点，要选择在不会因压重而发生较大沉陷变形的平坦而坚固的场地上，并便于运往打桩施工现场。

3.5 操作方法

（1）在基坑边上定出轴线，留出以后施工需要的工作面，确定槽钢钢板桩施工位置。

（2）定位桩打入后，在定位装上安装导架，导框采用在现场分段制作，现场组装的方式。

（3）槽钢钢板桩施打。采用单独打入法，即吊升第一支槽钢，准确对准桩位，振动打入土中，达到预定深度。吊第二支槽钢，卡好企口，振动打入土中，如此重复操作直至基坑钢板桩完成。

（4）钢板桩拔出。工程完毕后，再进行钢板桩的拔除。采用振动锤等来进行钢板桩的拔除，即利用振动锤产生的强迫振动扰动土质，破坏钢板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力，依靠附加起吊的作用将其拔除。钢板桩拔除后留下的桩孔必须及时做回填处理，回填一般用挤密法或填入法，所用材料为中砂，按照“拔一填一”的原则进行。

3.6 注意事项

（1）支护钢板桩的平面布置形状应尽量平直整齐，避免不规则的转角，以便标准钢板桩的利用和支撑设置。

（2）整个基础施工期间，在挖土、吊运、扎钢筋、浇筑混凝土等施工作业中，严禁碰撞支撑，禁止任意拆除支撑，禁止在支撑上任意切割、电焊，也不应在支撑上搁置重物。

（3）施打前一定要熟悉地下管线、构筑物的情况，认真放出准确的支护桩中线。

（4）打桩前，对槽钢逐根检查，不合格者待修整后才可使用。

（5）在插打过程中随时测量监控每块钢板桩的斜度不超过2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。

3.7 钢筋混凝土承台开挖

经测设，站台面平均高程为16.24 m，地平面高程在15.0 m左右，无柱雨棚±0.000的绝对高程为14.84 m，承台底标高为10.64 m，开挖深度约为4.3 m，承台最外侧距既有线（4）道中心距离为8.15 m，对轨道线路稳定可能会存在影响。为避免事故发生，在承台周边设置槽钢钢板桩进行基坑围护（槽钢采用40 b型），打入基坑底部8 m，内设二道围檩，承台施工完成后，在取得工务部门同意后，将槽钢拔出，边拔边用细砂将孔注满。见图3、图4。

4 基坑支护受力计算

4.1 支护方案的选择

本工程采用连续挡墙式支护，支护材料采用40b型槽钢。结构计算简图见图5。

4.2 计算基本信息

（1）基本信息见表1。

图3 钢板桩围护尺寸意图

图4 钢板桩施工断面示意图

图5 钢板桩支护方案示意图

表1 基本信息

（2）超载信息见表2。

表2 超载信息

3）土层信息见表3。

表3 土层信息

（4）土层参数见表4。

表4 土层参数

4.3 土压力模型及系数调整

图6

表5 土层参数

4.4 结构计算

图7 各工况

图8 内力位移包络图

图9 地表沉降图

4.5 整体稳定验算

图10 整体稳定验算简图

计算方法：瑞典条分法

应力状态：总应力法

条分法中的土条宽度:0.40 m

滑裂面数据

整体稳定安全系数Ks=1.906

圆弧半径（m）R=8.588

圆心坐标X（m）X=-1.031

圆心坐标Y（m）Y=2.868

4.6 抗倾覆稳定性验算

抗倾覆安全系数:

Mp：被动土压力及支点力对桩底的弯矩, 对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定;对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。

Ma：主动土压力对桩底的弯矩;

Ks=5.068>=1.200，满足规范要求。4.7 抗隆起验算

图11 抗隆起验算简图

Prandtl（普朗德尔）公式（Ks>=1.1～1.2），注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97（冶金部）:

Ks=3.672>=1.1，满足规范要求。

Terzaghi（太沙基）公式（Ks>=1.15～1.25），注：安全系数取自《建筑基坑工程技术规范》YB 9258-97（冶金部）:

Ks=4.266>=1.15，满足规范要求。4.8 隆起量的计算

注意：按以下公式计算的隆起量，如果为负值，按0处理!

式中：δ：基坑底面向上位移/mm;

n：从基坑顶面到基坑底面处的土层层数;

ri：第 i层土的重度，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饱和重度，kN/m3;

hi：第i层土的厚度/m;

q：基坑顶面的地面超载/kPa;

D：桩(墙)的嵌入长度 /m;

H：基坑的开挖深度/m;

c：桩(墙)底面处土层的粘聚力/kPa;

φ：桩(墙)底面处土层的内摩擦角（度）；

r：桩(墙)顶面到底处各土层的加权平均重度，kN/m3；

5 施工基坑监测

做好路基沉降观测工作，本工程在既有线路肩处共设置50个路基观测桩，每隔2 h观测一次，报警值为2 mm，施工结束后每周观察一次，若发现水平位移和垂直位移应采取相应措施，施工结束后趋于稳定。

6 结束语

采用钢板桩支护，不但有效保证了基坑开挖对既有线的行车安全，尽可能的减小位移和沉降，而且施工速度明显加快，同时具有造价低、经济实用等优点，所以应用前景非常广泛。